Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Исследование циркадианного ритма двигательной активности животных (на примере жука-чернотелки)

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Исследование циркадианного ритма двигательной активности животных (на примере жука-чернотелки)"

национальная академия наук республики казахстан

^ институт физиолоп1и человека и животных

> %

хР .Р

<У

На правах рукописи

орынтаева лейла бектурсьшовнл

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИРКАДИАННОГО РИТМА ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ ЖИВОТНЫХ (НА ПРИМЕРЕ ЖУКА-ЧЕРНОТЕЛКИ)

05. 00. 13. - физиологи« человека н животных

Артореферат

диссертации на соискание ученой счепемн кандидата биологических наук

Алматы - 1995

Работа выполнена ыа кафедре биофизики и биохимии биологического факультета Казахского государственного национального университета им. Аль-Фараби и лаборатории 1равитацисшлой биологии Института медико-биологических нроблем МЗ РФ

Научные руководители :

- кандидат биологических наук, доцент С. Т. ТУЛЕУХАНОВ

- кандидат биологических наук, А. М. АЛПАТОВ

Ведущаа организация.: Московский государственный

университет им. М. В. Ломоносова

Официальные оппоненты :

- доктор биологических наук, профессор С. Ж. ТЛЕ УЛИ Н

- доктор медицинских наук, профессор М. Л. ЕФИМОВ

Защита состоится " М- ¿¿.¿¿А _1995 г. и 14 часов

на заседании специализированного Совета Д 53. 26. 01 при Институте физиологии человека и животных HAH Республики Казахстан по адресу: 480032, г. Алматы, Академгородок, Институт физиологии человека и животных HAH PK.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физиологии человека и животных HAH PK.

Автореферат разослан г.

Ученый секретарь специализированного Совета, доктор биологических наук Р. С. АЮЛОВА

Актуальность темы-Для "организмов различного^ г таксогони^ясок)' пололвния характерна общность формальной органиэаггля циркадианзшх систем и функциональных свойств ритмов, их > обрвзущих, что обусловдано ихпроисхржденивм в ходе конвергентной эволции (Ашофф' ТО. , ¿1984, Уинфри А. ,1990). Ё основе' циркадианныг ритмов лежит "ХЗдахМыидасниа механизм и, хотя .он^рёвлйчаэтся к. зЁюийИйосад отV Ойологического вида, есть веский основания предполагать, что 'он *-' замыкается на клеточном уровне с Рая» т. . 1ев1.. йо1«ви с. ее щ,

'"1092, Аг ®сМ да Н- еЪ ¿1. ' 1 вОЭ5. Ген бЖЛЭГИЧВСКИХ ЧаСОВ КОДИруВТ '. /5элок протеогликан, встроенная: в клеточную нэибрану (Уйнфря 1990). Такая общность. формальной организации циркадианных систем позволит исследовать, вреданнуи' органгоацию и вв 'отввтн йа _воздвйствиэ различных факторов на отшсителыю простом биообъекта и делать шрокнэ обобщения, прогнозирущив гюведаниэ щрседианнт: систем у. Солее внсокоорганизованннх живых систем. В качестве такого модельного объекта исследований нами'бнл вчбран. пустынный хук-чернотелка т^вопоасвив эди., который обладает весьма

Удобными для экспериментатора параметрами* четким, устойчивым ритмом двигательной активности, относительно легко регистрируемый, , прост в лабораторном содержании. ' .. 'И .¡Несмотря на сломвщувся в биоритмологии шрадигну, шкоторне; вопросы, в частности, касащиэся гравитационных эффектов, влияния : ■температуры и характер взаимодействия множественных осцилляторов внутри циркадианвой системы остаются открытыми й требувг. Дальвэйщэго изучения. •• - ; / '

, ■ Все это и предопределил» выбор темы и актуальность настоящего>л ' исследования.

Пе/ть исследования. Изучить основные свойства циркадианной систеш в естественных условиях и при влиянии на нее различных, факторов. '.'

Основные задачи; ' . ■ , - ' д

1. Исследовать суточный ритм. '•, локомоторной • активности в естественных условиях обитания. "' "

2. Внявять характер и диапазон индивидуальной изменчивости • :. свободш'текущвго рггма двигательной активности при постоянная ^внешних условиях.

3. учить влияние импульсного и ступенчатого измэж-нпя температур« окружаицей среды на свободнотекущие ритмы.

"4. Иссдэдовать процесс ; захватывания' циркадианного ритма температурными циклами.

5. Оценить чувствительность свободаотакуцрго циркадианного ритма к измененной сшв тяжести (невесомость, шрегруэки).

Научная иоеидна. ПрбДДОХеН НОВЫЙ МОДЭЛЬНЫЙ бИОООЬЭКТ ДЛЯ

исследований основных свойств и организации циркадианных систем..

Доказано, что вгарвда примененная в работе методика "беговая, дорохка" наиболее аффективна npsi исследовании циркадианного ритма двигательной актившсти, по сравнению с использованными ранее.

Впервые на примере т. ¿¿gas выявлена столь исключительно широкая . мемщдивидуальная изменчивость . основных свойств циркадианной системы.

Впервые доказано, что циркадианный горгаэд является гравитационно зависимым параметром.

Практическое аначание. НауЧНШ ШЛ)Х6НИЯ рабОТН МОГУТ бЫТЬ

экстротлированы на циркадианннда организации более высокоорганизованных систем, в том числе человека.

Разработана методика содврвания T.gteas и регистрации ритма двигательной актившсти, которые позволят использовать данный биообъект для биоивдикации и исследований в космических полетах.

Материалы диссертации включены в учебную программу курса "Основы биоритмологии" для студентов кафедра биофизики и биохимии КазГУ им.Аль-Фараби.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на неучном семинаре биологического факультета МГУ (Москва, 1993), на выездной сессии "Проблемной комиссии по хронобиологии и хрономедицине" РАМН (*)эсква, 1993), на Международном симпозиуме "Биоспутники Космос" (Москва, 1993)., на научном семинаре лаборатории гравитационной биологии Института ыедшсо-биологичэских проблем (Москва, 1994), на шшзузовской конференции молодых ученых КазГУ (Алматы, 1994), на заседании лаборатории биоритмологии и космической биофизики Института проблем биологии и биотехнологии (Алматы, 1994), на X Конференции го космической биологии и авиакосмической медицине (Москва, 1994), на заседании кафедры биофизики КазГУ (Алматы, 1994), на теоретическом семинаре лабораторий нервно гуморальной регуляции и физиологии пищеварения Института физиологии человека и животных HAH PK (Алматы, 1995). '

публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 научных работ (5 статей), приняты к печати 4 научные работы (статьи), в

вторах отражено основное содержание работы.

Структура и объем работы. В ртбОТЭ раССКатрйВЙЕГСЯ фуККЦЯОКаЛЬПЗЗ

строение и основные свойства циркадианной системы животных (на примере жука-чернотелки).

Диссертация изложена на 134 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литература, описания объема и но года в исследований, результатов, обсуждения, выводов и указателя литературы, вклотаадэго 23 отечественных и 192 зарубежных автора. Работа иллюстрирована 2 таблицами и 44 рисунками.

Основные положения, выносимые на заыиту:

1. Циркадианный ритм двигательной активности аука-чернотелки т. sigas контролируется двумя взаимосвязанными осцилляторами, различащимися чувствительностью к температуре округащей среда.

2. Индивидуальные особенности свойств и степени взаимного сопряжения осцилляторов, лежащих в основе ритма двигательной активности, определят его исключительно иирокую индивидуальную изменчивость.

'3. Циркедианная система т. sigas обладает гравитационной чувствительностью, вменения величины периода и сдвиги фазы ритма двигательной активности обусловлены как прямым, так к /опосредованным влиянием измененной силы тягести на циргсадианннй .дайсмекер.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Обзор литературы состоит из четырех частей.* I) сгоктр биологических ¡ритмов вклшает определение биологических ритмов и их классификации, 2) обще свойства циркадаанннх ритдав ъътзатп обзор многочисленных работ отечественных и зарубежных авторов, 3) особенности циркадианкых ритмов у насекомых проанализирована го классическим биоритмологическим работам, 4) обзор влияния факторов внешней среда сделан го раду работ авторов СНГ и заруббгннх авторов.

МЕТОДЫ И ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИИ

Для исследований были выбраны жуки-черо>телки TW^noucí /n

gigas Reitt. , CGM.Tenebrionidae, Tptóa fim-l íiní . ХукИ Д8ШЮГ0

вида обладают четким ритмом двигательной активности, удт.ш тхг работы, относительно неприхотливы в лабораторном

' Эясдаравнтн го изучении щркадианюго ритма (ЦР) двигательной "активности (ДА) вводились на' хуках, взятых "из "природной • популяции в пустыю Кара-Кум (Туркменистан). Необходимо отмэтить, что дая природой пзпудяцийГ характерен значительный естественный полиморфизм, утраченный традиционными лабораторными линиями животных, что позволяет исюльзовать данный объект дая юучэния шжиадивидуашюй юменчивости реакции циркадзанных ритмов на. различию воздействия. Благодаря вытэтречисденным особенностям, -

ЖуКИ-ЧВрВДТвЛКИ Trlgonaecalt* jgiga», ВЗЯТНВ . ИЗ ПрирОДНОЙ

популяции, были выбраны нами в качестве объектов исследований. '

В лаборвторйи *ухи находились в виварии при' температуре 25^2°0 й" скелетном фотодарвэде свет-тешюта в .соотштнии 2iI0:2tI0. ■- '-- -'.у."' ■•

Хуки содержались индивидуально в ячейках рев мэром 100x70мм2. Дно ячеек баш докрыто 1.5 см слоен песка. Кормили жуков овсяными хлопьями Теркулэр".

В качестве регистрируемого шказатедя циркадианвэй ритмичности была выбрена двигательная активность. :

Для юучедая индивидуальной двмэнчивости циркядияннщ- ритмов и реакций ритмов на рва личные воздействия исследования проводились в полевых и лабораторных условиях. Поскольку работа проводилась в , рамках международного эксперимента "Хук", накоторав данные о спонтанной динамика свабодаотекущих ригиэв были шлучвны . из лаборатории А.А.Путитва (Новосибирск) и лаборатории В,Ритвелвда (Лейден, Нидэрпавда). Для стандартизации. подученных от коллег данных мною была написана специальная программа (на языке: Turbo Pascal s.o), позволяющая делать корректную интерпретацию подученных результатов.. Анализ, и интерпретация подученных результатов проведаны мною лично. ■ , /у

Математическую обработку данных осуществляли на ibm рс at посредством программы "Хроноскоп", разработанной A.M. Алпатовым и Ю.А..Евстратовнн (Институт медико-биологических проблем ИЗ РФ) сшциально для анализа временных рядов. Предварительный просмотр записей осуществляли посредством, растр-метода (Алпатов, 1989). Суть метода состоит в графическом выявлении элементов повтора, регулярности среда вариаций временного ряда. Период определялся путем шстеданшго изменения дайны развертки (растра):

cooгвотствущда периоды представлялись- п вида вертикальных полос на двойном растре. Точные значения периода т оценивались методам периодограмм-анализа CSokolov and Bushel, 1978Ï.

Для некоторых наиболее "эшумлентп" записей применялась фильтрация "скользящим сродним" ( сглаживание, устранение тренда).

: Тагам обрезом, для анализа и интерпретации полученных результатов нами были использованы современные адекватны» метода обработки данных.

Всего в работе было использовано 600 жуков. В .результат«-) получено 10 Мб информации, создана база данных по циркадияшсш ритмам исследованных насекомых.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ i . Исследование суточного ритма двигательной активности жуков—чернотелок Trigonoscel is gigas Reltt. о естественных условия« .

Типичное распределение активности г. ¿risers в течение суток представлено на рис. I. Как видно из рисунка, жуки встречались га поверхности дважды в сутки*, утром - с Б ч 30 мин до С ч, с максимумом активности около ? ч и вечером: - с 17 ч 30 мин до 20 ч, с максимумом активности около 19 ч. При максимальных и минимальных значениях температуры, соответственно, днем и ночи-:, ни одного хука на поверхности ю на&щцалось.

Изучение суточного ритма т. gigas в естественных условиях выявило сезонные изменения в профиле активности. Так, в апреле к первой половине мая нами были обнаружены два допустимых интервала активности, удивительно стабильные во времени (рис. I). Во втсроЛ половине мая жуки были активны лишь рано утром (с б ч до 0 ч). Специальное исследования (откапывание жуков) показали, , что остальное время суток яуки проводят в состоянии покоя, зарлэшеь ь песок на глубину 5-30 см. Проведенное нами изучения, влилш» температуры на свободно текудай ритм двигательной активности у т. gieas в лабораторных условиях также выявило зависимость паттерна активности от температуря окруяавдей среды: при гонтенда температуря с 30°С до 20°0 происходит появление второго пика, активности и наоборот.

Сезонные вариации в распределен® суточной - активности, проявлявшиеся в унимодальном и бимодальном паттернах рггш у

т. ас?**, яярактерш для шеакомый и стиечались рдамнми

- а -

Рис. I. Распродзлэнш аКТКВШСГН иуков-чврштелок Т. Si 60S в тачвнш суток в кш 1ЭЭЗ г. в естественных тстах-их обитания. Олзва го вертикали показана температура, справа - количество лаШщцазшзся на поверхности луков, внизу - время суток.

;дслэдовагаляни paiiae CDariilevskii <*t al, 107ОЭ . в фушсщюналыюы откоезнш OHii хьогут tob обуславлзнц двухосцилляторшу контролем рхтка. Рашэ Поттендряхои и Даазюм бала предложена теоретическая ¿.»даль, обьясшщая аффект расщэшэнвд ратаа активности у грызунов

CPittendrigh and Daart. 10763. СОГЛЙХСЮ ЭТОЙ НО ДОЛИ ртТИ ДА ВбдаТСЯ

дауия анатошчоскп. и функционально разл;гашмн осцилляторами (или двуш гругатн Бзежосвкзанннх осцшшггоров). Езазкозахватнваясь, эти осцшщятори образуют цонтрйшлшэ бшиогачэаав часы (пвйгазкер), эдторш погут быть сннхронизовагш внэениш Г:рв1уаадатш1кашг cPittendrigh, 1Е315. Впоошдствка эта гипотеза случила шюгочислешшэ зкспзрагвнталышэ шдтЕэркдашя на разное

вдах КИВОТШК CChiba et si, 1SS2; Коуег-Peters, 1633; Widd t-11 eL Л, 1020; Toialokfi, 1693; Page, 1070, lSSS, lSS3a, 1Ш b; Ooulos л/id Мог In. 1SS3; Underwood, 1677; Plckard et al, 1634; Turek et .Л . 1&34; Chiba et al, 10035.

& литературных источников известно, что для Еуков-чорютелек 1Ш££а характерен даухосцидляторшй. контроль рггыа двигательной

¡Ш'ШЗШСТИ (Kohler and Fleissruei-, 1в7в; Flelsner. lOfifl; Flelsner "f"! Fielsner. 1QS3; Constant! neiu end CIoudsley-Thoffipson. 1GU3;

!iiy«r-i'ot«re, юазз. наш данша свидетельствует о той, ЧТО ЭТО .'¡роюдошо и дая T.eieas. Осциллятор! или 2 группы

- Э -

взаиг.юсвлвевпшх осцилляг-оров,' контролируйте циркадаатинй рити двигательной активности у г.¡¡teas, обладает, по видимому, схоятни свойствами, но различаются го величинам собстйэшшх периодов. Г; локальных условиях осцилляторы штат общий период (благодаря взашозахватыванию и синхронизации ритма естественннми зодатчикапн времени). .При постоянных условиях возможно либо ослабления тоашоэахватнвания осцилляторов (вероятно, из-за умпншягоя амплитуда колебаний), .либо усиленна розницы в яаличмшх периодов, что приводит к сгонташш сдаигам фаз и ритма, рзсщештэггию ритма v,n две соствзлящие ш ке исчезновению одного из шкоп активтсти. приводящее к измзнэнию периода найтедаекого ритмз, и дата притиги. ДвухосцйлляторннЯ контроль ргша объясняет также разконгагрйшшнгш п.цвш'и фззц двух шков активности, наблюдавшиеся под действие?-! томпвратурпого шпульса.

Дат-га по захватывании ритма температурными циклами покопали, что у большинства г. gigas окончание активности было синронизоваго даже в отсутствие захватывания ев начала, что' позволяет предположить розную чувствительность осцилляторов к свету и

■гоялэратуро С Waver, 18783. ОСЦЯЛЛЯГСр,' . ВЭДУЩИЙ ШЧОрНИЙ ШК

илюшостя бодав чувствителен к температуре, чм< осциллятор,

коатрожтрушкЯ утренний пик активности, Об этой свидетельству®? ляшшо, подученные в результате постоя1шой регистрации ритма п остостпошшх условиях. Вечерний- пик . активности устойчдао ••лахватнвался суточным температурным циклон, в . то ирегат i-si-утроишй не зависел от нэго. Крона того нами йш внявлэло различие в амплитудах ликов активности. 3 большистге случаев яочорний пик был внрвзэн значительнее, чей утренний. Это, одитга, покот быть обусловлено . л том, *что в природе температура поверхности почвы вечором всегда вгмэ, поп утром.

Тагам обрезом, результаты, получении© при исследпатн активности хуков-черштэлок T.#iga$ в естественных УСЛОВ/Я* \'Х обитают, сьццэтельствужг. о • дауюсцилвяторном котролз рнтм^ двигательной активности.

2. Исследование индивидуальной измеичтости свободно-текущего ритма лпигетельной актиптхгтм

В отличие от единообразного паттерна актигвносгк. наблюдавшегося в естественных условиях, исследование динамики

сюсоуютекутто -ритма в лаборатории выявило поразительнее

разнообразие лрофшвй ритма. Круговая диаграмма, представлешшя на рис. 2 отраааэт' проирнтноэ соотношние разных профилей ритма. В случаев был обнаружен I стабильный пик, в 36.7У. случаев имела место двухфазная активность,- причем в 33.3/ случаев это были 2 одинаковых пика, а в 66.7/ пики имели разнуп про до .шит е лы ю с т ь во времони. В 4.8/ случаев наблвдалось расщепяенда унимодального ритма на две составляйте, а в 18.4-/ - слияние двух пиков активности в один. И, наконец, в ' 12.Г/ случаев была внявлота аритмия.

Поршдограмм-анапиз ритшв показал, что величина сьободногркущэго периода (т) обычно колеблется в пределах 23 - 25 ч. Средний период равен 24Л±0.6 ч. Примечательно, что расшлоаэниа периодов в атом диапазоне имеет вид нормального распределения с максимумом в 24 часах.

Изучение динамики свободнотекущих ритмов при постоянных инвихш условиях выявило влияние световых условий на их паттерн. Результаты исследований представлены в таблице I. Как видаю из

П 0.4 XI

iipyi4itVj.il "-чмма, ОТрсвШИЦ,(1)1 {лКПрОДивШ»;

Таблица 1.

.ч-дкгкмость паттерна ритма от световых условий.

^ Оэетонш уаяомщ Паттерн ритма Частота встречаомост

1 СГ Г пик ' 14.0 ■/.

! 2 пика 66 л ■/.

1 \ слиянж 3.7 ■/

1 расщеплениэ 3.7 •/

\ слияню-расщэпление 0.0 ■/,

\ аритмия II.I '/.

) тт ' I пик 30.0 •/.

2 пика 37.1 X

слияние 3.6 У.

расщеюгениэ 7.9

слияние-расщепление ' 1.4 /.

аритмия 20.0 '/.

со I шк 41.7 /.

2 пика 25.0 У.

слттю 16.7 ■/.

расщепление 0.0 •/.

слияние-расщепление 0.0 1.

аритмия • 16.7 •/.

таблицы, при скелетном фотопериоде свет-темнота (СТ) СТ 2:10г2>10 жукам присуши четкие, стабильные ритиы. Перевод зуков в дастолкнуи темноту (ТТ) характеризовался возраставши доли уншадаи-вго: рлтиов (в 2 раза) и тгти таким же уменьшением доли бигодаьыщх !1ч 1.8 раза), что объясняюсь двукратным увеличением количества слияний двух пиков активности в один. Кроме того, наш яЛягдатось появление значительной нестабильности ритма - 1.4 ;< жуков демонсгрировата кратковременное слияние двух пиков активности в один, за которым следовало его расщепление,, доля аритмичных особей увеличилась вдвое.

При переводе хуков из режима свет-темнота на постоянное освещение (СС) наблвдалось аналогичное увеличение количества унимодальных ритмов и уменьшение бимодальных, хотя и более ¡значительное го сравнении!) с ТТ - в 2.8 и 2.7 раза,

соответственно. Количество слияний пиков активности увеличилось в 4.5 раза. Расщвшвэнда ратдав m были вшвлеш. Аритмичных куков стало в 1,5 posa болью. -

Продолжительная регистрация двигательной активности (2-3 месяца), предпринятая дая изучения вн^рдавдивидуальной изменчивости свобод®текущего ритиа, выявила явно сюнтаннш изнанэния его периода (г), фазы (*>) и профиля (рис. 3). Прачам найщцавши&ся шшшная, го всей видимости, ш были обусловлены какиш-дибо известными флуктуацияш параштров охфугшгрй среда. Эти даннда -согласуигея с результатами, описанными pame рвавши исследовауаияги на других бюо&ьектах (Chrlstenaen and Lewis. 1еаг; Ci op ton, 1634; Emery et al, 1004.), И СВИДеТеЛЬСТВУЮТ О

шюгшсфшляторной оргашвацнк циркадианной система.

Выявленное наш разнообразие паттернов свободвотекущэго ритна г. eigaa шглх> являться отразанкан изменений фазовых отдавший и взашшой .синаранизацик осцилляторов при шстояных условиях. Оадвидгю, пирсадйшпшй шйсмакер, состоящий у T.giga& из двух оецяляяторов ш групп взаимосвязанных осцилляторов, на дальэтся устойчивом рашюводнтажзм, а скорее динамичной системой, которая ■ ............................WilZWi-------------------------------------- .

¿ г« . «а

Рис. 3. Спонтанная динамика свободнотекущэго ритма. Запись активности представлена в вида двойного растра. По вертикала слава показана продолжительность зкешршвнта, справа -гараичнЕэ кравш. 1ю горизонтали - вреда суток.

.имеет' тенденцию тнэняться в гостоянгахх условиях. Как показали эксперкшнтн, внутренние отношения осцшшггоров в ряда случаев ившцись от цикла к циклу, что в свои очередь внзнваю нзшшнш такого свойства осцилляторов, как гзаимозахватыванж. При равдан контроле рятна осцидяторы образуют систему с ткащш промежуточным периодам. или за стараггся подавить один другой, навязав • свой собственна перюд. Последнее предгаэлохениз хорошо "обьйсняэт скачкообреонне изменения периода ритма жука Я2Ш24 (си. рис. 4)'; при смзда температура и гаиенениэ периода ритма шел) исчезновения одного из пиков активности (см. рис. 3). Бооюе четкие и уотбйчивно* ритмы, такте наблвдавпшэся при регистрации активности прй посташшх условиях, возможно -. индуцируется бол» сильно .св'уйанннми осцилляторами. Аналогичные результата были описана у

рсозорЛИа malanogastsr CEmery et- al. 10043, у НОСОКОМОГО 'Hobni deiha thoracica С Lewis et al. 1Ö61D , у ffOMapa Culteela tnctd&ns CC1 opton» J6S43. . .

' время, чесы

Рис. 4. Влияние ступенчатого изменения температуры на свобод-нотекущий ритм двигательной активности т.gíeas. Слева по. вертикали отмечена продолжительность эксперимента, справа - первичные кривые, Отражашще амплитуду ритма и значения установленной температуры. По горизонтали показано время суток. •

Шщиьлдуальнш различия таких параметров циркадаашого ритма, Kiui ес.<с";ьо1шый'период каждого иа осцилляторов, степень взаимной оинхуюшвации, сила осциллятора и т.Д. ¡Christenien ли a Lewis. i6.es) шгут иметь минимальные последствия для проявления ¡¿иркадииншй ритмичтсти '• жуков в условиях обитания, где осцилляторы устойчиво эапштнваатся естественными сширэнша1тарами д поэтому не наблюдались нами в голевых исследованиях, но зато чй?ко проявлялись при регистрации активности при постоянных внешних условиях.

Таким* образом, полученные нами данные свидетельствуют о даухосциряторшм контроле ритма двигательной активности аука-чордателки г. gigaa.

з. исследование эффективности синхронизация ритма двигательной активности температурными циклами

Устойчивого' захватывания ритма всеми теркошрюдами ш найладалось ни у одного жука. Наиболее эффективным дня захватывания оказался короткий 23-часовой темш^туршй цикл, им бшю синхронизовшю 70-/ насекомых. При вахватывании ритма икал место стабильный фазовый контроль ш только начала, ш и окончания ативлости. У синхронизованных жуков актившсть начиналась только в фазу повышенной темшратуры цикла (шс. 5). В шкоторш случаях (рис, 6) в отсутствии захватывания в течаниэ ibckojuiusx ци&дсы лабищцапись всплески активности через час поели установления пониженной таипаратури. На исключено, что на&нвдавшеея нами у большинства вуков отсутствие сюирм^гиш >'Л и 25-чаговш тершшрдадамц обусловлено, по-ввднмоку, шотоДОмстон 23-часового температур©го цикла, поскольку данный ториоперюд бт установлен первым.

'Таким обриаои, наш было вывялено разнообразие рвалщий рулма tiu ишшатиьишо разными тармошриодами. При стон ннтерос rijbAi'Tfiiiafte'r ш столько разнообразие шйявдавшися явлений,

»лшсшшие fjlhlib Нй лругш вдцах животных CVtei ileniuar.ri,

¡ill «...!. 1 ;Jti -Г,j Bruce. lffiffi, СКОЛЬКО шщивидоильшь ризличил в иа

njOiiitJkiiaih. Так, нами наОлвдались различные фазсьив отшшинил ыыиду нинхронизагором и захваченным ритмом. В шкоторых случаях ^iiviiiMii-.iort начиналась 'iopea 2-3 ч после нырныцн от шиюшй к т^иттюй, в других случаях -• за б, Ч или ч ч до

Жук »ГЗ тОЛ

тгз

гв'с - гг'с

Г 25

гв'с - гг'с

Т24

гв'с - гг'с

Б. Захватывать циркадиакного активности температурными циклами, представлена в виде двойного растра растре отражают фазу повышенной температурного цикла Слева от длительность сжсперлмента в сутках, кривые, отражающие амплитуду ритма, условия, пннзу - время суток.

г - сши1 гв'с

ритма дви1-атапёййй" Запись активности . Прямоугольники на температуры (ЙбгС) растра показана справа -. первичные и акспериментальные

Жук От16?

1 ьики. I

■ I. ■ I

1у' " чт

„-.¡Гц

I- сапМ 25'С

тгз

ге'с - гг'с

тгв

гв'с - гг'с

Т24

гэ'с - гг'с

(-СОГ1С1 25 "С

ии

24

время, часы

48

Рис. -6. Приближение периода ритма к периоду задэтчика времени. Обозначения те тго и на рис. 37.

' серегрда 'от говшззншй к шшшэншй температуре. Подобный зффэхт шхёт быть обусловлен индивидуальными вариациями в величиш .эндогенных гариодрв ЦР ДА у яуков данного вида (Алюфф, 1984), чтакяэ . эффективность!) ". ; температур« охруаахщэй среда, - как 'йишронизатора. Маскирование также найлвдалось не у всех луков.; >

Считается рбщэпризнаннни, что вахватывани© предгшаг^эт контроль йадатчшом вреюша фазы и периода синхронизован®го ритма и йоэюжно в пределах окна захватывания срад«. íeaso. Граница;окн4 определяются • 'такиил свойствами синхронизатора, как сила, амплитуда, чувстаит&цьнэстьь организма к закватывавдэму сигналу й устойчнвостьг) осциллятора. Захватывание ритмов годвияности-, 70^ . жуков йЗ часовки тврдадаршдом свидетельствует о достаточности / синхронизации ЦР ДА выбранной нами амплитуда температуры. А-сде«га , фазы ритма и измадант его триода, индуцированные темшратурнша импульсами, годтввркднет: высокую чувствительность. циркадаакшй; системы к температур» окружавшей среда. Отсутствии захватывания в ряде случаев, а также разнообразии реакций синхронизованных рйУКОз свидетельствуют f скорее. об индивидуальном различии свойств • и , взаимной синхронизации ссцшишторов, лвхсадах в основе ЦР ДА. л

Таким образом, шлучемнаэ результата свидетельствуя/г о том'^*; что температура шхет Ошъ задагчикок врэиени для т. но -щ'.

таким эффективным, кек это ожидалось. • ; . '

*. Гравитационная чувствительность циркадаанной система жука-черютелки Trieonoscelis Sigas Relt-t.

Исследование спонтанной динамики, свободаотекувдах ритмов в условиях измененной силы тяжести показало, что гравитация влияет на циркадианную систему нвскольки!ш путями. И микро- и .гшюргравитация вызывают изменения периода ритма, сдвиги его фазы, a в некоторых случаях влияют на амплитуду ритма ДА..

Увеличение периода ритма, наблюдавшееся у жука jemooA (см.рис. 7) в космическом полете, сопровождалось понижением амплитуды ритма. При возвращении к Земной- силе тяжести происходило восстановление догюлвтшго значения периода ритма и его амплитуда. Данные, полученные в космическом шлете на биоспутнике spaceiab з, и шдавнем кратковременном полете, косвенно свидетельствуют об аналогичном изменении периодов ритма у. крыс и лвдей cFuiier. iess; Gundei et ai, 1ваэ5. Очевидно,, увеличение периода' ритма при

Жук Я 2тООА

10 15 20 25

М^М*«* I

Г

МШшк!

к. л. л. _______,«,1.1____д.,,»*»

ЬкЬ». > - щ|Щ| ш •<. ш

4 , «ША

и. <|>|

иЫпЛТ!

11 л.

иЪОЬЫ уЛмл.

ЛЛ

«ни ■

1

¿а х

и-лЬа. к

—Л

! И *

^ »»Су*

_________

и,» .1. к моа* к

и

мА *

■ I ИИГПЬ«!»

и и ЦлГ

л ви «А&

1С

№

1С

00

24

время, часы

40

Периодограмма Т-24.7Ч

1а . • » •

Кл

Рис 7. Влияние микрогравитацш на ' свободногекушдй ритм двигательной активности. Запись активности представлена в виде двойного растра. По вертикали слева показана продолжительность эксперимента в сутках, слева указаны значения силы тяжести. По горизонтали показано время суток. В рамках представлены' результаты периодограмм-анализа при разных значениях гравитации.

юданэши ур>вня гравитации характерно дая животных. И приматы, и крисц при a G демонстрировали увеличение периодов изучаемых рдагюв, при этом наблвдалось значительное подавление их амплитуды

IС Füller e-t al , 1083; Fuller. 1880. АНвЛЮГИЧНЫв УДЛИН0ШЭ ГОрИОДЗ

ват вшшлеш нами на г. ¿гgas (рис. 8), однако при этом не было обнаружено сколь-нибудь значительного влияния гидар1равитацш на амплитуду ритма ДА.

Шионеннся сила тяжести влияла на только на период ритма у т. но так*» и на' его фазу. И в невесомости, и при

штерграьнтации шйявдались спонтанные сдвиги фазы ЦР ДА, причем в некоторых случаях ода были значительны. Эксперименты, проведенные ранее на биоспутника серки "Космос" на обезьянах Macaca №Miatt¿tf TUKKo выявили уменьшение стабильности фаз ЦР и расширение зоны их блуждания (Алпатов и др., 1992). '

Бее эти результаты свидетельствует о том, что цирседианная система организма чувствительна к изменениям гравитации окружапяэй среда. '.-'.;■-

Возникло предложить несколько объяснений наЗлвдавииыея. ^явлениям. Первое из них касается шшсредственнотт) действия "Гравитации на клетку и основано на теории позиционного гомвостава клетки, разработанной Дх.Нейсом смасе, 1йвз5. Согласно этой теории, при изменении гравитации меняется напряжение на структуры цитосколета, что в свою очередь является сигналом для изменения внутриклеточного метаболизма.

Кроме того, возможно опосредованное влияние измененной силы ; тяжести на циркадианннй пейсмекер. Изменения периода ритма можно обменить влиянием локомоции на циркадианннй пейсмекер по принципу обратной связи. Это согласуется С литературными данными, ш лученными при исследованиях механизмов действия различных аадатчиков ' врешни с pi ttendrigh, isso. Доказано, что пейсмекер (го крайней мере супрахиазмснныа ядра - гипоталамуса у suis ко питаниях) является звеном в. системе обратной связи с Riet veía, i вб2Э. Фгокшюпгшские процессы, такие .как поведенческие акты, секреция мелатонина, .чередование сна-и бодрствования, способны захватывать ритм пейсмекера. Показано, что искусственно вызванная двигательная активность может замыкать обратную связь на даркадианный пейсмекер стигек, юаээ. Дашше в подтверждение этого подучены на хомячках CMrosovsJcy. 10933- И КЫШОХ С Edgar el. al.

РисУ. Увеличение периода ритма, вызванное гипергравитацией. Запись активности представлена в виде двойнош растра. Слева от метра показана 11{хздо длительность эксперимента в сутках справа -отРажаи^е ашшитуду ритм^, и значения -пли ¡яжести. Внизу - время суток. В рамках представлены I «¡ультаты пррлодот'рамм-анаппза. ' ^ ™

. - 2D -

aiíío. в условиях йэгэненной силы тязестй кашне нив энергетической стоимости движений при перемещении в принципе могло Он обеспечить обратную связь.

Еще одно о&ьястнт изменения периода ритма и сдвигов фазп ритма касается функционального устройства циркадиашой системы. у т. digas. Изменения шрада ритма могли быть обусловлены особенностями к степенью взаимной синхронизации осцилляторов, контролирунциж данный ритн у т.sigas, в кокэнт изменения силк тясэсти фаэовве отношения .осцилляторов могли меняться, нарушая установившееся равновесна, и один го осцилляторов ког получить преимущество, определяя таким .образом период . ритма' и его: стабильность. , •. ' • " ■ " ■ •

Получений нани '. данные выявили гразитодюндуа; чувствительность циркадианяой системы J т. gis as и свидетельствует, как о прямом, так и опосредованном дайствий - гравитации' ш: цнркадианадй пэйскекер, . контролируй ода ритм двигательной, активности у гуков-чарютелок этого вида. •, ' "■ : ,

' .... • : выводи . ' '. „' .

1. Впервые доказано, что дсонтроль Щфкаддантго ритма двигательной активности кука-чэрштелкн тпеопо$с&и& ¡¡iga® ' осуществляется, двумя таахюсвяйанннин осцилляторами. '. ' ,

2. Установлено, что: дон щркадашшого ритма . двигательной активности особей природной популяции характера исключительно широкая внутри- 1 п гзаадаззидуольная юзмончкзость, которая обусловлена разной- степенью сопряжения осцилляторов, контролирувдьш ритм.

3. Выявлено пять паттернов свободнотекущего ритма! унимодальный (28/), бимодальный (36.7/Í), пэрехода m двуфазной активности е кодафаэную (IB.4•/.), кз конафазной в двуфэзную (4.8-/.), аритмия (12.1/.}, величина периода свободкотекуцего ритма ршннх кукол нанялась в диапазон 23-25 часов.

4. Егорвкз на прггэрэ Trieonoscei ¿s ¡sigas доказана гравитационная чув ствит&льш стъ царкедранной систёмы. Обнаружено, что как кдатрогравитация, так и гипергравитация вызывают изменения периода п сдвпп; фазы ритма двигательной активности.

Ь. Установлено, что температура окруяащей среда влияет на период и фазу ритма. Обнаружен три типа реакций циркадаанной систэш на синхронизацию ритма температурными циклами эахватннанке, иодуляция периода и тсутствиэ захватывания.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Properties of the two-peak free-running circadian rhythm of locomotor activity of the sand-desert; beetle Trieonoscelis gigaa-Seitt. /УЛ. Biol. Rhtyhm Res. . - 1SS4. - V. 23.: - N. Й. PP. -163-187. (соавтора - Alpatov, A. M. , Kitveld, '.1. , Putilov A. A. ) .

2. Inpact of Kilcrogravity cr.d hypsr'gravity 1 С-Л free-running clrcadian rhythm of the desert beetle Triffonoac^l igas Reitt. /-xj.aiol. Khythra Res. - 169-4. - V. SB. -' M 3.' PP. 16Э-177. (соавторы - Alpatov A.M., rutvfld, ':f. J. ). ■ '

3. An? the morning and evening p.-saks of activity of the "ds-sert beetle Trigonoec&lts uigcLS H. controlled by different oscillators? //J. Int«rdiscipi. Cycle Kes. - 1C33. - V. at. -• Ы 4. - PP. -2i3-338. (соавторы - га tveld, v;., Д1 pjitov, A.M.).

L Влияю® никрогравитации и пшвргравигащи на свободнотехсупдэ

циркадианние ртгмн ЯУК08 Ti-igonoscslis ¡ji^as Reitt. /'Штвряат X

конференции по космической биологии и авиакосмической щцицит. -!5осква, 1994. - с.150. (соавторы - A. IL Алпатов, В.И.Ритввльд).

5. Сравнительный анаши различных катодов регистрации двигательной активности Яука-Ч9рН0Т9ЛКИ Triganoscelis jigar, Reitt. ✓vBeCTHIJK Коз ГУ. Сорт биологическая. - 1394. - Выпуск N 2. - СС. - 165-172.

G. Влияние факторов внешней среда на цйрседяанныэ ритмя животнизг. //Леп. в КазгосИНТИ. - 1935. - 5829-Ка95.

?. Особенности циркадаэнной системы у насекомых. //Ron. в КазгосИНТИ. - 1935. - Б944-Ка95.

. Орынтаева Лейла Вектурсышдазы ("уаул1 к Оойшдагы яинда ктерда ц ыргащтьщ крзгалысы мои Оелоэщц п н ээрттеу (улп репнде царе цоцыз)")

ЕдДокте Туркмешяшщ кургаюшлыц аймагивда болатын вдря крныидац функциснальдш; нуршшсы мен олардыц вдзгалыс ерошив л и ш ц тэулх к бойнндагы еагор1 отв болатын ереюпе цосисш вйкдадалда."

Вул тайеан тэт дабораториялык жагдаЯда сонымен кдатар гарышк« ушцаи "Космос" биоспутникте чодыз улп , о0ъэкт1С1 рэт! аде тэул1 к бойында болатын ю жуз1 нда нолданылатш физиология моя гврнштыц биоритмология улп спаде зерттелдо.

Узан уавдтта Оэлп лонген ыргантнлыктв жэнв ер уаодтта карицгыльщта хогаргы белсвнда Л1 кп ц езара «агнасын ай^ивдада, пши свбобтэрмвн найдя болтан мезпл ыргадтылыгы ыдырада.

Температуралыц шаОыт мввпл мен квзевде ыргацтылыкты едлшна калл р1 п не шйып ш береда.

Температуралыц цшаддащ камтуы ондву! ыргвц болсенд!Л1 ппо' эсер етеда не эсер етшйда .

Микро- 83И8 гигшргравятация ыевпл уакртына кэ т фаиы ыргагында эсер етеда.

Дорагындата цврвгавдв ыргвц нозгалысыныч болевши п ш ц баналонун еш тураксиз езара бейлашоха осциллятормон баадлаиади, ерекпт езгвр: с-п н ез! нда к насивт:, мат метторго дараганда,. таул! к бойындагы теОиги популяция.

Oryntaeva leila Belcturaynovna ("Investigation oi circadlan rhythm of locomotor activity of animals (tlie example oi wich Is Tenebrlonld tee tie)")

The functional organisation and basic features of tlie circadlan system of animals were Investigated In this work. Circadlan rhythm of locomotor activity of Tenebrlonld beetles HWgonoscelis glgpa Reitt., taken from Turtenenlan sand desert, were monitored In natural, laboratory conditions and In space flight aboard the blosatelllte "Cosmos". T.glgpa Reltt. la Introduced as a model system for studies of circadlan rhythms as applied ecology and space biology.

The long-term dynamics of free running rhythm in ED reveals Interactions between peaKs, spontaneous alterations oi i, and splitting. Temperature pulses can change circadlan phase $ oir period t, cause damping or re-appearance of rhythmic lty. Temperature cycles entrain or modulate free-running circadlan rhythms, or have not any effect. Micro- and hypergravity Influence on circadlan period and phase.

Results suggest that locomotor activity of T.glgpa Is controlled by two, rather unstable, coupled oscillators. A suprlsing strong Individual variability of basic features of the circadlan system of individuals from natural population Is discovered.