Category Archives: Życie

Rytmy komórkowe

Zmiany dobowe w aktywności metabolicznej komórki oraz częstotliwości jej podziałów były znane już od dawna (Barnum et al. 1958). Jednakże jak dotychczas ukazało się stosunkowo niewiele prac na temat morfofizjologicznych zmian dobowych zachodzących na terenie komórki. Jak się wydaje, jednym z głównych powodów takiego stanu rzeczy jest niezwykle uciążliwa i pracochłonna metodyka badań histochemicznych. Nie bez znaczenia jest również fakt, że histochemia jest stosunkowo młodą dziedziną nauki stale poszukującą nowych metod badawczych. Być może dlatego też początkowe prace z zakresu rytmów komórkowych dotyczyły !głównie dobowych zmian podziałów mito- tycznych komórek zwierzęcych i roślinnych (Bullough, 1948 Btinning, 1963 i inni).

Zegary organizmów jednokomórkowych

Pomimo, że organizmy jednokomórkowe stanowią doskonały obiekt do badań rytmiki dobowej, a szczególnie mechanizmu jej regulacji, jak dotychczas bardzo rzadko były używane do tego celu. Pierwsze doświadczenia, które wskazywały na istnienie rytmiki dobowej u tych organizmów zostały przeprowadzone przez Pohla (1948). Pracował on nad zagadnieniem fototak- sji u Euglena gracilis i stwierdził, że maksymalna reakcja tego pierwotniaka na światło występuje w środku dnia zaś minimalna w nocy. Następne doświadczenia wykonane przez Bruce i Pit- tendrigha (1957, 1958) potwierdziły te obserwacje. Autorzy ci wykazali, że obserwowane oscylacje fototaksji zmieniają się w rytmie dobowym, i że zasadniczo nie zależą od temperatury, natomiast mogą ulegać zmianie pod wpływem stosowania okreś- lonych warunków światła i ciemności. Tak więc już te pierwsze obserwacje sugerowały, że struktura pojedynczej komórki wystarcza do tego, aby móc spełniać funkcje zegara biologicznego.

Rytmika dobowa procesów biochemicznych u zwierząt kręgowych

Niezmiernie dużo badań przeprowadzono nad rytmiką dobową różnych procesów biochemicznych zachodzących w organizmach zwierząt ‚kręgowych. Większość z tych prac dotyczy dobowych zmian biologicznie aktywnych substancji występujących w różnych tkankach i ich powiązanie z ważnymi procesami fizjologicznymi zachodzącymi w organizmie. Bardzo^ .intensywnie badano pod tym względem dobowe zmiany poziomu różnych hormonów w krwi kręgowców (Schering i Pauly, 1966 Dixit i Buckley, 1967 Krieger i Kriieger, 1967 Laird i Fax, 1970 Butcher et al. 1972 McKeown, et al. 1973).

Inny rodzaj aktografu

Innytm typem aktografu, działającym na zasadzie włączania, i wyłączania obwodu prądu na skutek ruchów owada, jest urządzenie w postaci obracającego się bębna (ryc. 12). Ten typ apa- ratu okazał się szczególnie przydatny do rejestracji aktywności ruchowej karaluchów (Roberts, 1960 Brady, 1967c). Jest on zbudowany z bardzo lekkiej komory w kształcie bębna o średnicy 15 cm i szerokości 5 cm, która podczas ruchów owada obraca się w specjalnym łożysku kulkowym. Obracająca się komora włącza i wyłącza obwód prądu elektrycznego, co jest rejestrowane na przesuwającej się taśmie papieru. Przez zastosowanie odpowiedniego przerywacza prądu elektrycznego można uzyskać zapis po dokonaniu pełnego, pół, czy jednej czwartej obrotu komory. Zwierzę ma zapewniony stały dostęp do wody oraz pokarmu, który w tym aparacie jest zawieszony na sznurku tuż nad owadem.

Endogenna rytmika ruchów liści

Dalsze badania szły w kierunku potwierdzenia obserwacji poczynionych nad ruchami liści przez de Mairana. Starano się wyeliminować możliwie wszystkie czynniki środowiska zewnętrznego mogące mieć wpływ na ruchy liści. W tym celu umieszczano rośliny nawet w jaskiniach. Jak się okazało, tak odizolowane od bodźców środowiska rośliny w dalszym ciągu wykazywały istnienie rytmiki ruchów liści podobnej, lub takiej samej, jaką miały przed doświadczeniem (Zinn, 1759). Wielu innych, późniejszych badaczy, potwierdziło te obserwacje. Między innymi Pfeffer (1875) wysunął przypuszczenie, że ruchy liści roślin charakteryzują się wrodzoną dobową okresowością.

Zastosowanie klatek z ruchomą podłogą

Przedstawiony aparat nie zdaje egzaminu, gdy chcemy rejestrować wszystkie ruchy zwierzęcia, a nie tylko jego bieg. W takich przypadkach najczęściej stosowane są klatki z ruchomą podłogą (Mount i Wilłmott, 1967 Aschoff i Saint Paul, 1972). Podłoga jest zwykle zawieszona na sprężynach, a jej ruchy powodują włączanie i wyłączanie obwodu prądu, co jest rejestrowane na przesuwającej się taśmie papieru.

Mechanizm zegara biologicznego podobny u wszystkich organizmów żywych?

W badaniach przeprowadzonych w tym zakresie

Przedstawione wyniki badań genetycznych sugerują, że istnieje jeden mechanizm zegara biologicznego kontrolującego procesy rytmiczne organizmów należących do określonego gatunku. Wyniki ostatnich 20 lat badań farmakologicznych sugerują, że mechanizm tego zegara jest podobny u wszystkich organizmów żywych. Dowody na to uzyskano badając wpływ wielu substancji chemicznych na rytmikę dobową różnych procesów życiowych. Najwięcej danych otrzymano w doświadczeniach z zastosowaniem ciężkiej wody (D20). Okazało się, że niezależnie od gatunku zwierzęcia czy rośliny otrzymuje się podobny wynik stosowania D20. Bruce i Pittendrigh (1960) stwierdzili, że woda ciężka powoduje znaczne wydłużenie okresu dobowych rytmów spontanicznych organizmu jednokomórkowego jakim jest Euglena gracilis. Taki sam wynik uzyskano przy zastosowaniu DaO na rytmikę ruchów liści fasoli Phaseolus multi- florus (Bunning i Baltes, 1963).

Dobowe zmiany metabolizmu kolonii termitów

Zupełnie inne wyniki uzyskano w badaniach dobowych zmian metabolizmu całej kolonii termitów (Hebrant, 1970). Wtedy, gdy struktura populacji badanych termitów (Cubitermes exiquus) nie była naruszana, wykazywały one wyraźną rytmikę dobową zużycia tlenu z jednym maksimum występującym na początku i drugim na końcu okresu ciemności. Wyjęcie zaś termitów z gniazda powoduje całkowitą utratę dobowego rytmu zużycia tlenu. Wydaje się więc, że socjalna organizacja populacji odgrywa ważną rolę w podtrzymywaniu rytmiki dobowej badanych owadów. Jednakże brak jest podobnych badań w odniesieniu do innych owadów społecznych: mrówek, pszczół czy os. Być może ważniejszym czynnikiem od struktury socjalnej wpływającym na rytmikę dobową procesów metabolicznych jest określony mikroklimat panujący wewnątrz gniazda owadów społecznych.

Cechy charakterystyczne rytmów dobowych

Rytmy biologiczne można by przyrównać do ruchu wahadła zegarowego, które zmieniając swoje położenie przechodzi przez te same punkty przestrzeni, podobnie jak to jest w przypadku wzrostu i spadku określonych procesów biologicznych. Można je także przyrównać do poruszającego się koła (ryc. 3), na którym zaznaczono punkt zmieniający swoje miejsce w czasie i przestrzeni przechodząc z położenia A w położenie B. Amplituda rytmu jest w tym przypadku równa średnicy koła i jest niezależna od czasu. Natomiast do przejścia od A do B niezbędny jest pewien czas, co nazywa się okresem rytmu — z. Jak długo koło będzie poruszało się do przodu z tą samą prędkością, tak długo okres rytmu nie będzie ulegał zmianie. Natomiast, gdy prędkość czas

Spontaniczność rytmiki dobowej

W stałych warunkach środowiska ujawnia się jeszcze jedna cecha charakterystyczna dla rytmiki dobowej, a mianowicie jej spontaniczność (z ang. Free-Running Rhythm). Oznacza to, że w warunkach środowiska pozbawionego wyznacznika czasu, rytmika dobowa danego procesu nie ulega zaburzeniu, natomiast występuje tzw. zjawisko dryfowania, polegające na tym, że początek jak i zakończenie określonej fazy rytmu ulega stopniowo przesuwaniu w czasie w stosunku do godzin czasu lokalnego. W dalszych rozdziałach tej książki postaramy się odpowiedzieć na pytanie: co daje organizmowi posiadanie tego typu zegara biologicznego? Obecnie poprzestaniemy na stwierdzeniu, że jest to niezwykle ważna cecha umożliwiająca organizmowi precyzyjne zaadaptowanie się do warunków środowiska, w którym żyje.