МБОУ Лицей №1 г. Чаплыгин, 10 класс
Бугрова Анастасия Александрова
Чаплыгин - 2012
Введение
Многие поколения ученых стремились понять и постичь человека. За годы изучения жизнедеятельности организмов простейших, растений и животных ими было выявлены множество циклически и периодически повторяемых процессов. В жизнедеятельности всех организмов помимо сна немало других проявлений суточного и годичного ритмов. Однако сон и бодрствование - один из наиболее изученных нам циклов. Еще, будучи ребенком человек, понимает, что ночь предназначена для отдыха, а день для работы. Но как мы понимаем, когда надо спать, а когда работать? Примерно в шестидесятых годах ученые сделали огромнейший рывок на пути к изучению природы биологических часов. Сейчас за годы изысканий нам стало очень многое известно. Так, например что биологические часы не поддаются влиянию температуры и давления. В многоклеточных организмах все часы всех клеток должны идти согласовано, образуя иерархическую систему: часы отдельных клеток управляются часами органа, часы всех органов настраиваются по часам центральной нервной системы (если она есть), а в ней - в мозге - есть главные часы организма. Знаем, что биологические часы активны, в отличие от солнечных часов, и эндогенны, т.е. внутри каждой клетки есть периодический процесс, отмеривающий единицы времени. При этом ход внутриклеточных часов можно подстраивать по фазе - «подводить стрелки» соответственно с периодическими процессами окружающей среды, прежде всего суточным вращением Земли. Следовательно, биологические часы зависят от положения Солнца и Луны. Множество опытов и экспериментов было проведено для доказательства существования биологических часов, однако эта тема все еще остается открытой.
Возможность проведения опытов по доказательству существования биоритмов привлекла меня, и я решила выбрать именно эту тему.
Цель работы: доказать в лабораторных условиях существование биологических часов.
Задачи:
1.Провести анализ литературных источников по проблеме исследования.
2.Выяснить, как проявляются биологические часы у бактерий, растений и животных.
.Доказать с помощью экспериментов над растениями существование биоритмов во всех живых организмах.
.Подвести итог опытам и сделать вывод о наличии механизма поддерживающего периодичность процессов.
Объект исследования: кислица и ветка сирени.
Предмет исследования: влияние биоритмов на процессы в организме и востребованность в одно и многоклеточных организмах.
Актуальность работы заключается в привлечении внимания населения к изучениям биоритмов, результатам исследований.
1.Литературный обзор
.1 Общая характеристика биологических ритмов
Сейчас дети и взрослые часто не успевают выспаться, поесть, отдохнуть, но ведь все это приводит к нарушению в организме, а как следствие болезням. При сбое режима в числе первых страдают биоритмы, заложенные природой. Поэтому еще с древних времен ученые приступили к изучению механизма поддержания периодически повторяющихся процессов в организме. Названный позднее биологическими часами. Актуальность исследований невозможно переоценить. Люди смогли бы правильно составлять расписание рабочего дня и выходного, дети изучали бы новое в самые плодотворные часы, а остальное время расходовалось для закрепления пройденного материала.
Для начала необходимо сказать пару слов о том, что такое биоритмы. Это периодически повторяющиеся изменения характера и интенсивности биологических процессов и явлений. Только при исправности этого механизма возможны полноценная жизнь, сохранение здоровья и продление жизни. Этими проблемами занимается наука хронобиология (от греческого chronos - время). Возникновение биоритмов теснейшим образом связано с ритмическими процессами в природе. Это - движение небесных тел, смена времен года, дня и ночи, морские приливы и отливы, солнечная активность, физиологические процессы и т.д. Основные ритмы в природе, наложившие свой отпечаток на все живое на Земле, возникли под влиянием вращения Земли по отношению к Солнцу, Луне и звездам. Солнечные сутки (свет - темнота) - 24 часа. Лунные сутки (приливы и отливы) - 24,8 часа. Звездные сутки - 29,5 суток (строго согласованы с фазами Луны). Классификация биоритмов весьма разнообразна. Во-первых, по времени зацикливания ритма. Бывают суточные, недельные, месячные, сезонные и годовые биологические часы. Во-вторых, по средней частоте. Такие как микроритмы (от долей секунд до 30 минут), среднечастотные (от 30 мин. до 28 ч.), мезоритмы (от 28 часов до 6-7 дней), макроритмы (от 20 дней до 1 года), мегаритмы (десятки и сотни лет). А также ритмы бывают экзогенные и эндогенные, то есть внешние и внутренние.
Также надо упоминать о своде правил действия биоритмов у всего живого.
.Биоритмика - это свойство присущее всем живым организмам от одноклеточных до всей биосферы.
2.Биоритмы - это важнейшие регуляторы функций организма, обеспечивающие гомеостаз, динамическое равновесие и процессы адаптации в биологических системах.
.Биоритмы закладываются при рождении, но с течением времени могут модифицироваться в зависимости от влияния внешней среды.
.Биоритмы чувствительны к химическим препаратам и физической природой. В соответствии с этим необходимо принимать препараты строго по инструкции в определенное время.
.2 Роль биоритмов в существовании растений
Началось изучение биологических часов с растений. Прародителями стали античные философы, в трудах которых можно найти множество упоминаний о цикличности тех или иных процессов. С приходом средних веков интерес к этой теме не исчез. Ф. Бэкон, Т. Браге, И. Кеплер и многие другие пытались найти ответы на все интересующие вопросы. Первым ученым, заметившим и описавшим движение листьев, стал секретарь Парижской королевской академии наук Жан-Жак де Мэран, астроном и математик. Он заметил, что ночью фасоль опускает листья, а перед рассветом поднимает. Эти движения были названы «никтинастическими». И де Мэран сделал важнейший опыт: поместил фасоль в темную комнату - в темноту и днем и ночью - и наблюдал, что движения листьев продолжаются и без изменения освещенности: поднимаются, когда наступает день, несмотря на то, что в комнате все равно темно, и опускаются ночью.
Немногим позднее него биологические часы у растений начал изучать К. Линней. Он создал известные «цветочные часы». Механизм их был прост. Цветы каждый солнечный день открывались каждый в свое время:
в 3-5 часов - Козлобородник луговой
в 4-5 часов - Цикорий дикий / Кульбаба Горчак
в 5 утра - Осот огородный / Осот луговой / Красноднев
в 5-6 часов - Одуванчик обыкновенный / Скерда кровельная
в 6 часов - Ястребинка зонтичная
в 6-7 часов - Бурачек / Осот полевой / Ясгребинка волосистая
в 7 часов - Кукушкины слезки / Венечник луговой / Латук огородный / Кувшинка белая
в 7-8 часов - Очный цвет полевой / Туника проросшая
в 9 - 10 часов - Ноготки полевые / Торичник
в 20 часов - Красноднев рыжий
И закрывались:
в 10 часов утра - Цикорий дикий / Латук огородный Осот полевой
в 10-11 часов утра - Очный цвет полевой
в 11 - 12 часов - Осот огородный
в 12 часов дня - Ноготки полевые / Осот луговой
в 13 часов - Туника проросшая / Ястребинка зонтичная
в 14 часов - Ястребинка степная
в 15 часов - Торичник
в 15-16 дня часов - Венечник разветвленный / Ястребинка волосистая
в 17 часов - Кувшинка белая / Ястребинка сизая
в 19-20 часов - Красноднев рыжий
в 21 час - Дрема луговая / Табак душистый
в 20-22 часов - Одуванчик обыкновенный.
Но его «часы» подходят лишь к г. Упсала в котором ученый их изобрел. Ведь в каждом районе «стрелки» ходят по-разному.
За открытием шведского учения за ним потянулись многие другие. Множество исследований проведено по теме биологических часов в растениях. Например, работа одного из первых современных ученых, который занялся ритмами у растений, Эрвина Бюннинга, профессора ботаники в университете в Тюбингене, Германия. Обобщая результаты проведенных исследований необходимо сказать, что у растений свет и темноту воспринимает каждая клетка. Особый пигмент - фитохром заряжается положительно под действием изменений спектрального состава света при восходе солнца и теряет положительный заряд под действием изменений светового спектра при закате солнца. Передача возбуждения от пигмента к плазме клеток происходит при участии того же вещества (ацетилхолина), которое служит переносчиком возбуждения в нервной системе животных. С помощью фитохрома клетки растений могут, как бы отсчитывать «светлое» и «темное» время.
Установлено, что у растений есть 13 физиолого-биохимических процессов, протекающих в их организме с определенным ритмом, т. е. с размеренным чередованием усиления и ослабления. Например, открывание и закрывание цветков, замыкание и размыкание устьиц, усиление и ослабление фотосинтеза, транспирации, дыхания и т. п. В Индии есть растение десмодиум, которое постоянно через каждые 1,5-2,5 мин то поднимает, то опускает свои прилистники. Эти движения - следствие постоянной пульсации плазмы в клетках растения.
.3 Влияние биоритмов на жизнь животных
Следующим этапом на пути к познанию стало изучение биоритмов на насекомых. Минис и Питтендрих заметили, что у бабочки Pectinophora вылупление яиц находиться под контролем циркадианного осциллятора. Описав явление, они провели ряд экспериментов, в ходе которых, используя импульсное и ступенчатое воздействие света и изменяя температуру, синхронизировали ритмы вылупления.
Наконец, после долгих исканий повторяющихся процессов у растений и насекомых, ученые перешли к исследованиям биоритмов у животных. У особей со слабо развитой психикой не способных контролировать процессы своей жизнедеятельности, эту функцию выполняют биоритмы. Удобным объектом для изучения механизмов циркадиальных ритмов оказался морской брюхоногий моллюск Aplysia; его впервые использовал с этой целью Ф. Струмвассер из Калифорнийского технологического института в 1965г. У аплизий, как и у большинства других животных, наблюдаются суточные изменения подвижности: эти малюски активны днем и неактивны ночью. Многие другие животные тоже активны днем, однако некоторые (например, теплокровные ночные хищники) активны в темное время суток. Вспомним экологию дикого кабана: в безопасных условиях он ведет дневной образ жизни, но при угрозе появления охотников изменяется время его активности. А у птиц важнейшим фактором интеграции ритмов поведения выступает свет. Светом изменяются такие суточные ритмы активности птиц, как интенсивность пения, гнездостроение, поиски пищи.