Ultradian Rhythms from Molecules to Mind: A New Vision of Life

5. 1. 1 ریتم ها و ساعت های بیولوژیکی از دیدگاه تکاملی، انطباق رفتار یک موجود زنده با محیط خود به یکی از ویژگی های اساسی زندگی بستگی دارد: تولید ریتم بیولوژیکی. تقریباً در همه موجودات حساس به نور از سیانوباکترها گرفته تا انسان، ساعت‌های بیولوژیکی فیزیولوژی چرخه‌ای را با زمان ژئوفیزیکی با ویژگی‌های زمان‌دار در حوزه‌های شبانه‌روزی (24 ساعت)، اولترادیان (24 ساعت) تطبیق می‌دهند (ادموندز، 1988؛ لوید، 1998؛ Lloyd. آل، 2001؛ لوید و موری، 2006؛ لوید، 2007؛ پیتندریگ، 1993؛ سوینی و هاستینگز، 1960) طبق تعریف، همه ریتم ها تناوب منظمی را نشان می دهند زیرا مکانیزم زمان بندی را تشکیل می دهند. زمان‌بندی اعمال شده توسط مکانیسم‌های نوسانی در سراسر جهان بیولوژیکی یافت می‌شود و دوره‌های آن‌ها طیف وسیعی از میلی‌ثانیه، مانند پتانسیل عمل نرون‌ها و میوسیت‌ها، تا تغییرات آهسته تکاملی که به هزاران نسل نیاز دارد را در بر می‌گیرد. در این زمینه، درک همگام سازی جمعیتی از نوسانگرهای جفت شده یک مشکل مهم برای پویایی فیزیولوژی در سیستم های زنده است (Aon et al., 2007a, b; Kuramoto, 1984; Strogatz, 2003; Winfree, 1967). ریتم‌های شبانه‌روزی، که به شدت مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، به اندازه‌گیری چرخه‌های 24 ساعته روزانه اختصاص دارد. انواع فرآیندهای فیزیولوژیکی در طیف وسیعی از ارگانیسم‌های یوکاریوتی، ریتمیک شبانه‌روزی را نشان می‌دهند که با ویژگی‌های اصلی زیر مشخص می‌شود (اندرسون و همکاران، 1985؛ ادموندز، 1988): (1) نوسانات پایدار، خودمختار (خودپایدار) دارای یک دوره آزاد در شرایط محیطی ثابت حدود

5. 1. 1 Biological Rhythms and Clocks From an evolutionary perspective, the adaptation of an organism’s behavior to its environment has depended on one of life’s fundamental traits: biological rhythm generation. In virtually all light-sensitive organisms from cyanobacteria to humans, biological clocks adapt cyclic physiology to geophysical time with time-keeping properties in the circadian (24 h), ultradian (24 h) domains (Edmunds, 1988; Lloyd, 1998; Lloyd et al. , 2001; Lloyd and Murray, 2006; Lloyd, 2007; Pittendrigh, 1993; Sweeney and Hastings, 1960) By definition, all rhythms exhibit regular periodicities since they constitute a mechanism of timing. Timing exerted by oscillatory mechanisms are found throughout the biological world and their periods span a wide range from milliseconds, as in the action potential of n- rons and the myocytes, to the slow evolutionary changes that require thousands of generations. In this context, to understand the synchronization of a population of coupled oscillators is an important problem for the dynamics of physiology in living systems (Aon et al. , 2007a, b; Kuramoto, 1984; Strogatz, 2003; Winfree, 1967). Circadian rhythms, the most intensively studied, are devoted to measuring daily 24 h cycles. A variety of physiological processes in a wide range of eukaryotic organisms display circadian rhythmicity which is characterized by the following major properties (Anderson et al. , 1985; Edmunds, 1988): (i) stable, autonomous (self-sustaining) oscillations having a free-running period under constant envir- mental conditions of ca.