Большая Советская Энциклопедия (БИ)

Биологические ритмы

Биологи'ческие ри'тмы, циклические колебания интенсивности и характера биологических процессов и явлений. Б. р. наблюдаются почти у всех животных и растений, как одноклеточных, так и многоклеточных, у некоторых изолированных органов и отдельных клеток. Одни Б. р. (биение сердца, частота дыхания и т.д.) относительно самостоятельны (см. Физиологические ритмы), другие — собственно Б. р. — дают возможность организмам приспосабливаться к циклическим изменениям окружающей среды (суточным, сезонным и др.).

  Солнечно-суточный (24 ч) ритм свойствен большинству физиологических процессов (частоте деления клеток, колебаниям температуры тела, интенсивности обмена веществ и энергии у животных и человека и др.). Он проявляется в состоянии и поведении живых организмов (см. Активности цикл); при этом меняется двигательная активность животных, положение листьев и цветочных лепестков у растений, расходование гликогена в печени млекопитающих и другие биохимические процессы (рис. 1, 2). У животных обнаружены нейро-гуморальные центры, координирующие суточную периодичность физиологических процессов. В зависимости от количества периодов активности в течение суток различают монофазный и полифазный суточные ритмы. В течение индивидуального развития (онтогенеза) многих животных и человека происходит переход от полифазного ритма к монофазному (так, для грудных детей характерно многократное чередование бодрствования и сна в течение суток).

  Лунно-суточный (24,8 ч), или приливный, ритм типичен для большинства животных и растений прибрежной морской зоны и проявляется совместно с солнечно-суточным ритмом в колебаниях двигательной активности, периодичности открывания створок моллюсков, вертикальном распределении в толще воды мелких морских животных и т.п. Солнечно- и лунно-суточный ритмы, так же как и звёздно-суточный (23,9 ч), имеют большое значение в навигации животных (например, перелётных птиц, многих насекомых), «использующих» астрономические ориентиры.

  Лунно-месячный ритм (29,4 сут) соответствует периодичности изменения уровня морских приливов и проявляется в ритмичности вылупления из куколок насекомых, выплаживающихся в прибрежной зоне, в цикле размножения червя палоло, некоторых водорослей и многих других животных и растений. Близок лунно-месячному ритму и менструальный цикл женщин.

  Годичный (сезонный) ритм изменения численности и активности животных роста и развития растений широко известен. Годичные ритмы у животных и растений во многих случаях регулируются изменениями длины светового дня (см. фотопериодизм), температуры и других климатических факторов.

  Б. р. — не только непосредственная реакция на изменения внешних условий. Он сохраняется в искусственных условиях — при постоянном освещении, температуре, влажности и атмосферном давлении, причём продолжительность каждого периода Б. р. в таких условиях почти не зависит от интенсивности обменных процессов. Например, на суточный ритм спорообразования некоторых водорослей не влияют химические вещества, тормозящие обменные процессы; массовое вылупление мух дрозофил повторяется в темноте через каждые 24 ч и не зависит от температуры (при колебаниях её в пределах от 16 до 26°С); в аквариуме длительно сохраняется лунная периодичность открывания створок морских моллюсков; всхожесть семян, хранящихся в темноте и при постоянной температуре (в пределах от -22 до +45°С), отчётливо меняется соответственно сезону. В постоянных условиях солнечно-суточный ритм обычно превращается в т. н. циркадный ритм с периодом, типичным для каждого объекта и несколько отличающимся от 24 ч. Циркадная периодичность возникает у выращенных в постоянных условиях организмов после кратковременного изменения этих условий, что доказывает врождённую предрасположенность к такому ритму, Так, близкая к обычной ритмическая активность возникает у дрозофил, выращиваемых в темноте, после одной вспышки света длительностью 0,5 мсек.

  Существуют 2 точки зрения на природу Б. р.: 1) Б. р. основаны на происходящих в организме строго периодических физико-химических процессах — «биологических часах». Изменения внешних условий служат сигналами времени, которые могут сдвигать фазы ритма. При постоянстве условий ритмичность полностью спонтанна, что доказывается несовпадением циркадного ритма с колебаниями геофизических факторов. 2) Организм воспринимает циклы проникающих геофизических факторов (геомагнитное поле, космические лучи и т.д.). Собственная система измерения времени, если она имеется, играет вспомогательную роль. Изменения освещения и температуры могут сдвигать фазу Б. р. по отношению к геофизическому циклу. Под влиянием неестественных для организма, но постоянных условий может возникнуть регулярный сдвиг фазы Б. р.

  Лит.: Бюннинг Э., Ритмы физиологических процессов, пер. с нем., М., 1961; Биологические часы. Сб. ст., пер. с англ., М., 1964.

  В.Б. Чернышев.

1. Суточные изменения положения листьев бобовых растений при нормальном чередовании дня и ночи (А) и при постоянной темноте (Б). 2. Суточный цикл изменения окраски у манящего краба в нормальных условиях (А) и при постоянной темноте (Б).

Биологические станции

Биологи'ческие ста'нции, научно-исследовательские учреждения, предназначенные для всестороннего стационарного изучения растений и животных в естественных (природных) условиях и проведения экспериментальных исследований. На Б. с. разрабатываются также проблемы, связанные с решением вопросов большого практического значения (акклиматизация, рыболовство, рыборазведение, освоение пустынь, высокогорных районов, повышение биологической продуктивности природных комплексов и т.п.). Б. с. расположены в районах, отличающихся спецификой природных условий (Б. с. морские, пресноводные, лесные, степные, пустынные, высокогорные, тропические, арктические и т.д.) и своеобразием населяющих их живых организмов.

  Первыми Б. с. были морские; их возникновение связано с расширением интереса биологов за пределы систематики и морфологии и усиленным изучением физиологии и эмбриологии (30—40-е гг. 19 в.). Толчок к развитию ряда общебиологических проблем (филогения, соотношение онтогенеза и филогенеза, взаимоотношения организма со средой и т.д.), вызванный учением Ч. Дарвина, ещё более усилил этот интерес. Попытки немецкого естествоиспытателя К. Фохта организовать стационарную научную морскую лабораторию не увенчались успехом. В 1859 возникла первая небольшая лаборатория «морской зоологии и физиологии» в Конкарно (Франция). Однако лишь блестящие открытия в области эмбриологии русских учёных А. О. Ковалевского и И. И. Мечникова (60-е гг. 19 в.), осуществленные на морских животных Средиземного моря, убедили в необходимости организации крупных Б. с. В 1869 по инициативе Н. Н. Миклухо-Маклая 2-й съезд русских естествоиспытателей принял решение об организации Б. с. на Чёрном море и поручил его осуществление Новороссийскому (Одесскому) обществу естествоиспытателей, которое и основало в 1871 Б. с. в Севастополе. В 1892 Севастопольская Б. с. перешла в ведение Петербургской АН. Во главе станции стал А. О. Ковалевский, который расширил и переоборудовал её в крупнейшую русскую Б. с. В 1874 по инициативе А. Дорна и в основном на его средства, а также на средства учёных всего мира и субсидии ряда государств (в т. ч. России) была открыта Неаполитанская зоологическая станция. Были основаны французская Б. с. в Роскофе (1872), Вимерё (1874), в Баньюльсе и Андуме (под Марселем), В 1881 Н. Н. Миклухо-Маклай добился организации Б. с. в окрестностях Сиднея (Австралия); профессор Киевского университета А. Коротнев организовал в Виллафранке (Франция) русскую Б. с. (1886). В США крупнейшая морская Б. с. была создана в 1888 в Вудс-Холе (штат Массачусетс), Крупнейшая Б. с. в Англии — Плимутская — создана в 1888. В 1881 в России на Белом море была основана Соловецкая Б. с. Петербургского общества естествоиспытателей; в 1899 она была перенесена на Мурманское побережье Кольского залива, где благодаря тёплому атлантическому течению фауна отличается богатством и разнообразием, На Севастопольской и Мурманской Б. с. было изучено распределение животных в Севастопольской бухте и Кольском заливе. На Астраханской (1898) и Бакинской (1912) Б. с. велись преимущественно рыбохозяйственные исследования. Во всём мире насчитывается (1970) около 200 морских Б. с.

  Организация пресноводных Б. с. связана с развитием лимнологии и гидробиологии и