Біологічний годинник

Біологічний годинник — узагальнена назва внутрішніх механізмів або регуляторів, здатність живих організмів орієнтуватися в часі, в основі якої лежить сувора періодичність біохімічних і фізіологічних процесів, що протікають в клітинах. Його дія може бути зумовлена циклічними коливаннями геофізичних факторів (добова і сезонна періодичність електромагнітного поля Землі, сонячної і космічної радіації та ін.). Біологічний годинник дозволяє приводити фізіологічні ритми у відповідність до ритмів довкілля і дає організмам можливість передбачати добові, сезонні та інші коливання освітленості, температури, припливів та ін.

Біохімічні годинники виявлені і в одноклітинних тварин, і в клітинах людських тканин. Ймовірно, біохімічні осциляції самі по собі здатні підтримувати організуючу ритмічність.

Роль пероксіредоксину

Група біологів припустили, що , фермент, що бере участь в нейтралізації небезпечних форм кисню в клітині, може бути основою біологічного годинника, універсального для всіх живих організмів. Працю опубліковано в журналі «Nature», її короткий зміст наводить «Nature News»

Пероксіредоксин розкладає небезпечні для живих істот пероксиди до води. Фермент може перебувати в окисленому або відновленому стані, відносний вміст яких коливається протягом дня. Раніше ті ж дослідники показали, що відношення вмісту однієї форми до іншої коливається практично однаково у морських водоростей і людських еритроцитів — з періодичністю приблизно в 24 години.

В опублікованій роботі автори показали, що такі добові коливання відбуваються і в інших, причому абсолютно різних організмів, — мишей, дрозофіл, деяких рослин, а також у бактерій і археїв — словом, у представників всіх доменів життя.

На даний момент відомо кілька механізмів, які можуть управляти біологічним годинником живих істот. Вони мають різну будову у різних організмів і, наприклад, у тварин і рослин виникли незалежно один від одного. Більшість з них тим чи іншим чином залежать від періодичності сонячного світла.

Добові коливання пероксіредоксину, навпаки, універсальні і не залежать безпосередньо від світла. Крім того, шляхом внесення мутацій, авторам вдалося відключити деякі з механізмів відомих добових ритмів і показати, що їх відключення не впливає на коливання пероксіредоксину. З іншого боку, авторам не вдалося показати, як саме ці коливання можуть впливати на поведінку живих істот.

Дослідники також запропонували гіпотезу, що пояснює зв'язок між виникненням перших універсальних біологічних годинників з активними формами кисню. На їхню думку, при виникненні кисневого фотосинтезу концентрація перекисів в клітині сильно зростала вдень і спадала вночі. Клітинам було необхідно підготуватися до денного зростанням концентрації перекисів за допомогою активації необхідних ферментів. З часом виникла система, яку нащадки фотосинтезуючих організмів застосували для регуляції вже інших періодичних процесів.

Див. також

• Циркадний ритм
• Біологічні ритми

Література

1. (рос.) Уорд Р. Живые часы. — М.: Мир, 1974. — 240 с.
2. (рос.) Детари Л., Карцаги В. Биоритмы. — М.: Мир, 1984. — 160 с
3. (англ.) Leon Glass, Michael C. Mackey. From Clocks to Chaos. Princeton University Press, 1988.
4. (рос.) Гласс Л., Мэки М. От часов к хаосу. Ритмы жизни. — М.: Мир, 1991. — 248 с.
5. (рос.) Хильдебрандт Г., Мозер М., Лехофер М. Хронобиология и хрономедицина. — М.: Арнебия, 2006. — 144 с.

Посилання

• Біологічний годинник //  : навч.-метод. посіб. / уклад. О. Г. Лановенко, О. О. Остапішина. — Херсон : ПП Вишемирський В. С., 2013. — С. 22.
• Відкрито альтернативний принцип роботи біологічних годинників [ 29 листопада 2011 у Wayback Machine.].

Примітки

1. Ewen Callaway. A biological clock to wind them all // Nature DOI: doi:10.1038/nature.2012.10654