Właściwości fizyczne rytmów

Rytm biologiczny – okresowe natężenie procesów
biologicznych i funkcji życiowych istot żywych uzależnione
od czynników związanych z porą roku, obrotem Ziemi
dookoła własnej osi oraz od czynników
wewnątrzustrojowych.
Słownik PWN 1999
• Cykliczne nasilanie i zmniejszanie wszelkich przejawów
aktywności życiowej organizmów roślinnych i zwierzęcych.
• Oscylacje procesów biologicznych zmieniających się w
czasie.
• Powtarzalność przebiegu procesów życiowych.
Właściwości fizyczne rytmów
Refinetti, 2006
Okres – przedział czasu, po którym następuje powtórzenie się określonego
stanu danego procesu (średnia ± 1SD z >5)
Częstotliwość – ilość cykli w czasie
Amplituda – stopień odchylenia danego procesu od stanu średniego =
=Zakres oscylacji – zakres między min i max
Oscylacja – zmiana natężenia przebiegu określonego procesu w czasie
Faza rytmu – odpowiedni stan oscylacji w czasie
1
Klasyfikacja rytmów I
• Rytmy okołodobowe (circadialne) – okres rytmu około 24
godzin (20-28h).
np. sen-czuwanie, temperatura ciała, poziom pierwiastków i hormonów
• Rytmy ultradialne – okres rytmu krótszy niż 20 godzin
np. oddychanie, praca serca, tętno
• Rytmy infradialne (długookresowe) – okres rytmu dłuższy od
28 godzin
- rytmy roczne (np. migracja, hibernacja)
- rytmy księżycowe (lunarne; np. cykl owulacyjny, rozmnażanie zwierząt)
- rytmy pływowe
Klasyfikacja rytmów II
Rytmy egzogenne (zewnątrzpochodne) – rytmy sterowane
przez czynniki zewnętrzne (warunki oświetlenia, temperatura
otoczenia, wilgotność), ujawniające się w obecności rytmicznie
zmieniających się bodźców środowiska
Rytmy endogenne (wewnątrzpochodne) – rytmy sterowane
wewnętrznym zegarem biologicznym, powstające pod
wpływem bodźców płynących z samego organizmu, istniejące
nawet przy braku synchronizatora
2
Synchronizacja rytmów endogennych
Czynniki kontrolujące, synchronizatory, wyznaczniki rytmów,
Zeitgeber (dawca czasu), time giver - rytmicznie działające
czynniki środowiska
Refinetti, 2006
DeCoursey, 2004
3
Zegar biologiczny (oscylator, pacemaker)
• wewnętrzny mechanizm kierujący okołodobową rytmiką
procesów biologicznych;
• sieci nerwowe lub ośrodki o zmiennym nasileniu aktywności
w różnych porach doby, generujące rytmy bez udziału
synchronizatora,
który jest jednak niezbędny do pełnej synchronizacji.
Synchronizator (zeitgeber): cykl światło:ciemność, czynniki
poza świetlne
Zegar musi być:
• precyzyjny
• względnie niezależny od warunków zewnętrznych
Okołodobowy system synchronizujący
SCN
SCN – jądra nadskrzyżowaniowe podwzgórza
Lewandowski, 1999
4
SCN
history.wisc.edu
Lezja SCN – zanik rytmiki
okołodobowej
Chomik syryjski
(Mesocricetus auratus)
Burunduk
(Eutamias sibiricus)
www.novavet.ro
udos-eichhoernchen-forum.de
Refinetti, 2006
5
Ekologiczne znaczenie
funkcjonalnych SCN:
• rytmika aktywności
• sezon rozrodczy
• przeżywalność młodych
• przeżywalność zimy
Suseł Ammospermophilus
leucurus
www.scarysquirrel.org
DeCoursey, 2004
MEL
SCN
szyszynka
Gwinner i Brandstatter, 2001
6
MEL a SCN – koordynacja rytmów
SCN
MEL
szyszynka
MEL hamuje aktywność elektryczną neuronów SCN
Melatonina - hormonalna informacja o czasie
Dobowy wzór
wydzielania
melatoniny
Karasek, 1997
7
Informacja o porze roku - sezonowy wzór wydzielania melatoniny
(Phodopus sungorus)
Steinlechner et al., 1987
Lagopus mutus
commons.wikimedia.org
Sylvia borin
www.hlasek.com
Passer domesticus
www.britannica.com
Gwinner i Brandstatter, 2001
8
Metody badania rytmów okołodobowych
Okołodobowy rytm aktywności lokomotorycznej
Refinetti, 2006
ρ
α
Refinetti, 2006
9
Różnice międzygatunkowe
assapan
chomik syryjski
tupaja
suseł
Richardsona
koszatniczka
Refinetti, 2006
Wpływ fotoperiodu (pory roku) na aktywność
10
M. pennsylvanicus
mysz zaroślowa
www.britannica.com
www.hlasek.com
www.uwsp.edu
www.britannica.com
assapan
pręgowiec
amerykański
Aschoff, 1966
swi.fishing.pl
Dzwoniec
(Carduelis chloris)
Aschoff, 1966
11
Metody terenowe oznaczania dobowej aktywności gryzoni
Apodemus agrarius (mysz polna)
www.fotografie.waw.pl
Grodziński, 1963
12
Clethrionomys glareolus (nornica ruda)
Grodziński, 1963
Microtus agrestis (nornik bury)
Grodziński, 1963
13
Wpływ rodzaju pokarmu na aktywność
Grodziński, 1963
Znaczenie lokalizacji odłowów
www.terranature.org
Chalinolobus tuberculatus
(mrocznik nowozelandzki)
O'Donnell, 2000
14
Aktywność nietoperzy a temperatura otoczenia i aktywność owadów
O'Donnell, 2000
Nyctalus noctula
(borowiec wielki)
commons.wikimedia.org
Stutz i Haffner, 1985-86
15
Wpływ wieku na dobowy rytm aktywności i spoczynku
- wolniejsze dostosowanie
do nowych warunków
środowiska
- zaburzenie, fragmentacja rytmu
9 mies.
22 mies.
Mus musculus
(mysz domowa)
Valentinuzzi et al.., 1997
Interakcje międzygatunkowe
Mysz kolczasta
Acomys cahirinus
Acomys russatus
campusteva.tau.ac.il
nocna
dzienna
nocna
16
Apodemus sylvaticus
(mysz zaroślowa)
www.hlasek.com
Fasola i Canova, 2000
Clethrionomys glareolus
(nornica ruda)
Wpływ fazy księżyca na aktywność
M. pennsylvanicus
www.britannica.com
knf.us.edu.pl
17