Биоритмы

Исследовательская работа по биологии «Биоритмы: тайные часы природы и человека»

Выполнила: Овечкина Ксения, 8 А класс

Руководитель: Михайлова Т.А.

Содержание

Тема Цели Задачи…………………………………………………………2

Введение…………………………………………………………………….3

Характеристика биологических ритмов…………………………………..4

Влияние биологических ритмов на человека……………………………..7

‍Как биоритмы влияют на работоспособность и успеваемость………….8

‍Хронотип и успехи в школе………………………………………………..9

‍Как сделать учёбу эффективной для разных хронотипов……………….10

Вывод……………………………………………………………………….12

Источники информации……………………………………………………13

Тема

Биоритмы: тайные часы природы и человека.

Цель

Изучить, что такое биоритмы и как они влияют на живые организмы.

Задачи исследования

1. Собрать информацию о различных типах.

2. Изучить влияние биоритмов на живые организмы.

Введение

Жизнедеятельность организмов на планете во многом зависит от движения тел Солнечной системы, изменений температуры, влажности и освещенности. На все эти изменения живые организмы реагируют.

Ритмичность в биологии — это процесс повторения явлений в определенное время.

На случай периодических изменений экологических факторов у организмов есть специальные приспособленческие реакции — это биологические ритмы.

1. Биологические ритмы (биоритмы) — периодически повторяющиеся изменения характера и интенсивности биологических процессов и явлений. Они присущи живым организмам и связаны с различными геофизическими циклами.

Биоритмы бывают разные — от полуторачасовых до годовых.

Биологические ритмы в зависимости от длительности причин возникновения делятся на:

• суточные;
• приливно-отливные;
• сезонные;
• годовые;
• многолетние.

Такое явление как «биологические часы» непосредственно связано с биологическими адаптивными ритмами.

Биологические часы — способность живых организмов выдавать реакцию на течение времени.

С помощью этого явления живые организмы могут согласовывать свои физиологические ритмы с изменениями, происходящими в окружающей среде.

Характеристика биологических ритмов

Рассмотрим подробнее каждый из вариантов биологических ритмов.

Суточные ритмы

Обусловлены вращением Земли вокруг своей оси (полный оборот за 24 часа). В течение суток дважды меняется освещённость, что влияет на активность организмов.

У растений суточные ритмы проявляются в распускании цветков, закрывании и открывании устьиц, усилении или ослаблении процессов дыхания и фотосинтеза.

У животных суточные ритмы выражаются в чередовании сна и бодрствования, изменении двигательной активности, частоты пульса, температуры тела.

Планета Земля вращается вокруг своей оси — полный оборот она совершает за 24 часа. В результате, в течение суток два раза меняется освещенность, которая становится причиной температурных колебаний, изменения влажности и атмосферного давления. Все это непосредственно влияет на активность живых организмов.

Солнечный свет очень важен для жизнедеятельности: он задает периодичность процессов фотосинтеза, транспирации, времени, когда будут раскрываться и закрываться цветки у растений. Животных изменения освещенности тоже затрагивают: смена дня и ночи влияет на особенности их физиологических процессов. Отсюда условное деление всех животных на ночных и дневных. Однако, в случае изменения условий среды, меняется и суточная активность живых организмов.

Пример 1

В жарких пустынях, когда температура днем достигает максимума, а влажность — минимума, дневные животные проявляют свою активность ночью.

Суточные ритмы связаны и с человеком, который также является частью природы. Интенсивность более ста его жизненных функций определяется временем суток.

Сезонные ритмы

Сезонные ритмы связаны с вращением Земли вокруг Солнца. С определёнными сезонами у организмов связаны размножение, развитие, жизненные циклы, линька, спячка, миграция, состояние покоя и периодичность вегетации у растений.

У видов, обитающих в высоких широтах, сезонные ритмы формируются в результате изменения длины светового дня, а у тех, кто живёт в низких широтах, — под влиянием сезонных ритмов выпадения осадков.

Сезонные ритмы — результат вращения Земли вокруг Солнца. Это вращение приводит к изменению климата на планете. Сезонные ритмы определяют такие процессы как размножение, развитие, жизненные циклы, линька, спячка, миграция, состояние покоя и период вегетации у растений, а также многое другое.

Приливно-отливные ритмы

Приливно-отливные ритмы возникают из-за взаимодействия Земли и Луны. Наиболее чётко проявляются у обитателей прибрежных участков Мирового океана (литорали). В течение лунных суток (24 часа 50 минут) прилив и отлив происходят по два раза.

Организмы приспосабливаются к этой периодичной смене условий: некоторые животные зарываются в ил, другие — изменяют окраску тела, третьи — уходят дальше в океан

Приливно-отливные ритмы — результат взаимодействий Земли и Луны. Наиболее полно и явно они наблюдаются у обитателей прибрежных участков Мирового океана (такие участки называются литорали).

В течение лунных суток — они длятся 24 часа и 50 минут — прилив и отлив происходят по два раза. Такая смена природных условий заставляет организмы к ней приспосабливаться. Каждый организм приспосабливается по-своему:

• отдельные животные, такие как моллюски, зарываются в ил;
• некоторые меняют окраску тела;
• есть животные, которые уходят дальше в океан.

Пример 2

Приливно-отливные ритмы определяют размножение рыб атерин-грунион. Нерест осуществляется только тогда, когда Луна находится в определенной фазе.

Многолетние циклы

Многолетние циклы — результат изменения солнечной активности и взаимодействия небесных тел Солнечной системы.

Пример 3

Массовое размножение перелетной саранчи в отдельные годы — яркий пример многолетних циклов.

Также пример многолетних циклов — периодическое отклонение холодного перуанского течения у берегов Южной Америки. Это явление называется Эль-Ниньо, и происходит оно раз в 11-12 лет.

Фотопериодизм

Длительность светового дня — важное условие существования и жизни всех организмов, а также самый стабильный экологический фактор. Это свойство встречается у всех организмов. Однако наиболее ярко проявляется у тех, что живут в условиях, когда сезонные изменения среды происходят резко.

Изменение длительности светового дня у растений проявляется тем, что они меняют интенсивность синтеза фитогормонов. За счет этого регулируется рост и развитие растения.

Пример 4

Фотопериодизм очень ярко проявляется у перелетных птиц: сокращение светового дня является сигналом для миграции.

Примеры биоритмов

• У перелётных птиц — сокращение светового дня служит сигналом для миграции.
• У рыб атерин-грунион — нерест осуществляется только тогда, когда Луна находится в определённой фазе, связанной с приливно-отливными ритмами.

‍

Примеры научных фактов о биологических ритмах:

• Особенности циркадных ритмов определяются наследственностью и передаются на генетическом уровне.

• Свет — наиболее эффективный сигнал, поддерживающий баланс суточных ритмов. Специальные клетки сетчатки глаза человека, реагируя на свет, посылают сигнал напрямую в супрахиазматическое ядро — центр контроля циркадных ритмов в организме человека.

• Даже при отсутствии естественного света циркадные циклы в организме человека сохраняются. В ходе эксперимента, где люди были изолированы от естественного света и часов, у них вырабатывался 25-часовой циркадный ритм.

• Использование искусственного света увеличивает циркадный ритм. В том самом эксперименте переход на 25-часовой суточный режим был связан с тем, что люди по своему усмотрению могли пользоваться искусственным светом. В скорректированном виде циркадный ритм составил 24 часа 11 минут.

Более всего на работоспособность организма влияют суточные или циркадные ритмы.

Их исследовал французский астроном Жан-Жак де Меран в 1729 году, когда заметил ежедневное движение листьев мимозы. Он предположил, что у растения есть свой механизм, подобный циклу сна и бодрствования у человека.

С тех пор циркадные ритмы подвергались тщательному изучению: учёные скрещивали растения, исследуя гены, которые формируют суточный ритм, анализировали поведение животных, ставили эксперименты с участием людей.

В 2017 году учёные Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг получили Нобелевскую премию за открытие молекулярных механизмов, контролирующих циркадный ритм, что ещё раз подчеркнуло значимость изучения биоритмов.

Влияние биологических ритмов на человека

Чем опасно нарушение циркадных ритмов? Если мы совершаем полет через несколько часовых поясов или резко меняем свой распорядок дня, наши внутренние биологические часы начинают сбиваться. Это состояние называется джетлаг — когда организм не может быстро приспособиться к новому времени. В результате человек страдает от проблем со сном, чувствует себя разбитым и уставшим, теряет интерес к обычным делам, а настроение заметно ухудшается.

Существуют и другие проблемы, которые возникают при сбое наших биологических часов.

Например, «бессонница выходного дня» — когда в рабочие дни мы ложимся рано, а в выходные засиживаемся допоздна, сбивая естественный ритм. Бывает и так, что режим сна становится совершенно хаотичным, без какой-либо закономерности. Все эти нарушения серьезно влияют на наше душевное состояние и способность нормально работать.

‍

Длительное нарушение циркадных ритмов может привести к серьезным последствиям для здоровья. Организм начинает хуже справляться с регулированием уровня сахара в крови, что повышает риск развития диабета. Иммунная система также ослабевает, делая человека более восприимчивым к инфекциям и простудным заболеваниям. Нарушается выработка важных гормонов, включая гормоны стресса и роста, что может сказаться на общем физическом развитии и способности организма восстанавливаться.

‍

Особенно страдает сердечно-сосудистая система при постоянном сбое биологических часов. Люди с нарушенными циркадными ритмами чаще сталкиваются с повышенным артериальным давлением, нарушениями сердечного ритма и имеют более высокий риск развития сердечных заболеваний. Это происходит потому, что многие процессы в сердце и сосудах также следуют суточным циклам и зависят от правильной работы внутренних часов организма.

‍

Когнитивные способности, (Когнитивные способности — это умственные навыки, которые позволяют воспринимать информацию из окружающего мира, обрабатывать её, сохранять в памяти и использовать для решения задач. ), тоже серьезно страдают от расстройства сна и бодрствования. Человеку становится сложнее концентрировать внимание, запоминать новую информацию, принимать решения. Снижается скорость реакции, что особенно опасно при вождении автомобиля или работе с механизмами. Длительное нарушение сна может даже способствовать развитию депрессии и тревожных расстройств, создавая замкнутый круг, где плохое настроение еще больше нарушает сон.

‍

‍Как биоритмы влияют на работоспособность и успеваемость

Индивидуальные особенности суточных биоритмов называют хронотипом человека. Мы знаем о трёх хронотипах: совы, жаворонки и голуби. А учёные выделяют целых семь хронотипов, но для удобства они объединены в эти три группы.

‍

Хронотипы делятся на сов, жаворонков и голубей

‍

• Ранний хронотип — жаворонки — предпочитают ранний подъём. Легко просыпаются, наиболее активны и работоспособны по утрам, но быстро утомляются к вечеру, сонливость наступает уже в 20–22. Плохо адаптируются к изменению распорядка дня.

‍

• Средний хронотип — голуби — пробуждаются рано, клевать носом начинают с 22 до 24. Пики активности у них наблюдаются с 10 до 12 и с 16 до 18, а в обеденное время работоспособность падает.

‍

• Поздний хронотип — совы — ложатся спать после 24 часов. Наиболее активны в вечернее и ночное время, с утра у них плохая работоспособность.

‍

Изменение эффективности у разных хронотипов связано с изменением уровня гормонов — серотонина, мелатонина и кортизола. Так, уровень мелатонина у жаворонков к вечеру падает, а у сов, наоборот, находится на пике.

‍

‍Хронотип и успехи в школе

Детям, которые легко просыпаются рано утром (их называют «жаворонками»), и тем, кто одинаково хорошо чувствует себя в любое время дня («голубям»), намного легче адаптироваться к обычному школьному расписанию.

А вот «совам» — тем, кто предпочитает поздно ложиться и поздно вставать — приходится нелегко. Утром им сложно сосредоточиться на уроках, понимать новые темы и быстро отвечать на вопросы учителя. Зато вечером, когда другие ученики уже устали, «совы» только входят в рабочий ритм и могут эффективно делать домашние задания.

‍

Важно понимать, что настоящих «сов» и «жаворонков» не так много — только 20% человек имеет ярко выраженные особенности своих биологических часов. Большинство людей находятся где-то посередине и при желании могут постепенно изменить свой режим дня в нужную сторону. Это значит, что многие проблемы с утренним подъёмом можно решить, если подойти к этому правильно.

‍

Часто люди думают, что они «совы», хотя на самом деле проблема в другом. Если человек не может проснуться утром, это может быть из-за того, что он мало спит. А если он бодрствует до поздней ночи, возможно, причина в том, что вечером он много времени проводит с телефоном или за компьютером.

‍

Особенно сложно приходится подросткам, у которых естественным образом сдвигаются биологические часы в сторону более позднего засыпания и пробуждения. Это не их вина — так работает их развивающийся организм.

‍

Правильные привычки могут помочь любому школьнику улучшить свой сон и успеваемость. Даже если ребёнок считает себя «совой», постепенное изменение режима дня, ограничение использования гаджетов перед сном и создание комфортной обстановки для отдыха могут значительно улучшить его самочувствие и учебные результаты. Главное — понимать, что изменения должны происходить постепенно, а не резко.

‍‍

‍

‍Как сделать учёбу эффективной для разных хронотипов

Эти рекомендации помогут поддерживать в порядке циркадные ритмы организма и избегать нарушений сна:

‍

• Подстраивайтесь под солнечный свет. Попробуйте не задёргивать шторы плотно на ночь, чтобы утром солнечный свет помогал организму проснуться и настроить свои биологические часы. А также старайтесь чаще бывать на свежем воздухе в течение дня.
• Не злоупотребляйте искусственным освещением. Конечно, совсем от него отказаться не получится, но попытайтесь хотя бы свести его к минимуму по вечерам.

В книге «Найди время. Как фокусироваться на главном» Джейк Кнапп, ведущий разработчик Google, рассказывает, как ему помогает засыпать «искусственный закат»: за полтора-два часа до отхода ко сну он постепенно уменьшает интенсивность света в доме, а за час до сна прекращает пользоваться гаджетами, чтобы дать глазам и мозгу отдохнуть.

• Ложитесь спать и вставайте в одно и то же время. Привычка отсыпаться до обеда в субботу или воскресенье никак не поможет накопить запас сна на всю неделю, а вот сбить циркадные ритмы в организме может. Вставать в выходные позже можно, но не более чем на полтора-два часа. Это правило поможет сохранить работоспособность на высоком уровне и после выходных.

Для повышения работоспособности, согласно биологическим часам, нужно соблюдать несколько правил:

‍

Жаворонки

• Не назначайте встречи, важные события на поздний вечер.
• При смене режима или часовых поясов давайте себе дополнительные пару часов для восстановления.

Голуби

• Учитывайте кратковременный спад активности днём — можно попробовать дневной сон.
• Снизьте количество активных событий вечером.

‍Совы

• Повышайте свой уровень энергии по утрам за счёт питательного завтрака, витаминов, утренней зарядки, пробежки или небольшой прогулки.
• Дополнительные занятия, выполнение творческих работ переносите на ранний вечер.
• Уменьшайте количество искусственного света и отказывайтесь от использования гаджетов за час до сна, чтобы засыпать раньше.

‍

Строго обязателен для всех «птичек» 8-часовой сон, иначе, вне зависимости от хронотипа, по утрам вы всегда будете несчастной «совой», а по вечерам — измотанным «жаворонком».

Вывод

В ходе исследовательской работы я узнала, что биоритмы — это циклические изменения в жизни организмов, которые происходят в определённые временные интервалы. Эти ритмы могут быть суточными (циркадные), сезонными или даже годичными. Они влияют на множество процессов, включая сон, активность, пищеварение и репродукцию как у животных, так и у растений.

Эти знания могут помочь мне лучше понимать собственные ритмы и оптимизировать свой режим дня. Например, я могу заметить, что в определённое время суток я более продуктивна, и планировать важные дела именно на это время.

Источники информации

1. Анастасова Л.П , Гольнева Д.П, Короткова Л.С человек и окр.среда: Учеб. Для дифференцир. Обучения : 9 класс – М.: просвещение,1997.
2. Мансурова С.Е., Шклярова О.А., здоровье человека и окр.среда: элективный курс – М: «5 за знания»:; СПб, 2006