2.5.4. Биологические ритмы

Последовательное чередование во времени каких-либо состояний организма называетсябиологическим ритмом.

Различают внутренние, или физиологические, ритмы организма и внешние, связанные с циклическими изменениями во внешней среде, обусловленными вращением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца и вращением Луны относительно Земли.

Приспосабливаясь к колебаниям внешней среды, живые организмы соответствующим образом регулируют свои физиологические процессы. Это происходит в основном под влиянием трех факторов: вращения Земли по отношению к Солнцу (солнечные сутки, равные 24 часам), к Луне (лунные сутки – 24,8 часа) и к звездам (звездные, или сидерические сутки – 23,9 часа). Это является причиной некоторого отклонения внутренних (эндогенных) биологических ритмов от точного суточного периода, в силу чего они называются циркадными ритмами(т.е. околосуточными, с периодом 20 – 28 часов). У многих живых организмов суточная периодичность не сопровождается существенными отклонениями физиологических функций, а выражается в основном в изменениях двигательной активности. Это внешние (экзогенные) суточные ритмы.

Хорошо известны периодические сезонные процессыв жизни растений и животных, связанные с вращением Земли вокруг Солнца. В 1918 году А.Хопкинс установил, что существует тесная связь развития сезонных, или фенологических явлений с широтой, долготой и высотой местности над уровнем моря и сформулировал так называемыйбиоклиматический закон: "По мере продвижения на север, восток и в горы время наступления периодических явлений в жизнедеятельности организмов запаздывает на 4 дня на 1 широты, 5 долготы и примерно на 100 м высоты".

Весьма существенным фактором является наблюдающаяся в природе многолетняя периодичность биологических явлений под влиянием солнечной активности. В середине XIX века швейцарский астроном Р.Вольф установил средний 11-летний цикл солнечной активности (фактически длительность цикла колеблется от 9 до 14 лет), основным показателем которой является относительное количество солнечных пятен (число Вольфа). На 11-летние циклы солнечной активности накладываются более короткие 5-6-летние и более длительные – вековые (от 80 до 90 лет) – циклы.

Влияние уровня солнечной активности на биологические явления весьма разнообразно (рис.2.2). В годы активного солнца больше рождается зайцев-беляков, водяных крыс, саранчи. Напротив, плодовитость сусликов и мышей выше в годы спада солнечной активности. От деятельности Солнца зависят темпы роста крысят и прорастания картофеля, число лейкоцитов в крови человека, смертность людей, количество инфарктов, обострение многих хронических заболеваний и т.д. Даже число самоубийств и дорожных катастроф возрастает в годы активного Солнца. С деятельностью Солнца связаны многие физические факторы, влияющие на биологические процессы. В большой степени подвержены влиянию солнечной активности электромагнитные процессы, распространение атмосферного инфразвука, возникающего во время полярных сияний, ураганов и землетрясений, уровень радиоактивности, обусловленный "выдавливанием" из горных пород одного из наиболее токсичных и опасных изотопов – радона-222, колебания ультрафиолетового излучения с длиной волны 290 нм из-за изменения толщины озонового экрана и др. Выдающаяся роль в выяснении связи периодической активности Солнца с жизнедеятельностью живых организмов принадлежит известному русскому ученому А.Л.Чижевскому, которого по праву называют основоположником новой отрасли биологии – гелиобиологии.

Рис.2.2. Влияние солнечной активности на природные процессы на Земле (прирост деревьев в Германии, по А.Л.Чижевскому)

Среди внутривековых ритмов выделяют ряд циклов продолжительностью 20 – 50 лет. Э.Брикман установил 35-летние циклы смены влажных и прохладных лет теплыми и сухими. Эти же ритмы были установлены А.В.Шитниковым для уровней Ладожского озера, озер Казахстана и юга Западной Сибири.

Некоторые ритмы связаны с неравномерным облучением Земли в связи с ее движением вокруг Солнца, что может служить причиной климатических колебаний. Изменение времени наступления равноденствий, наклона оси вращения Земли к плоскости эклиптики и эксцентриситета земной орбиты происходит циклично с периодами приблизительно в 21000, 40000 и 92000 лет, выявленными югославским ученым М.Миланковичем.

Наиболее длительные ритмы в истории Земли связаны с тектоническими явлениями. Так, отмечается повторяемость великих ледниковых эпох через каждые 150 – 200 миллионов лет.