Сезонная и инфрадианная ритмика ноцицепции интактных моллюсков Helix albescens Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия «Биология, химия». Том 25 (64). 2012. № 3. С. 81-88.

УДК 612.014.42:594.1

СЕЗОННАЯ И ИНФРАДИАННАЯ РИТМИКА НОЦИЦЕПЦИИ ИНТАКТНЫХ МОЛЛЮСКОВ HELIX ALBESCENS

Костюк А. С.

Таврический национальный университет им В. И. Вернадского, Симферополь, Украина

E-mail: alexkostyuk@mail ru

Выявлена сезонная и инфрадианная ритмика ноцицептивной чувствительности моллюсков Helix albescens. Наиболее высокие значения параметров ноцицепции у интактных моллюсков зарегистрированы летом, наименьшие — в весенний период. Осенью и зимой зарегистрированы более низкие значения изучаемых параметров, чем в летний сезон, но несколько более высокие, чем весной. Многодневная ритмика показателей ноцицепции включает ритмы продолжительностью от =2,38 до =9,50 суток. Обнаружена взаимосвязь между сезонной и многодневной ритмикой, проявляющаяся в различиях составов спектров инфрадианной ритмики, а также амплитуд выделенных ритмов. Наименьшее число выделяемых периодов отмечено летом (n=5), когда зарегистрированы максимальные значения амплитуд.

Ключевые слова: ноцицепция, инфрадианная ритмика, моллюски, сезон года.

ВВЕДЕНИЕ

Согласно современным представлениям временная организация биологических систем является одной из важнейших характеристик, которая образует спектр в широком диапазоне периодов — от нескольких секунд-минут до нескольких сотен лет. Важным компонентом временной организации является сезонная ритмика.

Сезонная ритмичность физиологических процессов (изменения скорости роста у детей) впервые описана R. Malling-Hausen (1886) [1], спустя тридцать лет J. Lindhard (1917) [2] обнаружены сезонные колебания чувствительности дыхательного центра к СО2. К 1962 г. J. Hildebrendt (1962) [3] обобщил сведения о сезонных колебаниях более 30-ти физиологических показателей у людей. Наиболее полные сведения, отражающие современное состояние проблемы сезонной ритмики биологических систем, представлены в монографии А.П. Голикова (1973) [4].

Показано, что в различные сезоны года обнаруживается неодинаковая корреляционная связь между параметрами состояния организма, в частности, биологически активными точками и индексами «космической погоды». Максимальная положительная корреляция выявлена в период с сентября по ноябрь, а с февраля по апрель вероятность выявления достоверных корреляций минимальна [5]. Но если сезонная ритмичность у позвоночных животных изучена достаточно полно, то у беспозвоночных она изучена недостаточно, а многодневная практически не исследована.

В связи с этим целью настоящего исследования было изучение сезонной и инфрадианной ритмики ноцицепции интактных моллюсков Helix albescens, адекватно характеризующей функциональное состояние этих животных.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Эксперименты проведены на наземных брюхоногих моллюсках Helix albescens, широко распространенных на территории Крымского полуострова и применяемых в экспериментах для выявления биологической активности разнообразных экологических факторов. Сбор моллюсков производился в поле, вдали от предприятий, линий электропередач.

В эксперименте использовались половозрелые животные, одинаковые по массе и размерам. До эксперимента моллюски не менее одной недели находились в активном состоянии.

Для определения сезонных различий динамики ноцицепции моллюсков было проведено несколько серий экспериментов. Моллюсков содержали в стеклянных аквариумах при температуре 22±2°С, высокой влажности, продолжительности фаз свет-темнота (L:D) 1:23 ч и избытке пищи (капуста, морковь).

О состоянии ноцицептивной чувствительности животных судили по порогу (П) и латентному периоду (ЛП) реакции избегания (РИ) в тесте «горячая пластинка». Подробное описание экспериментальной установки для определения параметров ноцицепции, используемой в настоящем исследовании, представлено в наших предыдущих работах [6, 7].

Регистрацию показателей РИ проводили у каждого животного ежедневно в интервале 11:00-12:00 ч в течение 21 дня.

Статистическую обработку и анализ материала проводили с помощью параметрических статистических методов, целесообразность применения которых была показана проверкой полученных данных на закон нормального распределения. Вычисляли средние значения исследуемых величин и ошибку среднего. Для оценки достоверности наблюдаемых изменений использовали t-критерий Стьюдента. В качестве основного метода анализа продолжительности периодов и амплитудно-фазных характеристик исследуемых показателей использовали быстрое преобразование Фурье и программу косинор-анализа (решение систем линейных уравнений методом Крамера), обеспечивающие полное представление о структуре физиологических ритмов [8]. Расчеты и графическое оформление полученных в работе данных проводились с применением программы «Microsoft Excel» и программного пакета «STATISTICA — 6.0» [9, 10].

РЕЗУЛЬТАТЫ И обсуждение

Анализ полученных нами экспериментальных данных выявил выраженную зависимость параметров ноцицептивной чувствительности моллюсков от сезона года.

Наиболее высокие значения П и ЛП РИ при термической стимуляции у моллюсков контрольной группы зарегистрированы летом, когда П колебался от 30,83±0,29°С до 31,27±0,15°С; ЛП — от 10,36±0,44 с до 11,04±0,22 с (рис. 1).

Наименьшие значения отмечались в весенний период: значения П варьировали в пределах от 30,40±0,12°С до 30,69±0,12°С, ЛП — от 9,71±0,18 с до 10,16±0,19 с.

стимула интактными моллюсками в различные сезоны года.

Примечание: заштрихованные точки — достоверные различия значений в весенний, осенний и зимний сезоны относительно данных летнего периода.

Осенью и зимой зарегистрированы более низкие значения изучаемых параметров, чем в летний сезон, но несколько более высокие параметры ноцицепции, чем весной. Так, осенью минимального значения исследуемые показатели достигали на 19 сутки исследования, когда снижались относительного фоновых значений П на 1,88%, ЛП — на 8,35%, т.е. составили 30,39±0,11°С и 9,70±0,16 с соответственно. В последующие двое суток отмечалось постепенное возрастание изучаемых показателей. В зимний сезон П колебался в пределах от 30,53±0,10°С до 30,95±0,16°С (рис. 1), ЛП — от 9,91±0,15 с до 10,55±0,24 с.

Следовательно, анализ результатов проведенного исследования показал, что П РИ летом превышал таковой в весенний период от 1,1% до 2,6%, ЛП — от 5,1% до 12,3%; в осенний — П от 0,5% до 2,6%, ЛП от 2,2% до 12,5%; в зимний сезон П от 0,3% до 2,0%, ЛП от 1,3% до 9,5% в течение 21-суточного эксперимента. Достоверные различия показателей ноцицептивной чувствительности моллюсков при термической стимуляции в весенний, осенний и зимний сезоны относительного летнего отмечались с 10 по 21 сутки наблюдения.

Таким образом, полученные нами данные свидетельствуют о сезонной ритмике ноцицепции моллюсков, т.е. в различные сезоны года абсолютные значения параметров ноцицепции моллюсков Helix albescens неодинаковы.

Согласно полученным нами данным важным компонентом временной организации ноцицептивной чувствительности моллюсков является инфрадианная ритмика (ИР), которая также имеет определенные особенности в различные сезоны года.

Применение спектрального преобразования Фурье и косинор-анализа позволило выявить в различные сезоны года набор инфрадианных ритмов, включающий в себя периоды следующей продолжительности: «2,38; -2,76; «3,42; «3,95; «5,35; «6,76; «7,77; «9,50 суток (табл. 1).

Таблица 1.

Данные спектрального анализа латентного периода интактных моллюсков

Сезоны года

Весна (1) Лето (2) Осень (3) Зима (4)

Период (сутки) 2,42 2,33 2,37 2,37

Амплитуда 0,041±0,004 0,059±0,006 0,030±0,004 0,023±0,002

(усл.ед.) Р1-2<0,01 Р2-3<0,001 Р1-4<0,001

Р2-4<0,001

Фаза (радианы) 1,490±0,123 3,291±1,040 2,728±1,152 1,226±0,952

Период (сутки) 2,67 2,61 2,91 2,91

Амплитуда 0,042±0,005 0,054±0,006 0,031±0,004 0,023±0,003

(усл.ед.) Р2-3<0,01 Р1-4<0,001

Р2-4<0,001

Фаза (радианы) 1,240±0,005 2,247±0,965 1,401±0,601 1,632±0,831

Период (сутки) 3,37 — 3,46 3,37

Амплитуда 0,048±0,005 — 0,032±0,004 0,023±0,003

(усл.ед.) Р1,з<0,05 Р14<0,001

Р3,4<0,05

Фаза (радианы) 2,407±0,662 — 2,106±0,918 2,237±1,179

Период (сутки) 3,76 3,88 4,13 4,13

Амплитуда 0,041±0,004 0,058±0,008 0,035±0,004 0,026±0,003

(усл.ед.) Р2-3<0,01 Р1-4<0,01

Р2-4<0,001

Фаза (радианы) 2,522±0,826 2,359±1,162 2,832±0,495 2,895±0,650

Период (сутки) — 5,57 5,12 5,12

Амплитуда — 0,061±0,009 0,037±0,006 0,032±0,004

(усл.ед.) Р2-3<0,05 Р2-4<0,01

Фаза (радианы) — 4,587±0,364 2,598±0,768 3,743±0,956

Период (сутки) 6,40 — 7,11 —

Амплитуда 0,049±0,006 — 0,041±0,006 —

(усл.ед.)

Фаза (радианы) 2,306±0,201 — 2,315±0,639 —

Период (сутки) — 7,53 — 8,00

Амплитуда — 0,062±0,007 — 0,039±0,006

(усл.ед.) Р2-4<0,05

Фаза (радианы) — 2,798±0,547 — 3,049±0,676

Период (сутки) 9,14 — 9,14 9,85

Амплитуда 0,060±0,006 — 0,047±0,005 0,039±0,005

(усл.ед.) Р1-4<0,01

Фаза (радианы) 2,523±0,234 — 2,376±0,848 3,049±0,676

Примечание: Р1-4 — различия достоверны между группами 1-4.

Обнаружено, что состав спектров ИР ноцицепции у моллюсков в различные сезоны неодинаков. Наиболее стабильными ритмами, выявляющимися в спектрах ИР параметров ноцицепции интактных моллюсков во все сезоны, являются ритмы с периодами «2,38; -2,76; «3,95 суток. Весной в ИР выявлено шесть периодов: -2,46d; -2,67d; «3,37d; «3,76d; «6,40d и «9,14d. Осенью и зимой обнаружено по семь периодов от -2,37d до -9,85d. Наименьшее число выделяемых периодов отмечено летом (n=5): -2,33d; -2,61d; -3,88d; -5,57d; -7,53d.

Во все сезоны выявлена тенденция к увеличению амплитуд с увеличением длины периода. Максимальные значения амплитуд зарегистрированы летом, когда они колебались в пределах от 0,054 до 0,062 усл.ед., минимальные — зимой (0,0230,039 усл.ед.). Следовательно, амплитуды ритмов летнего сезона превышали таковые зимнего сезона в 2 раза (p<0,01). Достоверных сдвигов фаз в выделяемых периодах обнаружено не было.

Изучение фазовых взаимоотношений изменений П и ЛП во всех выделенных периодах спектра ИР показал, что они различаются только на 1-2°, т.е. синхронизированы в высокой степени. Малые различия фаз выделенных инфрадианных ритмов было обнаружено для некоторых биохимических показателей лимфоцитов крови (активности сукцинат- и а-глицерофосфатдегидрогеназ) [11-13]. По-видимому, такое малое различие фаз сопряженных процессов является необходимым условием гомеостаза.

Таким образом, экспериментальные данные указывают на взаимосвязь сезонной и многодневной ритмики параметров ноцицепции у моллюсков.

Полученные в настоящем исследовании данные подтверждают сведения о том, что в пределах одной функциональной системы (в данном случае ноцицептивной) имеют место ритмы различных частотных диапазонов, которые имеют строгую иерархическую организацию.

Эти результаты значительно дополняют литературные сведения о временной организации физиологических систем моллюсков. В настоящее время у этих животных в деятельности различных систем обнаружены ритмы различной продолжительности: ультрадианные ритмы кардиоактивности и движения створок черноморской мидии Mytilus galloprovincialis Lam. с периодами 10, 25, 30 и 40 мин [14], циркадианная ритмика этих же показателей [15], ритмика локомоторной активности [16, 17], активности ноцицептивной системы [18]. Описаны и ритмы более продолжительные — приливно-отливные ритмы открытия раковины Mytilus edulis [19], лунные — в ориентационных эффектах животных [20], сезонная ритмика наземных моллюсков и даже 11-летний период в темпах роста раковин мидий Граяна, связанный с солнечной активностью [21]. Наличие столь сложной временной организации является, по-видимому, одной из причин невоспроизводимости результатов исследования.

Таким образом, полученные нами данные о различиях динамики и временной организации параметров ноцицепции моллюсков от сезона года соответствуют представлениям о сезонной ритмике биологических систем и имеющимся литературным сведениям о зависимости процессов жизнедеятельности моллюсков от сезона года.

Установлено, что важную роль в регуляции сезонных ритмов играет мелатонин (МТ). МТ — эволюционно древняя молекула, обнаруженная не только у позвоночных и человека, но и у многих примитивных животных и растений, у которых он также играет важную роль в регуляции разнообразных процессов [22-25]. МТ содержится и у моллюсков. Так, у моллюсков Aplysia californica с помощью радиоиммунологических методов D. Abran et al. (1994) [22] инденфицировал МТ и серотонин в глазах и церебральных ганглиях. Эти данные были подтверждены в опытах с использованием флюориметрических меток. Высокий уровень МТ обнаружен в глазах в дневное время суток, а в церебральном ганглии — ночью. В педальных ганглиях МТ присутствует в очень малых количествах в полдень и в середине ночи. Обнаружен циркадианный ритм синтеза МТ, однако он несколько отличается от такового позвоночных животных. Описано распределение и закономерности секреции МТ и у другого моллюска — Helix aspersa maxima [26].

Установлено, что интенсивность биосинтеза МТ пропорциональна длине темновой фазы, поэтому он имеет ярко выраженную сезонную ритмику, что дает основание рассматривать этот ритм как календарь [27, 28]. Обнаружены и другие ритмы синтеза МТ [29]. Ритмы синтеза МТ, связанные с ритмикой факторов внешней среды, обуславливают формирование временной организации биологических систем различной степени сложности, в том числе и примитивных животных — моллюсков.

Таким образом, можно утверждать, что выявленные нами сезонные различия динамики и ИР ноцицепции интактных моллюсков обусловлены сезонной ритмикой синтеза МТ.

ВЫВОДЫ

1. Выявлена сезонная и многодневная ритмика ноцицепции интактных моллюсков.

2. Наиболее высокая устойчивость к термическому стимулу выявлена летом, наименее — весной, когда параметры ноцицепции были на 2-9% меньше, чем летом. Осенью и зимой отмечены более низкие значения изучаемых показателей, чем в летний сезон, но более высокие, чем весной.

3. Обнаружена взаимосвязь между сезонной и инфрадианной ритмикой, проявляющаяся в различиях составов спектров многодневной ритмики, а также амплитуд выделенных ритмов в различные сезоны. Во все сезоны выявляются периоды «2,38a; «2,76a; «3,95a. Максимальные значения амплитуд зарегистрированы летом (0,054-0,062 усл.ед.), минимальные — зимой (0,0230,039 усл.ед.).

Список литературы

1. Malling-Hansen R. Perioden in Gewehte der Kinder und in der Sonnenwerme / R. Malling-Hansen // Rathenhagen. — 1886.

2. Lindhard J. Contribution to the physiology of respiration under arctk dimate / J. Lindhard // Meddelser om Gronland. — 1917. — Vol. 44. — P. 77-175.

3. Hildebrandt G. Biologische Rhythmen und ihre bedeutung fur die Baderund Klimaheilkunde. / G. Hildebrandt // Handburh der Bader-und Klimaheilkunde — A.Amelung, A.Evers Struttgard.: Schattauer Verlag, 1962. — P. 730-785.

4. Голиков А.П. Сезонные ритмы в физиологии и патологии / Голиков А.П. — М. : Медицина, 1973. -156 с.

5. Мартынюк В. С. Связь динамики электрических характеристик организма человека с вариациями космической погоды / В.С. Мартынюк // Геофизические процессы и биосфера. — 2005. — Т.4, №1. -С. 53-61.

6. Вишневский В.Г. Установка для определения параметров болевой чувствительности наземных моллюсков / В.Г. Вишневский, А.С. Костюк, Н.А. Темурьянц // Физика живого. — 2009. — Т. 17(2). — C. 174-178.

7. Патент 48094 Укра’ша, МПК51 А 01 К 61/00. Пристрш реестрацп параметрiв больово! чутливост наземних молюсюв / Темур’янц Н.А., Вишневський В.Г., Костюк О.С., Макеев В.Б.; заявник та патентовласник Тавршсюй нацюнальний ушверситет iм. В.1. Вернадського. — № U 200908538; заявл. 13.08.2009; опубл. 10.03.2010, Бюл. №5.

8. Емельянов И.П. Формы колебания в биоритмологии / Емельянов И.П. — Новосибирск : Наука, 1976. — 127 с.

9. Лапач С.Н. Статистические методы в медико-биологических исследованиях с использованием Exсel / Лапач С.Н., Чубенко А.В., Бабич П.Н. — К. : Модмон, 2000. — 319 с.

10. Боровиков В. Statistica. Искусство анализа данных на компьютере: Для профессионалов. 2-е изд. / Боровиков В. — СПб. : Питер, 2003. — 688 с.

11. Московчук О.Б. Вплив низькоштенсивного електромагштного випромшювання надвичайно високо! частоти на iнфрадiанну ритмжу фiзiологiчних процеав : автореф. дис. на здобуття наук. Ступеня канд. бюл. наук : спец. 03.00.13 «Физиология человека и животных» / О.Б. Московчук -Омферополь, 2003. — 20 с.

12. Шехоткин А.В. Влияние переменного магнитного поля сверхнизкой частоты на инфрадианную ритмику количественных и функциональных характеристик лейкоцитов крови у интактных и эпифизэктомированных крыс: автореф. канд. биол. наук.: 03.00.13 — физиология человека и животных / А.В. Шехоткин. — 1995. — 25 с.

13. Chronobiological analysis of peripheral lymphocyte dehydrogenase activities in rats with Walker 256 carcinosarcoma (English) / L. Strigun, E. Chirkova, G. Grigoreva [et al.] // Anti-Cancer Drugs. — 1991. -Vol. 2. — P. 305-310.

14. Ультрадианные ритмы кардиоактивности и движения створок черноморской мидии Mytilus galloprovincialis Lam. / С.В. Холодкевич, Т.В. Кузнецова, А.В. Иванов [и др.] // Доповвд Нацюнально! академн наук Укра’ши. — 2009. — № 8. — С. 163-167.

15. Циркадный ритм в движении створок и кардиоактивности двустворчатых моллюсков -существенные характеристики при оценке функционального состояния организмов / Т.В. Кузнецова, В.В. Трусевич, А.С. Куракин [и др.] // Всероссийская конференция с международным участием, посвященная 85-летию со дня основания Института физиологии им. И.П. Павлова РАН, 7-9 декабря, 2010 г.: сборник докл. — Санкт-Петербург-Колтуши, 2010. — С. 156.

16. Circadian oscillators and photoreceptors in the gastropod, Aplysia / M.E. Lickey, G.D. Block, D.J. Hudson [et al.] // Photochemistry and Photobiology. — 1976. — Vol. 23. — P. 253-273.

17. Zann L.P. Relationships between intertidal zonation and circatidal rhythmicity in littoral gastropods / L.P. Zann // Marine Biology. — 1973. — Vol. 18. — P. 243-250.

18. Kavaliers M. Day-night rhythms of opioid and non-opioid stress-induced analgesia: differential inhibitory effects of exposure to magnetic fields / M. Kavaliers, K.P. Ossenkopp // Pain. — 1988. — Vol. 32. — P. 223-229.

19. Rao K.P. Tidal rhythmicity of rate of water propulsion in Mytilus and its modifiability by transplantation / K.P. Rao // Biological Bulletin. — 1954. — Vol. 106. — P. 353-359.

20. Brown F.A. A «compass — direction effect» for snails in constant conditions, and its lunar modulation / F. Brown, N.M. Webb // Biol. Bull. — 1960. — Vol. 119. — P. 307.

21. Золотарев В.Н. Многолетние ритмы роста раковин мидии Граяна / В.Н.Золотарев // Экология. -1974. — № 3. — С. 76-80.

22. Abran D. Melatonin Activity Rhythms in Eyes and Cerebral Ganglia of Aplysia californica / D. Abran, M. Anctil, A. Ali // Gen. & Comp. Endocrinol. — 1994. — Vol. 96, №2. — P. 215-222.

23. Hardeland R. Melatonin and 5-methoxytryptamine in non-metazoans / R. Hardeland // Reprod. Nutr. Dev. — 1999. — V. 39. — P. 399-408.

24. Hardeland R. The circadian rhythm of aryl acylamidase in Gonyaulax polyedra: Persistence in constant darkness / R. Hardeland, E. Cuvillier, D. Gottingen // Bio. Rhythms and Antioxidative Protection. -1997. — P. 103-106.

25. Vivien-Roels Melatonin: presence and formation in invertebrates / Vivien-Roels, P. Pever // Birkhauser VerlagBales. — 1993. — P. 642

26. Melatonin 5- methoxytryptophol (5-ML) in nervousand / or neurosensory structures of a gastropod mollusc (Helix aspersa maxima): synthesisand diurnal rhythms / A. Blanc, B.V. Roels, P. Pevet [et al.уд.

Ключовi слова: ноцiцепцiя, iнфрадiанна ритмжа, молюски, сезон року.

Kostyuk A.S. Seasonal and infradian rhythmicity nociception of intact snails Helix albescens / A.S. Kostyuk // Scientific Notes of Taurida V.I. Vernadsky National University. — Series: Biology, chemistry. — 2012. — Vol. 25 (64), No 3. — P. 81-88.

Seasonal and infradian rhythmicity of nociceptive sensitivity snails Helix albescens was detected. The highest values of nociception in intact snails were recorded in the summer, and the lowest — in the spring. In autumn and winter lower values of the studied parameters were recorded than in the summer, but a few more resistant than in spring. Multi-day rhythmicity indicators of nociception is included rhythms of between =2,38d -=9,50d. An interconnection between seasonal and multi-day rhythmicities was manifested in the difference in the composition of the spectra of infradian rhythmicity and amplitude of rhythms. The smallest number of allocated periods was noted in the summer (n=5), when were registered maximum amplitudes. Keywords: nociception, infradian rhythmicity, snails, season of the year.

Поступила в редакцию 15.09.2012 г.

Закономерности географической оболочки. Сезонная ритмика



Вопросы и задания

1. Назовите частные закономерности размещения на земле: а) температур; б) осадков; в) растений и животных.

Температуры на Земле зависят от географической широты, чем ближе к экватору территория, тем больше угол падения солнечных лучей, тем выше температура воздуха. Температура в том числе меняется при изменении высоты рельефа. При подъеме на 1 км повышение – 6°С. Количество осадков меняется в зависимости от атмосферного давления, в зона высокого атмосферного давления – осадков мало. В том числе количество осадков зависит от океанов, океанических течений. Ближе к океану – больше осадков, теплые течения приносят больше осадков, чем холодные. Разнообразие животного и растительного мира зависит от климатического пояса. Чем теплее и больше влаги, тем разнообразней органический мир.

2. В основе закона целостности географической оболочки лежит взаимообмен веществом и энергией, осуществляемый с помощью круговоротов. Покажите это на примере круговорота воды.

В водных ресурсах – океанах, морях, озерах, реках, болотах, вода находится в жидком состоянии. Испаряясь, она превращается в газ (пар), затем собирается в облака, тучи, и переходит вновь в жидкое состояние – выпадают осадки, которые опять попадают в водные ресурсы.

3. На примере Чернобыльской катастрофы или загрязнения атмосферы докажите целостность географической оболочки.

При ядерном взрыве загрязнению подвергаются воздух, вода, а затем и почвы. Растения, питаясь загрязненными веществами, накапливают вредные радиоактивные элементы, подвергаются воздействию и погибают. Животные, поглощая зараженную растительность, также подергаются вредному воздействию, и также гибнут.

4. В какой природной зоне сезонная ритмика выражена наиболее слабо? Чем это объясняется? В каких зонах она проявляется наиболее резко?

Слабо – в зоне экваториальных лесов и зоне арктических пустынь. В таких лесах круглогодично жара и сезон дождей, а в арктических пустынях – холодно и сухо. Резко – в природных зонах умеренного и континентального климатического пояса.

5. Вы знаете, что на земле существовали периоды потепления и похолодания. Как вы думаете, в какой период мы живём?

Мы живем в эпоху двух трендов по изменению климата. Глобальное потепление – малый (короткий) тренд, и похолодание – новый ледниковый период – большой (длинный) тренд. Частично оказывает влияние на климат человеческая деятельность.

6. В чём заключается сущность географического закона зональности?

Географический закон зональности – смена природный зон от экватора к полюсам Земли.

7. Как вы считаете, в чём проявляется закон зональности в горах?

Высотная поясность. С увеличение высоты в горах – меняются природные комплексы.

8. Какие факторы, кроме зональных, действуют в природе?

Азональные факторы, при которых не действует закон широтной зональности. Пример – Горы, пустыни.

Слово РИТМИКА — Что такое РИТМИКА?

Слово состоит из 7 букв:

первая р,

вторая и,

третья т,

четвёртая м,

пятая и,

шестая к,

последняя а,

Слово ритмика английскими буквами(транслитом) — ritmika

Значения слова ритмика. Что такое ритмика?

Ритмика

РИТМИКА. — Понятие Р. употребляется в двух значениях. В одном случае оно обозначает комплекс ритмических особенностей, характерных для того или иного поэта («ритмика Маяковского», «ритмика Пушкина»), направления, школы…

Лит. энциклопедия. — 1929-1939

Ритмика, — учение о различных длительностях (долготе и краткости) тонов и о производимом этими длительностями художественном действии; поэтому ее следует строго отличать от метрики…

Музыкальный словарь. — 2008

Ритмика раздел стиховедения, изучающий ритмическое строение стиха; ритмическое строение стихов какого-либо поэта, периода и проч. Рубрика: литература и наука Целое: стиховедение Прочие ассоциативные связи…

Русова Н.Ю. Терминологический словарь-тезаурус по литературоведению. От аллегории до ямба. — М., 2004

РИТМИКА (от греч. rhythmos — порядок движения), ритмическое воспитание, пед. системы и методы, построенные на сочетании музыкальных (художественных). форм и пластических движений.

Российская педагогическая энциклопедия / Под ред. В.Г. Панова. — 1993

Ритмика «Слова»

РИТМИКА «СЛОВА». Р. С. связана с его акцентологией (см. Ударение), являясь важной характеристикой звучания, не по просодическим. 218 только, но и по общим звуковым признакам произведения.

Энциклопедия «Слова о полку Игореве». — 1995

Ритмика «Слова о полку Игореве»

РИТМИКА «СЛОВА О ПОЛКУ ИГОРЕВЕ». Уже с самого начала изучения «Слова» отмечалось, что этот памятник нельзя считать чисто прозаич. повествованием, т. к. в нем имеются более или менее отчетливые признаки ритмич. построения.

«Слово о полку Игореве» в литературе, искусстве, науке

Вековая ритмика

Вековая ритмика , разногодичная, климатическая — изменения сообществ, происходящие на протяжении многих лет в связи с циклическими колебаниями солнечной активности и ежегодными колебаниями климата, одна из форм ценокинеза.

Экологический словарь

Годовая ритмика

Годовая ритмика Годовая ритмика сезонная ритмика изменение состояния и функционирования организмов, ценопопуляций, биоценозов и ценоэкосистем на протяжении года.

Экологический словарь

Годовая ритмика сезонная ритмика изменение состояния и функционирования организмов, ценопопуляций, биоценозов и ценоэкосистем на протяжении года. При этом организмы и ценопопуляций изменяют темпы своего роста и развития (ср. феноритмику)…

Экологический словарь

Джазовая ритмика

Джазовая ритмика — ритмика, подразумевающая не столько специфическое ритм-оформление звуковысотности, сколько ритм-исполнительскую манеру. Ритм-исполнительская манера джаза не поддается точной фиксации и усваивается начинающими музыкантами благодаря…

Джаз, рок- и поп-музыка. — 2006

Суточная ритмика

Суточная ритмика Суточная ритмика циркадная ритмика — регулярно происходящие в ценоэкосистемах изменения ритмов действия различных факторов (солнечной радиации, температуры, влажности и пр.) и ритмов деятельности ценопопуляций…

Экологический словарь

Суточная ритмика циркадная ритмика — регулярно происходящие в ценоэкосистемах изменения ритмов действия различных факторов (солнечной радиации, температуры, влажности и пр.) и ритмов деятельности ценопопуляций…

Экологический словарь

Русский язык

Ри́тм/ик/а.

Морфемно-орфографический словарь. — 2002

1. ритенуто
2. ритмизация
3. ритмизованный
4. ритмика
5. ритмический
6. ритмичность
7. ритмичный

АНТЭКОЛОГИЯ ЭНТОМОФИЛЬНЫХ АЛЬПИЙСКИХ РАСТЕНИЙ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО КАВКАЗА. II. ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ И РИТМИКА ЦВЕТЕНИЯ | Курашев

1. Лынов Ю.С. Эколого-фенологические особенности цветения растений и растительных сообществ в среднегорье и высокогорье западного Тянь-Шаня. // Бюлл. МОИП. Отдел биол. 1986. Т. 91. Вып. 2. . Linov Yu.S. Ecological and phenological characteristics of flowering plants and plant communities in the midlands and the highlands of western Tien-Shan. // Bull. MOIP. Otdel biol. 1986. V. 91. №. 2.

2. Кондрашов А.C., Онипченко В.Г., Язвенко С.Б. О гибридной зоне между Anemone speciosa L. и A. speciosa Adams ex Pritzel (Ranunculaceae Juss.) в Тебердинском заповеднике // Бюлл. МОИП. Отдел биол. 1986. Т. 91. № 1. С. 88–95. Kondrashov A.S., Onipchenko V.G., Yazvenko S.B. On the hybrid zone between Anemone speciosa L. and A. speciosa Adams ex Pritzel (Ranunculaceae Juss.) in the Teberdinsky Reserve // Bull. MOIP. Otdel biol. 1986. V. 91. № 1. P. 88–95.

3. Деева Н.М. Сезонное развитие растений северо-запада плато Путорана // Бот. журн. 1990. Т. 75. № 5. С. 682–693. Deeva N.M. Seasonal plant development northwest of Putorana // Bot. journ. 1990. V. 75. № 5. P. 682–693.

4. Онипченко В.Г. Сезонная динамика фитоценоза альпийской пустоши на северном Кавказе // Бюлл. МОИП. Отдел биологический. 1983. Т. 88. Вып. 5. С. 106–114. Onipchenko V.G. Seasonal dynamics of alpine heath communities in the northern Caucasus // Bull. MOIP. Otdel biol. 1983. V. 88. №. 5. P. 106–114.

5. Онипченко В.Г., Устинова Я.А. Сезонная динамика альпийских фитоценозов Тебердинского заповедника (северо-западный Кавказ) // Бюлл. МОИП. Отдел биологический. 1993. Т. 98. Вып. 6. С. 71–79. Onipchenko V.G., Ustinova Ya.A. Seasonal dynamics of alpine communities Teberda Reserve (NW Caucasus)// Bull. MOIP. Otdel biol. 1993. V. 98. №. 6. P. 71–79.

6. Зироян А.Н. Сезонная ритмика основных видов полупустынных, лугово-степных и альпийских растений горы Арагац // Биол. журн. Армении. 1983. Т. 36. № 3. Ziroyan A.N. Seasonal rhythms of the main types of semi-desert, meadow-steppe and alpine plants of Mount Aragats // Biol. journ. Armenii. 1983. V. 36. № 3.

7. Игошева Н.И. Фенологическая ритмика околоснежных высокогорных лугов Полярного Урала // Растительные сообщества Урала и их антропогенная деградация. Свердловск, 1984. Igosheva N.I. Phenological rhythm of snow near the alpine meadows of the Polar Ural Mountains // Plant communities of the Urals and human-induced degradation. Sverdlovsk, 1984.

8. Балоян С.А. Сезонная динамика альпийских фитоценозов горы Арагац. Ереван. // ВИНИТИ. № 3639-В87 Деп. 1987. Baloyan S.A. Seasonal dynamics of alpine plant communities of Mount Aragats. Yerevan. // VINITI. № 3639-В87 Dep. 1987.

9. Ларин И.В. Очередные задачи геоботанических исследований кормовых площадей // Бот. журн. 1936. Т. 21. № 2. С. 244–252. Larin I.V. The Immediate Tasks of geobotanical studies of forage area // Bot. journ. 1936. V. 21. № 2. P. 244–252.

10. Миркин Б.М. Экология естественных и сеяных лугов // Сельское хозяйство. № 8. М.: Знание, 1991. 64 с. Mirkin B.M. Ecology of natural and sown grasslands // Agriculture. № 8. M.: Znanie, 1991. 64 p.

11. Кишковский Т.Н. К биологии высокогорных растений Памира // Бот. журн. 1951. Т. 36. № 5. С. 523–527. Kishkovskij T.N. On the biology of alpine plants of the Pamirs // Bot. journ. 1951. V. 36. № 5. P. 523–527.

12. Zhgenti K. Anthecological studies of Central Caucasus alpine plants. // Ecological and geobotanical studies at the Kazbegi high-mountain station (Central Caucasus). Tbilisi, 1990. P. 28–30.

13. Шинковская К.А. Эколого-морфологические особенности Sedum tenellum Bieb. в высокогорьях Тебердинского заповедника // Тр. Теберд. гос. запов. Вып. 27 / Под ред. В.Н. Павлова, В.Г. Онипченко, Т.Г. Елумеевой. 2007. С. 131–135. Shinkovskaya K.A. Ecological and morphological characteristics of Sedum tenellum Bieb. in the highlands of the reserve Teber-dinsky // Tr. Teberd. gos. zapoved. №. 27 / Ed. V.N. Pavlov, V.G. Onipchenko, T.G. Elumeeva. 2007. P. 131–135.

14. Irwin R.E., Bronstein J.L., Manson J.S., Richardson L. Nectar robbing: ecological and evolutionary perspectives // Annu. Rev. Ecol. Evol. Syst. 2010. V. 41. P. 271–292.

15. Воробьева Ф.М., Онипченко В.Г. Сосудистые растения Тебердинского заповедника (аннотированный список видов) // Флора и фауна заповедников. Вып. 99 / Под ред. И.А. Губанова М., 2001. Vorobyova F.M., Onipchenko V.G. Vascular plants Teberda Reserve (an annotated list of species) // Flora and Fauna Reserves. №. 99 / Ed. I.A. Gubanov. М., 2001

16. Курашев А.С. Антэкология злаков альпийского пояса северо-западного Кавказа // Бюлл. МОИП. Отдел биол. 2012. Т. 117. № 2. С. 55–63. Kurashev A.S. Anthecology of cereals in alpine zone of northwest of the Caucasus // Bull. MOIP. Otdel biol. 2012. V. 117. № 2. P. 55–63.

17. Эркенова М.А., Онипченко В.Г. Динамика развертывания и отмирания листьев альпийских растений гераниево-копеечниковых лугов // Тр. Теберд. гос. запов. Вып. 27 / Под ред. В.Н. Павлова, В.Г. Онипченко, Т.Г. Елумеевой. 2007. С. 136–142. Erkenova M.A., Onipchenko V.G. The dynamics of the deployment and dying leaves of alpine plants of geranium-hedysarum meadows // Tr. Teberd. gos. zapov. №. 27 / Ed. V.N. Pavlov, V.G. Onipchenko, T.G. Elumeeva. 2007.P. 136–142.

18. Фегри К., ван дер Пэйл Л. Основы экологии опыления. Москва. Мир, 1982. Fegri K., van der Pejl L. Basics of pollination ecology. Moskva. Mir, 1982.

Исследование сезонной ритмики растений

Одна из задач изучения динамики растительного покрова — исследование сезонной ритмики растений. В этом отношении большое значение может иметь картографический метод в сочетании с дистанционной фотосъемкой.

Изучение фенологии путем составления карт на основе данных дистан,ионного наблюдения обогатилось некоторым опытом. Стало ясно, что таким путем можно повысить достоверность фенологических наблюдений и значительно ускорить их производство. На рисунке, взятом из работы П. В. Виноградова (1962), дается пример показа на крупномасштабной кар ге (1 : 15 000) ритмики растительности в песчаной пустыне на основании произведенной в разные сезоны года дистанционной съемки. Этот же рисунок представляет собой пример нанесения дистанционной информации на геоботаническую карту, что само но себе является специальной и непростой задачей. И все же такой способ изучения сезонной ритмики растительности не освобождает в ряде случаев от необходимости проводить и наземные наблюдения.

 

Сезонная ритмика растительности песчаной пустыни. По данным аэросъемки (по Б. В. Виноградову, 1962).

а— аэроснимок песков Черкезли в масштабе 1 : 5 000 (апрель), б — аэроснимок тек же песков (август), в — фрагмент карты с показом сезонной ритмики растительности: 1 — барханные пески с единичными экземплярами селина и кустарниковых псаммофитов (сезонные изменения выражены слабо), 2 — слабозакрепленные пески с песчанополынно-сингреновыми белосаксаульниками (сезонные изменения умеренные с максимумом вегетативной массы летом), 3—полузакрепленные пески с илачно-полынными белосаксаульниками (сезонные изменения значительны с максимумом вегетации эфемероидов весной и кустарников с кустарничком летом, 4 — закрепленные пески с полукустарничковыми илачниками (сезонные изменения резкие с максимумом вегетации весной), 5 — закрепленные пески с полынниками илачно-эфедровыми (сезонные изменении резкие с максимумом вегетации весной).

Еще интересные статьи по теме:

Суточные и сезонные ритмы. Стой, кто ведет? [Биология поведения человека и других зверей]

Суточные и сезонные ритмы

Биологический смысл суточных ритмов очевиден. Он состоит в том, чтобы максимальная активность проявлялась в определенное время суток, наиболее благоприятное для деятельности данного организма и функционирования данной системы. Кроме того, суточные ритмы позволяют живым организмам «отсчитывать» время, т. е. выполняют функцию «внутренних часов».

Суточное изменение активности гипоталамуса, гипофиза и эпифиза ведет к суточным колебаниям активности всех периферических желез. Максимумы их секреторной активности, как правило, несколько запаздывают по отношению к секреции соответствующих гипофизарных гормонов. Так, пик секреции АКТГ приходится на вторую половину ночи, а максимум секреции кортизола – на раннее утро, т. е. на те часы, которые непосредственно предшествуют пробуждению. Такой характер секреции кортизола (и других кортикостероидов) создает условия для высокой работоспособности организма человека сразу после пробуждения. У животных, ведущих ночной и сумеречный образ жизни, например у большинства грызунов, максимум секреции кортикостероидов приходится на вечерние часы.

У человека максимум секреции гормонов щитовидной железы приходится на вторую половину ночного сна. Это обеспечивает высокий уровень метаболизма во всех клетках к моменту пробуждения. Гормон роста, который секретируется в гипофизе, наиболее активно выделяется в кровь в первой половине ночи. Он, как следует из названия, стимулирует процессы роста, в частности белкового синтеза, а также дифференцировки и формирования тканей. Состояние физического покоя во сне наиболее благоприятно для этих процессов.

Максимальная активность многих эндокринных систем приурочена к утреннему пробуждению

Поэтому правильный режим сна особенно важен для детей, у которых процессы роста и дифференцировки идут наиболее интенсивно. Во время бодрствования особенно высока активность мозгового слоя надпочечников.

Циркадианная ритмическая активность эндокринных функций может существенно меняться под влиянием внешних факторов, таких как интенсивность физических и психических нагрузок, диета, перемещение по часовым поясам. При перелетах на большие расстояния происходит рассогласование внутренних суточных ритмов и условий освещенности в новом месте пребывания с местным поясным временем. Такое рассогласование приводит к снижению работоспособности, повышению утомляемости и чувству дискомфорта. В эксперименте было установлено, что искусственный ритм сна-бодрствования не в 24, а в 23,5 часа отрицательно сказывается на самочувствии человека[436].

Учет циркадианных ритмов важен при приеме лекарственных препаратов, особенно если это связано с эндокринной системой. Так, АКТГ, назначаемый с целью стимуляции секреторной функции коры надпочечников, наиболее целесообразно вводить в вечерние и ранние ночные часы. В это время секреция глюкокортикоидов снижена, поэтому реакция на АКТГ высока, тогда как в утренние часы, т. е. во время акрофазы секреции глюкокортикоидов, реактивность коры надпочечников к действию АКТГ низка. Если лечение проводится самими глюкокортикоидами, то оптимальным временем для их введения в организм будут утренние часы – в это время максимальна чувствительность тканей к этим гормонам, поскольку количество и функциональное состояние внутриклеточных гормональных рецепторов также изменяется в течение суток.

Хорошо известны и цирканнуальные, в частности сезонные, ритмы эндокринных функций. Зимой увеличена активность мозгового слоя надпочечников, т. е. секреция адреналина, так же как и активность системы «тиреолиберин-тиреотропин-гормоны щитовидной железы». Высокое содержание адреналина и гормонов щитовидной железы усиливает энергетический обмен, т. е. увеличивает теплопродукцию, что очевидным образом целесообразно в условиях пониженной температуры окружающей среды. Летом, когда, напротив, температура окружающей среды повышена, увеличивается секреция вазопрессина. Напомним, что другое его название – антидиуретический гормон, т. е. гормон, уменьшающий образование и выделение мочи. Это функциональное изменение предохраняет организм от лишних потерь воды и обезвоживания.

У животных четко выражена сезонность репродуктивных процессов. В основе этого лежит цирканнуальная ритмика синтеза и секреции гонадолиберина, которые стимулируют секрецию гонадотропинов гипофизом, а те, в свою очередь, стимулируют продукцию периферических половых гормонов и половых клеток. У человека нет выраженной сезонной ритмики репродуктивной активности, поскольку его половая жизнь регулируется в большей степени социальными, чем метеорологическими факторами. Однако секреция гонадолиберина под воздействием изменяющейся длины светового дня (см. следующий раздел) меняется в течение года так же, как и у животных, – возрастает весной и снижается осенью. Это отражается не только в возрастании полового влечения весной и ее снижении осенью, но и в сезонных колебаниях аффекта (см. главу 5). По всей вероятности, сезонные колебания либидо обусловлены не только активацией системы «гонадолиберин-гонадотропины-периферические половые гормоны», а еще и психотропным действием гонадолиберина путем прямого воздействия на ЦНС. Напомним, что гонадолиберин обладает антидепрессивным действием и вызываемое им эйфорическое состояние усиливает половую активность.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Smile Fish

КОНТАКТНЫЕ ДАННЫЕ

Беговая 1
ул. Беговая, 16

Беговая 2
ул. Беговая, 6к3

Проспект Мира
ул. Гиляровского, 60, ст. 2

ВДНХ
ул. Константинова, 30

Фили
ул. Большая Филевская, 16

Хорошёво
ул. Мнёвики, 7/1

Сокол
ул. Новопесчанная, 16/1

Университет
Строителей, 6к5

1905
Шмитовский пр-д, 9/5

Минская
ул. Веерная, 30/6

Калужская 2
Ленинский проспект 105к3

Калужская
ул. Новаторов, 36/2

Водный стадион
ул. Пулковская, 4/1

Славянский бульвар
ул. Кременчугская, 3/3

Авиамоторная
ул. Красноказарменная, 8

Тульская
6-ой Рощинский проезд, 1

Багратионовская
ул. Большая Филевская, 21/4

Кутузовская
ул. Студенческая, 31

Фрунзенская
Фрунзенская набережная, 52

Аэропорт
Ленинградский проспект, 60а

Рижская
Проспект Мира, 74, ст. 1

Полежаевская
Проспект Маршала Жукова, 59

г. Видное
ул. Ермолинская, 5

г. Мытищи
ул. Юбилейная, 4

поселение Новофёдоровское
деревня Яковлевское
Речная улица, 4

Парк Победы
Площадь Победы, 2/2

Говорово
Боровское шоссе, 2Ак3

Говорово 2
Боровское шоссе, 2к4

Фонвизинская
ул. Милашенкова, 1

Смоленская
Большой Левшинский пер. 8а

Шелепиха
Шелепихинская наб. 34к2

Парк победы 2
ул. Дениса Давыдова, 3

Новые Черёмушки
ул. Каховка, 37/1

Профсоюзная
ул. Профсоюзная, 20/9

Сезонные ритмы и смена времен года

Этот пост был спонсирован Dreft® purtouch ™ . Все мысли и мнения принадлежат мне. Спасибо за поддержку брендов, которые ежемесячно поддерживают The Fresh Exchange.

Единственный совет, который мне давали, начиная материнство, заключался в том, чтобы с самого начала принять рутину. Для меня это было тяжело. Я действительно не считал себя обычным человеком. Я ложился спать в странное время и просыпался в странное время.Я работал непостоянные часы и делал что-то в своем собственном темпе, но когда появился наш маленький парень, я нашел утешение в ритмах и распорядках, которые я использовал. Теперь, когда мама работает из дома и ведет бизнес, рутина — это все для нашей семьи. Мы отказались от многого в социальной жизни, чтобы придерживаться этого. Наш распорядок дня дает нам возможность не подвергаться стрессу из-за тяжелых нагрузок, присутствовать в каждый момент и оставаться здоровыми умом, телом и душой. Хотя в прошлом году я обратил внимание на то, как меняется наш распорядок в зависимости от сезона, поэтому сегодня я хотел поговорить об этом и рассказать о нескольких способах, которыми мы готовимся к новому сезону в нашем доме как семья.

Мы наслаждаемся каждым кусочком каждого сезона, от жарких летних дней до сильных холодов, штормов и темных зимних дней. Мы понимаем их важность в нашей жизни, ведь я каждый день говорю об этом на TFE. Но сезонный переход с осени на зиму может быть одним из моих любимых. Я считаю, что примерно восемь раз в году мы выполняем новый распорядок дня. Несколько недель назад разразилась буря, когда мы впервые попробовали обещания холодной зимы, и это привело в движение начало сезонных изменений в нашем доме.Хэллоуин пришел и ушел, а теперь День Благодарения не за горами. Это означает, что это начало рождественского декора, много переодеваний в нашем доме и начало нового распорядка.

Самое главное, что сейчас происходит в нашем доме, — это убирать одежду прошлого сезона. Хейс сильно вырос за последние шесть месяцев, и большая часть его одежды больше не подходит, поэтому мы приносим домой новые и складываем старую для хранения. Это означает, что все нуждается в хорошей стирке, и в этом сезоне я обратилась к Dreft® purtouch ™ от бренда детских моющих средств №1, рекомендованного педиатрами, потому что он гипоаллергенен и на 65% состоит из растительных ингредиентов, которые нежны для кожи малыша.Я считаю, что во время любого сезонного изменения наша кожа может быть более чувствительной, поэтому использование гипоаллергенного моющего средства дает мне душевное спокойствие, поскольку мы все приспосабливаемся к новым вещам в нашем мире.

В наши дни Хейс больше, чем раньше, участвует в этих рутинах. С меньшим количеством дневного сна его осведомленность о наших распорядках становится все больше и больше. Он копирует нас, начиная от чистки зубов и заканчивая звуками, которые мы издаем, поэтому сейчас я как никогда знаю, как важно прививать чувство ритма временам года.По мере приближения зимы я продолжу объяснять наши ритмы, характерные для зимнего сезона, а также список книг, которые следует читать вместе с малышом в этом сезоне.

Очень важно научить наших детей важности связи с нашим миром и того, как он влияет на наши дни. Слишком легко наш мир пролетает незаметно, но когда мы можем научить постоянному чувству удивления тому, как наш мир помогает нам учиться и расти, мы можем научить их уважению к месту, которое мы называем домом.

В прошлом году Хейс был слишком маленьким, чтобы по-настоящему осознать сезон отпусков. Ему едва исполнился год, но в этом году его глаза загорелись на деревьях в магазинах, и поэтому мы начали новую традицию украшать для него маленькое деревце в нашем доме. Я всегда чувствую, что для нас важно понимать, что мы владеем чем-то. Мои родители не помогли мне купить мою первую машину, я копил до 18 лет на покупку собственной машины, а когда я попал в аварию, я был опустошен, и у меня никогда не было другой машины, пока я не смог позволить себе ее снова.Это оставило меня с гордостью и пониманием важности заботы о чем-то. В прошлом году у нас было ужасное время с большим деревом, поэтому я полагаю, что в этом году, представив маленькое дерево на ранней стадии, которое он помог украсить маленькими светодиодными лампами и гирляндой, можно было начать понимание как ухода за чем-то, так и того, что означает большое дерево поскольку он приземлится в нашем доме на следующей неделе.

С началом Адвент-сезона мы также добавили способы приветствовать каждый день как новый подарок.Адвент-календарь станет важной частью нашей семейной жизни. Учить его терпению и ждать, получая ежедневно что-то новенькое из этого календаря, будет весело для всех нас. Такой простой распорядок дня дает возможность прервать год и преподавать детям уроки по-новому. Не говоря уже о том, чтобы помочь вам как родителю найти новое место для работы.

Итак, скажите мне, поскольку мы приближаемся к новому сезону, а погода снова меняется, что вы делаете со своей семьей в процессе подготовки?

Как животные ежегодно отслеживают время: молекулярные механизмы сезонного ритма

Адаптация к изменениям окружающей среды жизненно важна для выживания животных.В то время как короткоживущие организмы сталкиваются с непредсказуемыми колебаниями окружающей среды, долгоживущие животные подвержены регулярным и, как правило, резким изменениям окружающей среды в разные сезоны. В качестве адаптации многие животные выработали внутренние сезонные ритмы, позволяющие им предвидеть изменения в окружающей среде и готовиться к ним. Примеры включают спячку, миграцию и фиксированные сезоны размножения. Классические работы предполагают, что, как и циркадный ритм, сезонный ритм регулируется фотопериодами, но поддерживает цикл даже без внешних сигналов, включая внутренние сезонные часы.Фотопериод воспринимается через сигналы глаз, которые интегрируются в мозг и преобразуются в эндокринные сигналы (например, мелатонин). Однако остается нерешенным вопрос, какие молекулы и клетки лежат в основе эндогенных сезонных часов. Я стремлюсь решить этот плохо понятный вопрос, используя омический подход и новую модель на животных. Хотя сезонные ритмы преобладают в животном мире, обычно используемые модельные животные, такие как мышь и крыса, недолговечны и не демонстрируют отчетливого сезонного ритма.У других животных, изучаемых в этой области, как правило, отсутствуют основные современные биологические инструменты. В этом исследовании я представляю мышиного лемура, приматов размером с мышь, которые поддерживают устойчивые сезонные ритмы (например, сезонные изменения массы тела, зимнюю спячку и фиксированный период размножения) на протяжении всей своей 5-10-летней продолжительности жизни в лаборатории. Мы установили полезные генетические ресурсы для животных, включая атлас одноклеточных транскриптомов в масштабах всего организма. Я комбинирую протеомный / метаболический профилирование с помощью масс-спектрометрии и транскриптомное профилирование с помощью секвенирования РНК отдельных клеток для поиска молекул и клеток, которые демонстрируют сезонные закономерности.Это откроет дверь, чтобы понять таинственные сезонные часы. Сравнивая с человеческими данными, он прольет свет на сезонность физиологии человека и может помочь вдохновить на разработку новых стратегий лечения сезонно-ассоциированных заболеваний и несезонных метаболических синдромов.

Суточные и сезонные молекулярные ритмы в неокортексе человека и их связь с болезнью Альцгеймера

Участники исследования

В это исследование были включены данные участников двух продолжающихся продольных когортных исследований пожилых людей: Rush MAP и ROS.ROS представляет собой лонгитюдное исследование старения католических братьев, монахинь и священников со всех концов Соединенных Штатов ⁵⁰ . MAP — это исследование старения на уровне сообществ в районе Большого Чикаго ⁵¹ . Участники обоих исследований не страдали известной деменцией на момент включения в исследование и соглашались на ежегодные оценки и донорство мозга в случае смерти. На момент проведения текущего анализа 680 участников ROS и 726 участников MAP умерли, и им было проведено вскрытие. Поскольку все участники ROS и MAP являются донорами органов, дата и время смерти, как правило, хорошо фиксируются у подавляющего большинства участников.Мы исключили из дальнейшего анализа данные из 215 образцов дорсолатеральной префронтальной коры, где время или дата смерти или другие клинические ковариантные данные (см. Ниже) были недоступны.

Из 1191 образца, для которого были доступны эти данные, данные по экспрессии РНК дорсолатеральной префронтальной коры, соответствующие критериям контроля качества (см. Ниже), были доступны из 531 образца, данные метилирования ДНК, соответствующие критериям контроля качества (см. Ниже), были доступны из 732 образцов и Критерии контроля качества прохождения данных h4K9Ac ChIP-seq (см. ниже) были доступны из 664 образцов.Данные этих участников были включены в текущий анализ. Их характеристики показаны в Таблице 1, а совпадение этих наборов показано на Рис. 1.

Заявление об одобрении этических норм

Это исследование было одобрено Наблюдательным советом учреждения Медицинского центра Университета Раш и проводилось в соответствии с последними требованиями. версия Хельсинкской декларации. Все участники предоставили письменное информированное согласие и Акт анатомического подарка на донорство органов.

Оценка экспрессии транскрипта

РНК экстрагировали из блоков дорсолатеральной префронтальной коры с помощью miRNeasy Mini Kit (Qiagen, Venlo, Нидерланды) и набора ДНКаз, не содержащих РНКаз (Qiagen).Концентрацию РНК количественно определяли с помощью Nanodrop (Thermo Fisher Scientific, Уолтем, Массачусетс, США), а для оценки качества использовали биоанализатор Agilent. Образцы, из которых было получено <5 мкг РНК, или образцы с оценкой целостности РНК Bioanalyser 5 или меньше, были исключены из дальнейшего анализа. Нить-специфический метод dUTP ⁵² с выбором поли-A ⁵³ был использован платформой геномики Broad Institute для подготовки библиотеки RNA-seq. За отбором поли-A следовал синтез кДНК, специфичный для первой цепи, с использованием dUTP для синтеза кДНК, специфичной для второй цепи, с последующей фрагментацией и лигированием адаптера Illumina для конструирования библиотеки.Аппарат Illumina HiSeq использовался для выполнения секвенирования со считыванием парных концов 101 п.н., достигнув покрытия 150 млн считываний для первых 12 образцов, которые служили эталоном для глубокого охвата. Остальные образцы были секвенированы с охватом 50 млн считываний. Затем начальные и конечные низкокачественные основания и последовательности адаптеров были вырезаны из считанных значений, а считанные рибосомные РНК были удалены. Программный пакет Bowtie 1 ⁵⁴ использовался для выравнивания обрезанных считываний с эталонным геномом. Наконец, программный пакет RSEM был использован для оценки в единицах фрагментов на килобазу на миллион картированных фрагментов (FPKM) уровней экспрессии для 55 889 отдельных генов GENCODE v14 и 190 051 отдельных изоформ GENCODE v14.Эти данные доступны на портале знаний Synapse.org AMP-AD (http://www.synapse.org; SynapseID syn3388564). Мы проанализировали только гены и транскрипты на аутосомных хромосомах и исключили гены и транскрипты, экспрессируемые в <90% наших образцов, оставив 18 709 индивидуальных генов GENCODE v14 и 42 873 индивидуальных изоформ GENCODE v14 в этих анализах. Все значения FPKM были преобразованы в логарифм перед дальнейшим анализом. Для оценки качества образцов использовался анализ главных компонентов, и только те образцы, у которых значения главных компонентов 1, 2 и 3 были в пределах 3 секунд.d. из их соответствующих средств были включены. В этот анализ были включены данные из 531 образца, отвечающего критериям контроля качества, как указано выше, и с полными клиническими данными, как описано ниже.

Оценка метилирования ДНК

Мы оценили метилирование ДНК в 746 образцах дорсолатеральной префронтальной коры, как описано ранее ^27,28 . Замороженные 100 мг блоки дорсолатеральной префронтальной коры размораживали на льду и вручную препарировали серое вещество и использовали мини-набор QIAamp DNA (Qiagen) для извлечения ДНК.Набор Quant-iT PicoGreen (Life Technologies, Карлсбад, Калифорния, США) использовали для измерения концентрации ДНК. Анализ с использованием микрочипов Illumina Infinium HumanMethylation450k Bead Chip Chip (Illumina) был использован Геномной платформой Института Броуда (Кембридж, Массачусетс, США) для анализа 16 мкл ДНК из каждого образца в концентрации 50 нг мкл ^-1 . Модуль Methylation Module v.1.8 из программного пакета Genome Studio (Illumina) использовался для выполнения нормализации цветовых каналов и удаления фона, а также для генерации значений β и определения значений P для 485513 сайтов CpG в геноме человека.Эти данные доступны на портале знаний Synapse.org AMP-AD (http://www.synapse.org SynapseID syn3157275). Зонды с обнаружением P имеют значения> 0,01 в любых образцах, с 47/50 нуклеотидами, соответствующими последовательностям половых хромосом во время выравнивания последовательности с BLAT, в которых однонуклеотидный полиморфизм с частотой минорного аллеля ≥0,01 существует в пределах 10 п.н. сайт CpG или половая хромосома были исключены из дальнейшего анализа. Это оставило 420 132 аутосомных CpG в наборе данных.Для оценки качества пробы использовался анализ главных компонентов, и только те пробы со значениями главных компонентов 1, 2 и 3 в пределах 3 s.d. из их соответствующих средств были включены. Также были исключены образцы, в которых по меньшей мере 2 из 10 датчиков контроля превращения бисульфита не смогли достичь значения 0,8. В эти анализы были включены данные из 732 образцов, отвечающих критериям контроля качества, как указано выше, и с полными клиническими данными, как описано ниже.

Оценка h4K9Ac

Серое вещество отделяли на льду от блоков дорсолатеральной префронтальной коры, измельчали ​​и поперечно сшивали 1% формальдегидом при комнатной температуре в течение 15 минут и гасили 0.125 М глицин. После гомогенизации ткани в буфере для лизиса клеток с использованием Tissue Lyser и шарика из нержавеющей стали 5 мм, ядра лизировали в буфере для лизиса клеток и хроматин подвергали срезанию ультразвуком. Хроматин инкубировали в течение ночи при 4 ° C с моноклональными антителами Millipore против h4K9Ac (номер по каталогу 06-942, номер партии: 31636) и очищали с помощью гранул сефарозы протеина А. Наконец, экстрагированную ДНК использовали для конструирования библиотеки Illumina в соответствии с обычными методами и секвенировали с односторонним считыванием 36 п.н. на Illumina HiSeq.Считывания были сопоставлены алгоритмом BWA с эталонным геномом человека GRCh47 (ref. ⁵⁵ 55). MACS2 применялся для обнаружения пиков для каждого образца отдельно с использованием опции широкого пика и порогового значения q , равного 0,001 (ссылка ⁵⁶ 56). Объединенную геномную ДНК семи образцов использовали в качестве отрицательного контроля. Эти данные доступны на портале знаний Synapse.org AMP-AD (http://www.synapse.org SynapseID syn4896408). Для удаления образцов низкого качества использовались пять фильтров различного качества ⁵⁷ : (i) ≥15 × 10 ⁶ уникальных считываний, (ii) неизбыточная доля ≥0.3, (iii) взаимная корреляция ≥0,03, (iv) доля считываний в пиках ≥0,05 и (v) ≥6000 пиков. После контроля качества осталось 669 из 712 проб. Домены h4K9Ac были определены путем расчета всех областей генома, которые были обнаружены как пики по крайней мере в 100 (15%) из наших 669 образцов. Области, расположенные в пределах 100 п.н., были объединены, и очень маленькие области <100 п.н. были удалены. Всего было получено 26 384 домена h4K9Ac. Подмножество из 25 740 этих доменов было расположено на аутосомных хромосомах и использовалось для последующих анализов.Для количественной оценки h4K9Ac мы подсчитали количество чтений, попадающих в каждый домен h4K9Ac для каждой выборки, разделенное на ширину каждого домена в килобазах и на общее количество отображенных чтений в каждой выборке, и масштабировали это, чтобы получить единицы FPKM. Перед анализом значения FPKM были преобразованы в логарифмическую форму. В эти анализы были включены данные из 664 образцов, отвечающих критериям контроля качества, как указано выше, и с полными клиническими данными, как описано ниже.

Оценка клинических ковариат

Мы вычислили возраст смерти на основе даты рождения, сообщенной самим пациентом, и даты смерти.Мы записали секс во время базового интервью.

Время восхода солнца в день смерти вычислялось по зарегистрированной дате смерти, а также широте и долготе города, в котором умер каждый участник.

Депрессивные симптомы оценивались с помощью 10-пунктовной версии шкалы депрессии Центра эпидемиологических исследований ⁵¹ .

Патология болезни Альцгеймера определялась количественно, как описано ранее. ^58,59 . Нейрофибриллярные клубки, диффузные бляшки и нейритные бляшки визуализировались окрашиванием серебром по Бильшовскому на срезах лобной, височной, теменной и энторинальной коры и гиппокампа.Как описано в предыдущих публикациях ⁵⁹ , непрерывный глобальный показатель общего бремени патологии болезни Альцгеймера был рассчитан путем количественного определения наивысшей плотности каждого из нейрофибриллярных клубков, диффузных бляшек и нейритных бляшек на 1 мм ² в срезах от лобной части. , височной, теменной, гиппокампальной и энторинальной коры каждого участника, масштабируя эти значения с помощью sd всех участников, а затем усреднение по четырем областям мозга и трем патологиям (клубки, диффузные и невритные бляшки) для получения итоговой оценки.Как описано ранее ⁵⁸ , для категориального патологического диагноза болезни Альцгеймера случаи были классифицированы как отсутствие болезни Альцгеймера, болезнь Альцгеймера с низкой вероятностью, болезнь Альцгеймера средней вероятности или болезнь Альцгеймера с высокой вероятностью на основе критериев Национального института старения-Рейгана ⁶⁰ ; считалось, что участнику поставили патологический диагноз болезни Альцгеймера, если согласно классификации Национального института старения по Рейгану «средняя вероятность» или «высокая вероятность».

Статистический анализ суточной и сезонной ритмичности

Мы одновременно охарактеризовали независимые суточные и сезонные паттерны экспрессии каждого из 18709 генов, используя косинусоидальные функции, рассматривая каждый транскрипт как функцию даты смерти и времени смерти относительно восхода солнца на дата смерти (‘ZT’, которая отражает время воздействия естественного света), скорректированная с учетом возраста на момент смерти, пола, посмертного интервала, бремени патологии болезни Альцгеймера, наличия / отсутствия депрессивных симптомов и технических ковариат. (партия, оценка целостности РНК для данных RNA-seq, примерная кросс-корреляция для данных h4K9Ac ChIP-seq) следующим образом:

, где t — это ZT, а d — дата смерти, A _d — амплитуда суточной ритмичности, A _s — амплитуда сезонной ритмичности, φ _d — время акрофазы суточной ритмичности y и φ _s — дата акрофазы сезонной ритмичности.Для этих анализов дневной период был установлен на 24 часа, а сезонный — на 365 дней. Это ограничение любого дизайна исследования, когда каждый человек вносит только одну точку данных в каждый 24-часовой или 365-дневный период выборки. Все времена смерти были преобразованы в радианы (2 π радиан = 24 часа; 0 радиан = восход солнца) для анализа, а затем преобразованы обратно в часы для визуального представления. Даты смерти были аналогично преобразованы в радианы (2 π радиан = 365 дней; 0 радиан = 1 января).Во вторичном анализе мы повторили все анализы, используя два альтернативных эталонных времени: время по местным часам (с ZT0 = полночь), с которым связано время воздействия искусственного света, и середину между закатом и восходом солнца, которая неизменна в зависимости от времени года. Для вычислительной эффективности мы подбираем эквивалентные линеаризованные модели вида

и, A _d , φ _d , A _s и φ _s были рассчитаны из уравнения (1). с использованием формул

Для количественной оценки вклада суточной ритмичности в соответствие модели в уравнении (2) для каждой расшифровки, независимо от эффектов сезонной ритмичности, мы сравнили остаточную сумму квадратов для уравнения (2) с суммой квадратов сокращенного Модель без суточных условий

и определенная F -статистическая

Чем больше вклад суточной ритмичности в общую подгонку модели, тем больше значение F _d .Аналогичным образом мы количественно оценили вклад сезонной ритмичности в соответствие модели в уравнении (2) путем сравнения квадратов остаточных сумм для уравнения (2) с таковыми для сокращенной модели без сезонных членов и определили соответствующую статистику F .

Затем мы повторили вышеуказанный анализ для каждой из 42 873 индивидуальных изоформ, 25 740 аутосомных пиков h4K9Ac и 420 132 сайтов метилирования аутосомной ДНК.

Мы создали список предположительно ритмичных генов, вычислив соответствующее значение P и установив порог P <0.05. Мы сравнили этот список предположительно суточно ритмичных генов с тремя другими опубликованными наборами данных (данные дорсолатеральной префронтальной коры из Li и др. . ¹⁸ и данные BA47 и BA11 из Chen и др. . ¹⁹ ), исследуя на обогащение с помощью теста χ ² . По данным Ли и др. . ¹⁸ , для сравнения были доступны только данные из 50 наиболее ритмичных транскриптов, и мы рассматривали только транскрипты, идентифицированные как суточно ритмичные в дорсолатеральной префронтальной коре при P <0.05. По данным Chen et al . ¹⁹ , мы рассматривали все транскрипты, которые считались суточно ритмическими при P <0,05 в BA11 или BA47. Затем мы сравнили время пика экспрессии основных генов циркадных часов (как указано в GENECARDS ⁶¹ ) между нашими данными и этими двумя другими наборами данных, вычислив коэффициенты круговой корреляции.

Затем мы количественно оценили степень суточной ритмичности по всем 18 709 генам или 42 873 транскриптам, вычислив медианное значение F _d для всех транскриптов в наблюдаемых данных ( F _{d_observed} ).Чтобы вычислить эмпирическое значение P , мы сравнили его со средним значением F _d по всем транскриптам в каждом из 10000 наборов нулевых данных ( F _{d_null} ), сгенерированных случайным перемешиванием времени смерти, и доля наборов нулевых данных, для которых F _{d_null} > F _{d_observed} . Затем мы сделали то же самое для сезонной ритмичности, используя нулевые наборы данных, сгенерированные случайным перемешиванием дат, а не времени смерти.Затем мы повторили эти анализы для 25 740 пиков аутосомного h4K9Ac и 420 132 сайтов метилирования аутосомной ДНК.

Затем мы исследовали закономерности во времени суточных и сезонных ритмов экспрессии РНК. При визуальном осмотре и в соответствии с предыдущей работой ^19,26 суточное и сезонное время акрофазы стенограммы распределялись бимодально. Исходя из этого, мы использовали самоорганизующиеся карты с тороидальными сетками, чтобы эмпирически определить два дневных и два сезонных кластера и классифицировать каждый транскрипт на эти кластеры.Результирующие суточные кластеры примерно центрировались утром (∼ZT0) и вечером (∼ZT12), а результирующие сезонные кластеры примерно центрировались весной и осенью. Мы исследовали связь между суточной и сезонной классификацией, вычислив статистику χ ² для соответствующей таблицы сопряженности 2 × 2 с использованием наблюдаемых данных ( χ ² _obs ), сравнив это с соответствующим . χ ² -статистика, вычисленная путем повторения этих процедур для 10000 эмпирических наборов нулевых данных, сгенерированных перетасовкой времени и дат смерти ( χ ² _null ) и вычисления эмпирического значения P путем определения доля 10000 наборов нулевых данных, в которых χ ² _null > χ ² _obs .Затем мы повторили этот анализ для данных метилирования h4K9Ac и ДНК, за исключением того, что для данных метилирования ДНК мы рассматривали время надира, а не акрофазу метилирования, поскольку гипометилирование, а не гиперметилирование, классически связано с транскрипцией. Наконец, в качестве анализа чувствительности мы повторили этот анализ, рассматривая только те транскрипты / пики / сайты, которые были как сезонно-ритмическими, так и суточно-ритмичными при P <0,05.

Ранее нами было показано, что для ритмов метилирования ДНК время суточной акрофазы изменяется в зависимости от расстояния от ближайшего TSS ²⁷ .Мы исследовали, верно ли это также для суточных ритмов h4K9Ac, разделив пики h4K9Ac на две группы — те, которые находятся в пределах 2000 п.н. от активного TSS, и те, которые находятся на расстоянии более 2000 п.н. от такого TSS, где мы определили активный как соответствующий транскрипту, выраженному в более 90% наших образцов. Мы сравнили угловые распределения суточных акрофаз пиков h4K9Ac в этих двух группах в наблюдаемых данных, вычислив статистику Мардиа – Ватсона – Уиллера W ( W _{d_observed} ) и сравнили это с соответствующими Вт. -статистика для каждого из 10000 наборов нулевых данных, сгенерированных случайным перемешиванием моментов смерти ( W _{d_null} ), и вычислила эмпирическое значение P , определив долю 10000 наборов нулевых данных, где W _{d_null} > Вт _{d_обнаружено} .Затем мы проделали то же самое для углового распределения сезонных акрофаз, используя нулевые наборы данных, сгенерированные перетасовкой дат смерти. Затем мы исследовали, различается ли классификация отдельных пиков на суточные / сезонные кластеры между двумя группами пиков h4K9Ac, вычислив статистику χ ² , χ ² _{наблюдаемых} , для соответствующих 4 × 2 таблицы непредвиденных обстоятельств (4 возможных сезонных / суточных класса × 2 группы пиков h4K9Ac), сравнивая это с соответствующей статистикой × ² , полученной повторением вышеуказанной процедуры для 10000 наборов нулевых данных, сгенерированных перетасовкой времени и дат смерти и вычисление эмпирического значения P путем определения доли 10000 наборов нулевых данных, в которых χ ² _null > χ ² _{наблюдаемых} .Затем мы повторили описанную выше процедуру для сайтов метилирования ДНК. Наконец, в качестве анализа чувствительности мы повторили этот анализ, рассматривая только те транскрипты / пики / сайты, которые были как сезонными, так и суточными ритмичными при P <0,05.

Считается, что и h4K9Ac, и метилирование ДНК влияют на транскрипцию. Таким образом, мы исследовали ассоциации между синхронизацией ритмов обилия транскриптов и синхронизацией ритмов h4K9Ac и метилирования ДНК в близлежащих сайтах. Сначала мы исследовали суточные ритмы h4K9Ac, используя 471 образец, в котором были доступны оба набора данных.

Мы рассмотрели две группы пиков h4K9Ac: те, которые находятся в пределах 2 т.п.н. от TSS транскриптов, эмпирически классифицированных как утренняя акрофаза, и в пределах 2 т.п.н. от TSS транскриптов, эмпирически классифицированных как вечерняя акрофаза, и сравнили угловые распределения их дневных акрофаз используя статистику Мардиа-Ватсона-Уиллера W , как указано выше, вычисляя эмпирическое значение P , сравнивая его с эквивалентной статистикой W , рассчитанной на 10 000 нулевых наборов данных, сгенерированных случайным перемешиванием времен смерти.Затем мы определили, различались ли две группы в пропорции пиков h4K9Ac, классифицированных как утренние или вечерние, путем вычисления соответствующей статистики χ ² и вычисления эмпирического значения P по сравнению с эквивалентным χ ² -статистика рассчитана из 10 000 наборов нулевых данных, созданных путем перемешивания времен смерти. После рассмотрения суточных ритмов h4K9Ac, как указано выше, мы затем повторили этот анализ с учетом сезонных ритмов.Затем мы повторили эти анализы для сайтов метилирования ДНК, используя 527 образцов с данными как РНК-seq, так и данными метилирования ДНК. Наконец, в качестве анализа чувствительности мы повторили эти анализы, учитывая только те транскрипты / пики / сайты, которые были сезонно или суточно ритмичными при P <0,05.

Окружение локального фактора транскрипции оказывает важное влияние на циркадный ритм транскрипции в модельных системах ³¹ . Таким образом, мы исследовали ассоциацию между местными сайтами связывания факторов транскрипции во времени суточных и сезонных акрофаз / надиров экспрессии транскрипта, h4K9Ac и метилирования ДНК.Для этого мы использовали аннотированные сайты связывания по всему геному для 161 фактора транскрипции из проекта ENCODE ^32,33,34 . Мы считали, что TSS, пик h4K9Ac или сайт метилирования ДНК локально связаны с фактором транскрипции, если он перекрывается с одним из его ENCODE-аннотированных сайтов связывания или находится в пределах 2000 п.н. Мы эмпирически классифицировали транскрипты, пики h4K9Ac и сайты метилирования ДНК на дневные и сезонные кластеры, как указано выше.

Затем мы использовали модели логистической регрессии формы

, чтобы исследовать независимую связь локального присутствия сайтов связывания для каждого из 161 фактора транскрипции ENCODE с вероятностью наличия весеннего по сравнению с осенью или вечернего по сравнению с утренним транскриптом, пика h4K9Ac. или сайт метилирования ДНК.Мы оценили нескорректированные значения P и FDR для всего анализа, сравнив приведенные выше оценки эффекта с оценками, полученными из 10 000 наборов нулевых данных, сгенерированных случайным перемешиванием времени или дат смерти. Мы определили набор факторов-кандидатов транскрипции, потенциально участвующих в регуляции суточной и / или сезонной ритмичности, если их сайты связывания имели FDR <0,05 для одной из суточной или сезонной ритмичности для любого из метилирования РНК, h4K9Ac или ДНК. В качестве анализа чувствительности мы повторили эту процедуру, рассматривая только транскрипты, пики h4K9Ac или сайты метилирования ДНК с P <0.05 для суточной или сезонной ритмичности, и рассчитанные коэффициенты корреляции Спирмена, относящиеся к оценкам эффекта фактора транскрипции, оцененным на основе всех транскриптов / пиков h4K9Ac / сайтов метилирования ДНК, и тех, которые оцениваются на основе только этих транскриптов / пиков h4K9Ac / сайтов метилирования ДНК. с P <0,05 для суточной или сезонной ритмичности.

Затем, чтобы изучить общие регуляторные эффекты этих сайтов связывания транскрипционных факторов на дневную и сезонную ритмичность, мы построили их расчетные коэффициенты для суточной и сезонной ритмичности для каждого из экспрессии транскрипта, h4K9Ac и метилирования ДНК и рассчитали коэффициенты корреляции Спирмена.Затем, чтобы изучить общие регуляторные эффекты этих сайтов связывания транскрипционных факторов на транскрипт и эпигенетические суточные ритмы, мы рассчитали коэффициенты корреляции Спирмена, относящиеся к их влиянию на суточный транскрипт по сравнению с эпигенетическими ритмами (h4K9Ac и метилирование ДНК). Затем мы повторили это для сезонных ритмов.

Заболевания головного мозга, такие как болезнь Альцгеймера ³⁵ , как было показано, влияют на физиологические маркеры циркадной ритмичности. Чтобы изучить влияние болезни Альцгеймера на амплитуду и время ритмов экспрессии транскрипта, h4K9Ac и метилирования ДНК, мы увеличили уравнение (4) следующим образом:

, где y ₁ и y ₂ лет при смерти и мужском сексе.

Здесь относительные амплитуды суточной и сезонной ритмичности у людей с болезнью Альцгеймера даны как

, а относительные амплитуды суточной и сезонной ритмичности у людей без болезни Альцгеймера представлены как

Кроме того, акрофазы суточной и сезонной ритмичности для людей с болезнью Альцгеймера даны

, а акрофазы суточной и сезонной ритмичности у людей без болезни Альцгеймера даны

Чтобы графически изобразить связь между патологическим диагнозом болезни Альцгеймера и временем расшифровки ритмов, мы классифицировали каждый транскрипт в дневные и сезонные классы, как указано выше, на основе модели, предсказанной акрофазой для образцов без болезни Альцгеймера, и отдельно построены предсказанные моделью дневное и сезонное время акрофазы для людей с болезнью Альцгеймера.Для более формальной количественной оценки связи между патологическим диагнозом болезни Альцгеймера и синхронизацией ритмов транскриптов мы вычислили медианную разницу в прогнозируемом времени акрофаз между людьми с болезнью Альцгеймера и без нее, сначала рассматривая все транскрипты, а затем отдельно транскрипты в каждом из четыре временных класса. Эта процедура была повторена для 10 000 наборов нулевых данных, сгенерированных путем перемешивания времен смерти, для получения эмпирических значений P .Затем мы повторили эту процедуру для сезонных акрофаз. Чтобы количественно оценить влияние болезни Альцгеймера на амплитуду ритмов транскриптов, мы рассчитали медианную разницу относительной амплитуды между людьми с болезнью Альцгеймера и без нее, сначала рассматривая все транскрипты, а затем отдельно рассматривая транскрипты в каждом из четырех временных кластеров. Эта процедура была повторена для 10 000 наборов нулевых данных, сгенерированных путем перемешивания времен смерти, для получения эмпирических значений P .Затем мы повторили эту процедуру для относительной амплитуды сезонных ритмов. Затем в качестве анализа чувствительности мы повторили вышеизложенное, рассматривая только те транскрипты с индивидуальным значением P <0,05 как для дневной, так и для сезонной ритмичности. Наконец, мы повторили описанный выше анализ для пиков h4K9Ac и сайтов метилирования ДНК.

Доступность данных

Данные RNA-seq, которые подтверждают результаты этого исследования, были депонированы на портале знаний synapse.org AMP-AD с кодом доступа syn3388564 (https: // www.synapse.org/#!Synapse:syn3388564). Данные h4K9Ac ChIP-seq, которые подтверждают результаты этого исследования, были депонированы на портале знаний synapse.org AMP-AD с кодом доступа syn4896408 (https://www.synapse.org/#!Synapse:syn4896408). Данные о метилировании ДНК, подтверждающие результаты этого исследования, были депонированы на портале знаний synapse.org AMP-AD с кодом доступа syn3157275 (https://www.synapse.org/#!Synapse:syn3157275).

Суточные и сезонные ритмы иммунных ответов спленоцитов пресноводной змеи, Natrix piscator

Abstract

Настоящее исследование было разработано для изучения суточной и сезонной изменчивости врожденных иммунных ответов спленоцитов пресноводной змеи Natrix piscator .Животных подвергали умеренной анестезии, а селезенку асептически изолировали и обрабатывали для выявления макрофагального фагоцитоза, восстановления NBT, продукции нитритов, пролиферации спленоцитов и активности лизоцима сыворотки. Образцы собирали в семи временных точках, а именно: 0000, 0400, 0800, 1200, 1600, 2000 и 0000 часов в течение трех разных сезонов, а именно летом, зимой и весной. Анализ Косинора показал, что процентный фагоцитоз имел значительный 24-часовой ритм в течение летнего и весеннего сезонов. Пики ритмов восстановления NBT и высвобождения нитрита приходятся на утренние часы в 10 часов.Зимой 88 ч и 8,31 ч соответственно. Значительный 24-часовой ритм также наблюдался в концентрации лизоцима и пролиферации спленоцитов (стимулированных как базальным, так и конканавалином А) во все три сезона. Был получен значительный фазовый сдвиг в пролиферации спленоцитов с тенденцией отсроченного фазового сдвига с зимы на весну и с весны на лето. Из девяти переменных значимые годовые (сезонные) ритмы были обнаружены почти во всех переменных, за исключением фагоцитарных и спленосоматических показателей.Все ритмические переменные, за исключением клеточности селезенки, демонстрировали тесно синхронизированные пики, совпадающие с фазами прогрессирования и возобновления годового репродуктивного цикла. Сделан вывод, что змея синхронизирует свою ежедневную и сезонную иммунную активность с соответствующими внешними временными сигналами. Усиление иммунной функции, совпадающее с одной из его критических репродуктивных фаз, может помочь ему справиться с сезонными стрессорами, включая обилие патогенов, которые в противном случае поставили бы под угрозу успешное воспроизводство и возможное выживание вида.

Образец цитирования: Трипати М.К., Сингх Р., Пати А.К. (2015) Суточные и сезонные ритмы иммунных ответов спленоцитов у пресноводных змей, Natrix piscator . PLoS ONE 10 (2):
e0116588.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0116588

Академический редактор: Пол А. Бартелл, Университет штата Пенсильвания, США

Поступила: 14 июля 2014 г .; Одобрена: 11 декабря 2014 г .; Опубликовано: 27 февраля 2015 г.

Авторские права: © 2015 Tripathi et al.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника

Доступность данных: Все соответствующие данные находятся в пределах бумага.

Финансирование: Финансовый грант (SR / SO / AS — 15/2005) от Департамента науки и технологий, Нью-Дели, Правительство. Индии Рамешу Сингху.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что конкурирующих интересов не существует.

Введение

Многие поведенческие и физиологические функции проявляют ритмы с различной частотой. Большинство этих ритмов являются эндогенными [1] и сохраняют способность синхронизироваться с циклами день-ночь или с другими естественными периодическими сигналами. Суточные ритмы обеспечивают временную основу, необходимую для поддержания гомеостаза. Однако не все суточные ритмы могут быть циркадными ритмами (ЦР). CR показывает 24-часовой период, когда он синхронизирован с циклом день-ночь в природе, но он работает свободно и показывает период немного дольше или короче 24 часов, когда организм, демонстрирующий CR, содержится в постоянных условиях света и температуры. и другие известные периодические сигналы.Циркадный ритм позволяет организмам поддерживать временную гармонию между многочисленными молекулярными, биохимическими, физиологическими и поведенческими процессами по отношению к изменениям факторов окружающей среды.

Циркулирующие форменные элементы в периферической крови, одном из важных компонентов иммунной системы, демонстрируют хорошо воспроизводимые циркадные ритмы. Циркадные колебания количества циркулирующих форменных элементов в периферической крови могут быть не только в значительной степени из-за изменений в распределении, но также могут быть связаны с циркадными изменениями в производстве и высвобождении и / или разрушении клеток.Реактивность циркулирующих клеток крови также предсказуемо варьируется в зависимости от времени, поскольку сообщалось о циркадном ритме в ответе человеческих и мышиных лимфоцитов in vitro на митогены [2]. Костный мозг представляет собой активно разрастающуюся ткань с быстрым обновлением; пролиферация клеток костного мозга непостоянна, но претерпевает ритмические вариации [3–5]. На основании ряда научных исследований уже давно было показано, что у млекопитающих действует ритмическая иммунная сеть [6].

Фагоцитарная активность нейтрофилов / гетерофилов крови, макрофагов селезенки и брюшины также проявляет циркадные ритмы у птиц и млекопитающих. Подобные суточные ритмы хемотаксиса и миграции нейтрофилов описаны во многих оригинальных отчетах [7–9]. Большинство исследований в этой области сосредоточено на молекулярных и генетических аспектах, с обширной работой на Drosophila и мыши; однако изучение альтернативных моделей животных по-прежнему представляет собой полезный подход к пониманию того, как устроена циркадная система позвоночных и как эта система хронометража изменилась в ходе эволюции позвоночных.Попыткам понять иммунную систему млекопитающих будет способствовать более систематический подход к исследованию иммунной функции в группах позвоночных. Рептилии — это важнейшая филогенная группа, положившая начало эволюции как птиц, так и млекопитающих. Рептилии являются единственными экзотермическими амниотами, и поэтому они стали ключевой группой для исследования, чтобы обеспечить существенное понимание как эволюции, так и функционирования ритмичности в иммунной системе. Рептилии ведут продолжительный наземный образ жизни и демонстрируют прямое развитие без метаморфоз, в отличие от земноводных.Рептилии, как правило, долгожители, с продолжительным периодом роста и созревания в раннем возрасте. Однако рептилии не могут регулировать внутреннюю температуру тела и претерпевают сильные сезонные изменения в поведении, связанные с температурой окружающей среды. В совокупности эти характеристики могут иметь глубокое влияние на то, как рептилии распределяют энергетические ресурсы для самообслуживания. У рептилий, занимающих ключевую позицию в филогенезе эволюции позвоночных, хронобиологические исследования иммунных клеток и их реактивности недостаточны.Хотя о циркадном ритме у эозинофилов сообщалось у видов ящериц [10] и у этого вида змей [11–13], нет существенной информации о возможности существования многочастотных ритмов в иммунной системе рептилий. Настоящее исследование было предпринято, чтобы пролить свет на суточные и сезонные изменения иммунных ответов у рептилий с использованием Natrix piscator в качестве модели офидиан.

Материалы и методы

Животные

живых пресноводных змей (> 120 г) были закуплены у местного поставщика, который поймал этих животных в пригороде Варанаси (28 ⁰ 18 ’с.ш .; 83 ⁰ 1’ в.д.).В этом исследовании мы использовали только самцов змей, особенно потому, что врожденные иммунные реакции, зависящие от пола, были зарегистрированы у рептилий [14, 15]. Животных содержали в виварии (клетки из дерева и проволоки; размер 50х30х30 см). Каждая клетка имела деревянный пол и раму с трех сторон, снабженных проволочной сеткой, и одной стороны с откидной дверью и небольшим окном. В каждой клетке была глиняная миска (объемом 4 л), наполненная водой для размещения 4–5 змей. Рыбок змей кормили раз в неделю. Клетки очищали, и на следующий день после кормления добавляли воду в чашу.Животных акклиматизировали к лабораторным условиям в течение двух недель; после этого были проведены эксперименты. Это исследование было одобрено Комитетом по институциональной этике Автономного колледжа Удаи Пратап, Варанаси, Индия. Строго соблюдались руководящие принципы комитета по институциональной этике и комитета по контролю и надзору за экспериментами на животных (CPCSEA) Министерства статистики и реализации программ правительства Индии.

Химические вещества

Тетразолиевый краситель, NBT (Nitroblue Tetrazolium) и МТТ [3- (4,5-диметилтиозол-2-ил) -2,5-дифенилтетразолий бромид]; митогены [конканавалин A (Con A), фитогемагглютинин (PHA) и липополисахарид (LPS)]; и мелатонин были приобретены у Sigma Chemicals.Культуральная среда (RPMI-1640), среда для разделения лимфоцитов (HiSep), L-глутамин, гентамицин, фетальная бычья сыворотка (FBS), диметилсульфоксид (DMSO) и другие химические вещества были приобретены у Himedia Laboratories Pvt. Ltd. (Индия). В культуральную среду добавляли 1 мкл мл ^-1 гентамицина, 10 мкл мл ^-1 200 мМ L-глутамина, 10 мкл мл ^-1 анти-анти (Gibco) и 5% FBS и обозначались как полная питательная среда.

Эксперимент

Это исследование было разработано, чтобы понять суточные и сезонные колебания иммунного ответа спленоцитов пресноводной змеи Natrix piscator .Исследование проводилось за три сезона, , а именно . лето (май), зима (декабрь) и весна (март). В каждом сезоне животные были разделены на семь групп, как показано ниже: животных от группы 1 до группы 7 умерщвляли, соответственно, в 04:00, 1200, 2000, 0000, 08:00, 1600 и 0000 часов.

В каждой группе по 5 животных. Животных групп 1–3 подвергали легкой анестезии в назначенные моменты времени, и кровь брали путем кардиоцентеза в гепаринизированные пробирки и центрифугировали для получения плазмы.Плазму хранили при -20 ° C в течение недели, а затем использовали для анализа концентрации лизоцима. Селезенку вырезали в асептических условиях, взвешивали, хранили в прохладной (4 ° C) культуральной среде отдельно и немедленно обрабатывали для изучения иммунных параметров. Через два дня группы от 4 до 7 животных подвергали легкой анестезии в заданные моменты времени и брали пробы крови и селезенки, как описано выше.

Получение монослоя макрофагов

Был приготовлен монослой макрофагов селезенки и проведен фагоцитарный анализ по методу Мондаля и Раи [14,16].Вкратце, иссеченную селезенку индивидуально мацерировали через нейлоновый фильтр с размером пор <100 мкм в полную культуральную среду (2 мл на селезенку), чтобы получить суспензию отдельных клеток под стерильным ламинарным вытяжным шкафом. Жизнеспособность клеток проверяли с помощью теста исключения трипанового синего, который превышал 95%, а клеточность селезенки (количество клеток, мг ^–1 ткани) определяли с помощью гемоцитометра.

Суспензию клеток селезенки (200 мкл) заливали на отдельные предварительно промытые и стерилизованные предметные стекла.Фагоцитарным макрофагам давали возможность прилипнуть, инкубируя предметные стекла при 25 ° C в увлажненной атмосфере CO ₂ в течение 90 минут. Неприкрепленные клетки смывали 0,2 М фосфатным буферным солевым раствором (PBS; pH 7,2). Монослой макрофагов селезенки готовили в двух экземплярах из каждой селезенки. В популяции прикрепленных клеток более 90% клеток, судя по их морфологии, были макрофагами.

Фагоцитарный анализ

Для фагоцитарного анализа дрожжевые клетки использовали в качестве клеток-мишеней.Суспензию дрожжевых клеток готовили путем смешивания 20 мг коммерческих пекарских дрожжей ( Saccharomyces cerevisae ) в 10 мл 0,2 М PBS. Суспензию выдерживали при 80 ° C в течение 15 мин. Суспензию клеток трижды промывали PBS и, наконец, суспендировали в полной культуральной среде, чтобы получить концентрацию 1 × 10 ⁸ клеток на мл ^-1 .

Подготовленный монослой макрофагов, как указано выше, заливали суспензией дрожжевых клеток и позволяли протекать фагоцитозу путем инкубации при 25 ° C в увлажненной атмосфере CO ₂ в течение 90 минут.Затем предметные стекла трижды промывали в PBS, фиксировали в метаноле, окрашивали Гимза и исследовали в масляной иммерсии. Для каждого слайда в общей сложности 100 макрофагов исследовали случайным образом без какой-либо заранее определенной последовательности. Индекс фагоцита определяли путем расчета среднего количества дрожжевых клеток, поглощенных одним макрофагом. Процент фагоцитоза рассчитывали путем деления количества макрофагов, показывающих фагоцитоз, на 100.

Анализ NBT

Продукция супероксид-аниона фагоцитом определялась как уменьшение NBT.NBT — водорастворимый краситель желтого цвета, проницаемый для мембран. Он восстанавливается супероксидом до NBT-диформазана (пурпурный цвет). NBT-анализ проводили по методике Бергера и Слапниковой [9]. Клетки селезенки подсчитывали и доводили до 2 × 10 ⁶ клеток на мл ^–1 в полном RPMI. Пятьдесят микролитров клеточной суспензии (1 × 10 ⁵ клеток) смешивали с 50 мкл RPMI, содержащего NBT (1 мг / мл ^–1 ), в культуральном планшете (96 лунок) в трех повторностях от каждой селезенки.Лунки с культуральной средой (100 мл) без клеток в трех экземплярах служили бланком. Затем планшет инкубировали в атмосфере CO ₂ при 25 ° C в течение 2 часов, центрифугировали при 700 g, промывали PBS и фиксировали в 70% метаноле. В каждую лунку смешивали двадцать микролитров 0,1% тритона Х-100. Кристаллы формазана, присутствующие внутри клеток, растворяли путем смешивания 120 мкл КОН (2 М) и 140 мкл ДМСО в каждой лунке. Оптическую плотность измеряли при 620 нм с помощью планшет-ридера для ELISA (Thermo Multiscan). После вычитания пустых значений трижды усредняли.

Анализ нитритов

Оксид азота (NO) является основной эффекторной молекулой цитотоксичности макрофагов. Это очень нестабильное соединение, вырабатываемое ферментом синтазой оксида азота (NOS) из L-аргинина. Вскоре после производства NO разлагается на другие оксиды азота, такие как нитрат (NO ₃ ^–) и нитрит (NO ₂ ^–), широко известный как промежуточный продукт реактивного азота (RNI) [17]. Итак, нитрит был исследован как маркер цитотоксичности. Содержание нитритов измеряли по методу Ding et al.[18]. Вкратце, 100 мкл спленоцитов (1 × 10 ⁶ клеток, мл ^–1 ) добавляли в каждую лунку 96-луночного культурального планшета. После двух часов инкубации при 25 ° C клетки промывали PBS. В каждую лунку добавляли свежую культуральную среду (100 мкл) и планшеты инкубировали в атмосфере CO ₂ при 25 ° C в течение 24 часов, затем центрифугировали при 200xg и собирали супернатант. Равный объем супернатанта и реагента Грисса (1% сульфаниламида в 3 н. HCl и 0,1% дигидрохлорида нафтилендиамина в дистиллированной воде) смешивают, и оптическую плотность раствора измеряют при 540 нм с помощью планшет-ридера для ELISA (Thermo Multiscan).Только питательная среда без каких-либо клеток служила бланком. Все образцы были взяты в трех экземплярах. После вычитания пустых значений трижды усредняли.

Анализ пролиферации лимфоцитов селезенки

Пролиферацию лимфоцитов оценивали с помощью колориметрического анализа на основе соли тетразолия (МТТ) по методикам Berridge et al. [19]. Колориметрический метод с использованием солей тетразолия был выгодным альтернативным методом измерения лимфопролиферации [20].В метаболически активных клетках соли тетразолия включены в активные митохондрии, тетразолиевые кольца МТТ расщепляются ферментом митохондриальной дегидрогеназы и биовосстановятся в темно-синие кристаллы формазана, непроницаемые для клеточной мембраны. Солюбилизация клеток путем добавления детергента приводит к высвобождению кристаллов. Количество формазанового продукта, измеренное по величине поглощения 570 нм, прямо пропорционально количеству живых клеток в культуре [21].Таким образом, количественная оценка превращения солей митохондриальными дегидрогеназами в продукт формазан, окрашенный в синий цвет, позволяет измерить количество клеток за последние часы в культуре in vitro . Накопление окрашенных формазановых продуктов положительно коррелирует с включением ³ H-тимидина в клеточную ДНК в S-фазе деления клеток в течение последних часов культуры in vitro , что является прямым показателем бластогенеза в условиях митогенная стимуляция [22].

Суспензию единичных клеток селезенки, полученную, как описано выше, обрабатывали гемолизатным буфером (0,15 M NH ₄ Cl, 10 мМ KHCO ₃ , 0,1 мМ Na ₂ EDTA, pH 7,2), промывали 0,2 M PBS (pH 7,2). дважды и ресуспендировали в полной культуральной среде. Лимфоциты селезенки выделяли центрифугированием в градиенте плотности с использованием HiSep (плотность 1,077 г / мл ^-1 ). Суспензию клеток наносили на равный объем HiSep и центрифугировали при 400 g в течение 30 мин с отключенными тормозами при 8 ° C.После центрифугирования фракцию лимфоцитов на границе раздела между средой и HiSep осторожно аспирировали, дважды промывали PBS, подсчитывали и оценивали жизнеспособность на гемоцитометре с помощью теста исключения трипанового синего. Количество жизнеспособных клеток (> 95%) доводили до 2 × 10 ⁶ клеток, мл ^-1 в полной культуральной среде.

Базально, а также митоген (Con A) индуцировал in vitro и оценивали пролиферацию лимфоцитов. Основной раствор митогена готовили в 0,2 М PBS (pH 7.2) при концентрации 1 мг / мл ^-1 , и дальнейшее разведение было выполнено культуральной средой для получения концентрации 10 мкг / мл ^-1 . Использовали 96-луночные культуральные планшеты с плоским дном. Для изучения спонтанной или базальной пролиферации 50 мкл клеточной суспензии засевали в лунку культурального планшета вместе с 50 мкл культуральной среды, не содержащей митогенов, а для исследования индуцированной среды засевали 50 мкл митогена и 50 мкл клеточной суспензии. Дополнительная лунка, содержащая только 100 мкл культуральной среды, служила бланком.Все анализы были выполнены в трех экземплярах для каждого экспериментального животного. Планшеты инкубировали в увлажненной атмосфере CO ₂ при 25 ° C в течение 48 часов, после чего в каждую лунку добавляли 10 мкл реагента МТТ (5 мг / мл ^-1 ), и планшеты снова инкубировали в течение ночи в увлажненном CO _{. 2} атмосфер при 25 ° C. После инкубации супернатант аспирировали и в каждую лунку добавляли 100 мкл ДМСО для растворения кристаллов формазана. Поглощение измеряли при 570 нм с помощью планшет-ридера для ELISA (Thermo Multiscan).После вычитания пустых значений трижды усредняли.

Анализ лизоцима

Активность лизоцима

измеряли с помощью стандартного анализа мутности, как ранее описано Демерсом и Бэйном [23]. Лизоцим куриных яиц (HEL; Sigma, St. Louis, MO) использовали в качестве стандарта. Исходный раствор (1 мг / мл ^-1 ) стандартного HEL был приготовлен в 0,1 М фосфатном буфере (pH 5,9) и был серийно разбавлен фосфатным буфером для получения стандартной кривой 40, 20, 10, 5, 2,5, 1,25, 0,6, 0,3 и 0 мкг мл ^-1 .Аликвоты (25 мкл на лунку) каждой концентрации стандарта, а также исследуемый образец плазмы добавляли в 96-луночный планшет в трех экземплярах. Раствор Micrococcus lysodeikticus (175 мкл на лунку) быстро добавляли в каждую лунку для образца и стандартную лунку. Раствор Micrococcus lysodeikticus получали растворением 20 мг лиофилизированного бактериального порошка (Sigma, St. Louis, MO) в 100 мл фосфатного буфера. В трехкратной повторности лунки, содержащие плазму, вводили 175 мкл фосфатного буфера и служили в качестве контроля.Поглощение измеряли при 450 нм с помощью планшет-ридера для ELISA (Thermo Multiscan) сразу (T ₀ ) и снова через пять минут (T ₅ ). Значение единицы абсорбции (AU) для лунки с холостым образцом вычитали из среднего значения для трех лунок с образцом, чтобы компенсировать любой гемолиз в образцах. Значения AU при T ₅ были вычтены из значений AU при T ₀ , чтобы определить изменение оптической плотности ∆ _AU 5. Полученное значение ∆ _AU 5 было преобразовано в концентрацию HEL (мкг мкл ^-1 ) с помощью линейной регрессии стандартной кривой.

Статистический анализ

Данные представлены как среднее значение ± 1 SEM как функция времени и сезона. Данные были подвергнуты ритмометрии Косинора [24,25] для подтверждения суточных и годовых ритмов. Ритмы характеризовались тремя параметрами, такими как Mesor (M, среднее с поправкой на ритм; оно равно среднему арифметическому, когда данные отбирались через эквидистантные интервалы времени), амплитуда (A, половина разницы между минимумом и максимумом в биологическая функция), и акрофаза или пик (, время максимума в подобранной косинусной функции, с местной полуночью для суточного ритма и местной полночью 22 декабря для годового ритма, как ∅ справка).Данные также были представлены отдельно в зависимости от времени года, а именно лета (май), зимы (декабрь) и весны (март) для дальнейшего изучения сезонной изменчивости. Односторонний и двусторонний дисперсионные анализы (ANOVA) использовались для проверки временных эффектов как в дневном, так и в годовом (сезонном) масштабе времени соответственно. Все статистические анализы, кроме ритмометрии Косинора, были выполнены с использованием SPSS для Windows. Все нулевые гипотезы проверялись при p ≤ 0,05.

Результаты и обсуждение

Наблюдаемая изменчивость различных иммунных параметров в 24-часовом и годовом (сезонном) временных масштабах графически представлена ​​на рис.1 и 2 соответственно. Результаты ритмометрии Cosinor суммированы в таблицах 1, 2, 3 для суточных ритмов и в таблице 4 для сезонных ритмов. Результаты двухфакторного дисперсионного анализа показаны в таблице 5. Характеристики суточной изменчивости иммунных ответов спленоцитов представлены в таблицах 6, 7, 8. Карты суточных пиков были построены только для тех параметров, в которых появился хотя бы один значимый ритм. , независимо от сезона (рис. 3A, B) и карта годового пика была построена для семи переменных (рис.4).

Анализ

Cosinor выявил отсутствие статистически значимого 24-часового ритма в колебаниях спленосоматического индекса и клеточности селезенки независимо от времени года. Процент фагоцитоза демонстрировал значительный 24-часовой ритм летом и весной, но не зимой; и статистически значимый 24-часовой ритм фагоцитарного индекса не мог быть подтвержден ни для одного из сезонов. При процентном фагоцитозе фазовый сдвиг наблюдался весной по сравнению с летним сезоном (рис.3А). Пик процентного ритма фагоцитоза наступал летом в 17,83 ч вечером; в то время как пик был зафиксирован в полдень (11,67 ч) весеннего сезона. Таким образом, пик процента ритма фагоцитоза наступил весной; однако пики фагоцитарной активности приходятся на световую фазу в оба сезона, так как в Варанаси летом закат происходит примерно в 19.00 часов.

Было продемонстрировано, что макрофаги обладают автономным механизмом молекулярных часов, который подобен таковым в супрахиазматическом ядре (SCN), а наличие системы молекулярных часов в макрофагах предполагает, что функции макрофагов ритмично изменяются.Имеется ряд сообщений о ритмах фагоцитоза. Циркадная временная структура фагоцитарного индекса нейтрофилов была описана у человека [26], грызунов [7,9,27–30] и морских свинок [31]. Фагоцитарная активность в перитонеальных макрофагах мышей достигает максимума в светлый период и достигает дна в темный период [32]. О пике фагоцитарной активности сообщалось во время световой фазы, поскольку максимальное поглощение углеродных частиц ретикулоэндотелиальными клетками у мышей CBA происходит во второй половине светового периода [27]; в то время как фагоциты, собранные из разных тканей мышей C57BL / 6, показали пиковую фагоцитарную активность в первой половине светового диапазона [32,33].Рой и др. [34] также сообщили о суточном ритме фагоцитарной активности — значительно выше во время светлой фазы, чем темной фазы — фагоцитов селезенки у рыб. Это первое сообщение о ритмах фагоцитарной активности в офидиальной системе.

Напротив, есть сообщения, в которых было показано, что фагоцитарная активность остается повышенной во время темной фазы. Полиморфноядерные клетки демонстрируют суточную периодичность с пиком фагоцитоза в полночь у человека [26]. Гетерофилы у кольчатых голубей [35], нейтрофилы у крыс [36] и мышей [37], пик фагоцитоза наблюдается к концу второй половины темного периода; тогда как максимальная фагоцитарная активность у морских свинок была продемонстрирована в первой половине темной фазы [31].Однако время пика фагоцитарной активности различается у разных видов животных. С другой стороны, Bongrand et al. [38] не наблюдали циркадных ритмов фагоцитарной активности нейтрофилов у людей. Сравнение различных лабораторных процедур позволяет предположить, что различия во времени пиков могут быть связаны с тестируемой фазой фагоцитоза и чувствительностью лабораторных процедур [9]. Было показано, что фагоцитарная активность, фагоцитарный индекс малых частиц и абсолютное количество фагоцитарных клеток регистрируют пики в конце субъективного дня.

Снижение уровня NBT и высвобождение нитритов макрофагами селезенки пресноводной змеи также значительно варьировалось в течение 24 часов в течение зимнего сезона. Пики обеих переменных приходятся на утренние часы в 10,88 ч и 8,31 ч соответственно. Но значительный 24-часовой ритм в восстановлении NBT и высвобождении нитритов в летний и зимний сезоны отсутствовал (Таблицы 1, 3). Результаты однофакторного дисперсионного анализа выявили статистически значимый временной эффект для снижения NBT летом и весной и для высвобождения нитрита только летом.Наблюдаемое расхождение между результатами анализа Косинора и однофакторного дисперсионного анализа можно объяснить возможным присутствием ультрадианных ритмов в восстановлении NBT и высвобождении нитритов. В настоящем исследовании наблюдалась отчетливая бимодальность в сокращении NBT и высвобождении нитритов летом и весной (рис. 1). Настоящие результаты не кажутся необычными, поскольку известно, что различные компоненты иммунной системы млекопитающих характеризуются многочастотной временной структурой [39–42].Следовательно, было бы целесообразно разработать исследования для изучения характеристик многочастотных ритмов в иммунной системе офид и других рептилий.

Циркадный ритм продукции супероксид-анионов воспалительными нейтрофилами также был продемонстрирован на мышах [43] и крысах [9]. Сходные суточные ритмы хемотаксиса и миграции нейтрофилов описаны у человека, мышей и коров [7–9]. Суточные ритмы врожденных иммунных функций описаны у рыб, морского леща и морского окуня [44].Как время воздействия на иммунокомпетентные клетки антигена [45,46], так и реакция на заражение иммунизированным организмом после введения антигена [45–49] показывают суточные колебания у людей и животных. Циркадный ритм в естественных клетках-киллерах, в Т- и В-клетках также был описан у многих животных [46,50].

Статистически значимый 24-часовой ритм также наблюдался в концентрации лизоцима во все три сезона: летом, зимой и весной. Пиковая концентрация лизоцима наблюдалась около полуночи во все три сезона.Пики концентрации лизоцима не претерпевают значительного сдвига фазы по сезонной шкале времени (рис. 3B), хотя пики весной (23,41 часа) и летом (22,13 часа) были немного раньше, чем в зимний (1,49 часа) сезон.

Статистически значимые 24-часовые ритмы наблюдались в пролиферации спленоцитов, индуцированной базальным и митогеном (Con A), во все три сезона: летом, зимой и весной (таблицы 1, 2, 3). Пики базального ритма пролиферации спленоцитов приходились зимой значительно раньше, чем весной и летом.Пик зимой приходился на раннее утро в 4.35 часа. Пик той же переменной был значительно раньше весной в поздний утренний час (11,47 ч), чем летом, когда пик появлялся ночью в 21,41 ч. Пики стимулированной Con A пролиферации спленоцитов также демонстрировали сопоставимую тенденцию, как и базальная пролиферация спленоцитов. Значительный фазовый сдвиг этой переменной наблюдался во всех трех сезонах с тенденцией к отложенному фазовому сдвигу от зимы к весне и от весны к лету.Пик митоген-индуцированной пролиферации спленоцитов зимой приходился на раннее утро (5,08 ч), весной в 11,47 ч, а летом пик отмечался ночью (21,32 ч). Однако в весенний сезон пики как базальных, так и стимулированных Con A10 ритмов пролиферации спленоцитов случайно появлялись в одно и то же время в поздние утренние часы (11,47 ч).

Сообщалось о

циркадных ритмах в индуцированных ФГА пролиферативных ответах циркулирующих лимфоцитов у людей [51] и клеток селезенки мышей [2].Сообщалось, что лимфатическая система млекопитающих демонстрирует циркадную временную структуру с фазовыми различиями в реактивности и пролиферации ее компонентов. Реакция клеток селезенки на митоген (PHA) изучалась in vitro, в 72-часовых культурах клеток, полученных в шести временных точках в течение 24 часов от мышей, поглощение ³ H-тимидина клетками селезенки в vitro , как было обнаружено, имеет циркадный характер, с ФГА в культуральной среде и без него.Циркадный ритм спонтанного включения ³ H-тимидина в ДНК иммунокомпетентных клеток млекопитающих предполагает циркадный ритм их пролиферативной активности. Ответ этих клеток на митоген, измеренный in vitro, через 72 часа после удаления клеток из организма, варьировался в зависимости от циркадной стадии, на которой клетки были собраны [2]. Это предполагает существование некоего механизма, который позволяет циркадным осцилляторам кодировать временную память в иммунокомпетентных клетках.Такая возможность была недавно исследована и продемонстрирована на золотом хомяке [52]. Поскольку иммунная система офидиан эволюционно старше иммунной системы млекопитающих, было бы интересно посмотреть на временную память в иммунокомпетентных клетках офид и других рептилий.

Несмотря на наблюдаемые 24-часовые ритмы в различных иммунных параметрах змеи, статистически значимые годовые ритмы наблюдались в семи из девяти протестированных переменных (Таблица 4; Рис. 2). Достоверные сезонные ритмы отсутствовали только в фагоцитарном индексе и спленосоматическом индексе (таблица 4).Карта годовых (= сезонных) пиков показывает, что снижение уровня NBT, высвобождение нитритов, фагоцитарный индекс, базальная / митогеновая (Con A) пролиферация спленоцитов и концентрация лизоцима демонстрируют впечатляющую внутреннюю синхронизацию; разброс пиков всех этих шести переменных перекрывался друг с другом и происходил в основном в период с июля по август, за исключением клеточности селезенки, пик которой приходился на ноябрь. Значимые сезонные ритмы были подтверждены ритмометрией Косинора и дополнены результатами двухфакторного дисперсионного анализа (таблица 5).Значения R ² (Таблица 5) убедительно свидетельствуют о том, что более высокий процент данных всех протестированных переменных, кроме индексов, значительно повлиял на наблюдаемую сезонность. Работ по сезонности иммунной системы рептилий очень мало [53–56], и меньше всего известно о змеях; поэтому сложно провести сравнительный учет сезонности иммунной системы у змей. Тесно синхронизированные сезонные ритмы, наблюдаемые в иммунных параметрах с узким разбросом пиков в июле-августе, могут быть связаны с прогрессированием и началом репродуктивной фазы у Natrix piscator .Репродуктивный цикл этой змеи описан в другом месте [57]. Вероятно, эта фаза важна для вида, чтобы гарантировать, что он эффективно противодействует всем антигенным инвазиям, чтобы иметь успешный репродуктивный результат.

Таким образом, из настоящего исследования очевидно, что змея, Natrix piscator , обладает хорошо скоординированным временным механизмом в своей иммунной системе. Он синхронизирует свою иммунную активность в зависимости от времени дня / сезона и, вероятно, в зависимости от ритмичности распространенности патогенов и проявлений заболеваний. Natrix piscator является сезонным селекционером, и наблюдаемая сезонность его иммунной функции, вероятно, обеспечивает благоприятный иммунный статус для подготовки и начала его ежегодной селекционной деятельности. Возможно, такая адаптация обеспечивается положительными экологическими факторами (температура, световой период и влажность) и достаточной доступностью пищи во время активной репродуктивной фазы. Повышение иммунной функции и ее своевременность могут помочь этому сезонному селекционеру справиться с сезонными стрессорами, которые в противном случае поставили бы под угрозу достижение успешного воспроизводства.

Благодарности

Первый автор признателен Совету по научным и промышленным исследованиям Индии за присуждение стипендий для младших и старших исследователей. Авторы благодарны д-ру Бабите Панде из Школы наук о жизни, Pt. Университет Равишанкара Шукла, Райпур, Индия, за статистический анализ данных.

Вклад авторов

Задумал и спроектировал эксперименты: MKT RS. Проведены эксперименты: МКТ РС. Проанализированы данные: МКТ РС АКП.Внесенные реактивы / материалы / инструменты анализа: MKT RS AKP. Написал бумагу: МКТ РС АКП.

Список литературы

1. 1.
   Scheving EL, Pauly JE, Tsai T (1968) Циркадные колебания в белке плазмы крысы. Am J Physiol 215: 1097–1101.
2. 2.
   Haus E, Lakatua D, Swoyer J, Sackett-Lundeen L (1983) Хронобиология в гематологии и иммунологии. Am J Anat 168: 467–517. pmid: 6364772
3. 3.
   Мауэр AM (1965) Суточные вариации пролиферативной активности в костном мозге человека.Кровь 26: 1–7. pmid: 14314397
4. 4.
   Кларк Р.Х., Корст Д.Р. (1969) Циркадная периодичность митотической активности костного мозга и количество ретикулоцитов у крыс и мышей. Наука 166: 236–237. pmid: 5809594
5. 5.
   Aardal NP, Laerum OD (1983) Циркадные вариации в костном мозге мышей. Exp Hematol 11: 792–801. pmid: 6641825
6. 6.
   Леви Ф., Канона С., Депрес-Бруммера П., Адам Р., Бурина П. и др. (1992) Ритмическая организация иммунной сети: значение для хронофармакологической доставки интерферонов, интерлейкинов и циклоспорина.Ad Drug Deliver Rev 9 (1): 85–112.
7. 7.
   Bureau JP, Labrecque G (1996) Ритмы, биологические методы, воспаление и противовоспалительные средства, нестероидные. Патол Биол 44: 610–617. pmid: 8977918
8. 8.
   van Werven T, Vander-Broek J, Noordhuizen-Stassen EN (1996) Изменение in vitro в течение дня и между днями при анализе хемотаксиса агарозы у крупного рогатого скота. Vet Immunopathol. 55: 83–91. pmid: ₀₈
9. 9.
   Berger J, Slapnickova M (2003) Циркадная структура фагоцитоза нейтрофилов крыс.Комп. Clin Pathol 12: 84–89.
10. 10.
    Сингх Т., Сингх Р. (2012) Циркадные вариации лейкоцитов периферической крови, первичных иммунных клеток, у садовой ящерицы, Calotis versicolor (Daudin) . Биоскан 7 (2): 211–214.
11. 11.
    Пати А.К., Таплиял JP (1984) Цирканное изменение времени циркадного ритма эозинофилов у змей. В кн .: Хронобиология. 1982–83, (Eds Haus E, Kabat HF ​​Basel: S Karger), стр. 25–30. pmid: 10462915
12. 12.
    Пати А.К. (1989) Цирканнальная модуляция циркадного мезора циркулирующих эозинофилов у офид.J Ravishankar Univ 2B: 18–22.
13. 13.
    Пати А.К., Прадхан Р.К., Патак В.К., Шайни С.К., Бисвас Дж. (1987) Циркадные ритмы у позвоночных, не являющихся млекопитающими. Биом 2: 58–69.
14. 14.
    Mondal S, Rai U (1999a) Половой диморфизм в фагоцитарной активности макрофагов селезенки стеновой ящерицы и его контроль с помощью половых стероидов. Gen Com Endocrinol 116: 291–298. pmid: 10562459
15. 15.
    Mondal S, Rai U (1999b) Дозозависимый эффект половых стероидов на фагоцитарную активность макрофагов селезенки ящерицы.3-й Международный симпозиум общества сравнительной эндокринологии Азии и Океании, Республика Корея, стр. 482–488.
16. 16.
    Keller JM, McClellan-Green PD, Lee AM, Arendt MD, Maire PP, et al. (2005) Митоген-индуцированная пролиферация лимфоцитов у морских черепах-логгерхедов: сравнение методов и влияния пола, концентрации тестостерона в плазме и состояния организма на иммунитет. Vet Immunol Immunopathol 103: 269–281. pmid: 15621312
17. 17.
    Jorens PG, Matthys KE, Bult H (1995) Модуляция активности синтазы оксида азота в макрофагах.Посредники Inflamm 4: 75–89. pmid: 18475620
18. 18.
    Ding AH, Nathan CF, Stuehr DJ (1988) Высвобождение реактивных промежуточных соединений азота и реактивных кислородных промежуточных соединений из перитонеальных макрофагов мыши: сравнение активирующих цитокинов и доказательства независимой продукции. J Immunol 141: 2407–2412. pmid: 3139757
19. 19.
    Берридж М.В., Херст П.М., Тан А.С. (2005) Тетразолиевые красители как инструменты в клеточной биологии: новые взгляды на их клеточное сокращение. Biotechnol Annu Rev 11: 127–152.pmid: 16216776
20. 20.
    Мосманн Т. (1983) Быстрый колориметрический анализ клеточного роста и выживаемости: применение для анализов пролиферации и цитотоксичности. J Immunol Methods 65: 55–63. pmid: 6606682
21. 21.
    Кори А.Х., Оуэн Т.С., Барлтроп Дж. А., Кори Дж. Г. (1991) Использование анализа водорастворимого тетразолия / формазана для анализов роста клеток в культуре. Cancer Commun 3: 207–212. pmid: 1867954
22. 22.
    Gieni RS, Li Y, Hay, Glass KT (1995) Сравнение включения [ ³ H] тимидина с биоанализами на основе MTT и MTS для анализа человеческого и мышиного IL-2 и IL-4.Анализы на тетразолий обеспечивают заметно повышенную чувствительность. J Immunol Methods 187: 85–93. pmid: 74
23. 23.
    Демерс NE, Bayne CJ (1997) Непосредственные эффекты стресса на гормоны и лизоцим плазмы у радужной форели. Dev Comp Immunol 21 (4): 363–373. pmid: 9303274
24. 24.
    Гупта С., Пати А.К. (1992) Методология анализа данных в хронобиологических исследованиях. J Parasitol Appl Anim Biol 1: 151–163.
25. 25.
    Nelson W, Tong YL, Lee JK, Halberg F (1979) Метод косинорной ритмометрии.Хронобиология 6: 305–323. pmid: 548245
26. 26.
    Melchart D, Martin P, Hallek M (1992) Циркадные вариации фагоцитарной активности полиморфно-ядерных лейкоцитов и различных других параметров у 13 здоровых взрослых мужчин. Хронобиол Int 9: 35–45. pmid: 1555260
27. 27.
    Szabo I, Kovat STG, Halberg F (1978) Циркадный ритм ретикулоэндотелиальной функции мышей. Хронобиология 5: 137–143. pmid: 679796
28. 28.
    Бергер Дж. (2004) Хроногематология.J App Biomed 2: 179–185.
29. 29.
    Hriscu ML (2004) Циркадная фагоцитарная активность нейтрофилов и ее модуляция светом. J Appl Biomed 2: 199–211.
30. 30.
    Hriscu ML (2005) Модуляторные факторы циркадной фагоцитарной активности. Ann NY Acad Sci 1057: 403–430. pmid: 16399910
31. 31.
    Baciu I, Olteanu A, Prodan T (1988) Изменения фагоцитарного биологического ритма за счет сокращения циркадного времени и влияния на гипоталамус. Int J Neurosci 41: 143–153.pmid: 3137183
32. 32.
    Hayashi M, Shimba S, Tezuka M (2007) Характеристика молекулярных часов в перитонеальных макрофагах мыши. Биол Фарм Булл 30: 621–626. pmid: 17409491
33. 33.
    Knyszynski A, Fischer H (1981) Циркадные колебания активности фагоцитарных клеток в крови, селезенке и брюшной полости мышей, измеренные с помощью индуцированной зимозаном хемилюминесценции. J Immunol 127: 2508–2511. pmid: 7299134
34. 34.
    Рой Б., Сингх Р., Кумар С., Рай У (2008) Суточные вариации фагоцитарной активности фагоцитов селезенки у пресноводных костистых рыб Channa punctatus : мелатонин и его сигнальный механизм.J Endocrinol 199: 471–480. pmid: 18824520
35. 35.
    Родригес А.Б., Марчена Дж. М., Ногалес Г., Дурам Дж., Баррига С. (1999) Корреляция между циркадным ритмом мелатонина, фагоцитозом и уровнями супероксид-анионов в гетерофилах кольцевой голубки. J Pineal Res 26: 35–42. pmid: 10102758
36. 36.
    Hriscu M, Saulea G, Ostriceanu S, Baciu I (2002–2003) Циркадная фагоцитарная активность у крыс при режимах свет-темнота и постоянный свет. Rom J Physiol 40: 17–26.
37. 37.Hriscu M, Saulea G, Vidrascu N, Baciu I (1998) Циркадный ритм фагоцитоза у мышей. Rom J Physiol 35: 319–323. pmid: 11061331
38. 38.
    Бонгранд П., Бувено Г., Бартолин Р. (1988) Существуют ли циркадные вариации полиморфно-ядерного фагоцитоза у человека? Хронобиол Int 5: 81–83. pmid: 3370719
39. 39.
    Леви Ф., Канон С, Блюм Дж. П., Мечкури М., Рейнберг А. и др. (1985) Циркадные и / или околоземные ритмы в девяти связанных с лимфоцитами переменных из периферической крови здоровых субъектов.J Immunol 134: 217–222. pmid: 3855259
40. 40.
    Пати А.К., Флорентин I, Чанг В., Де Соуза М., Леви Ф. и др. (1987) Циркулярный ритм активности естественных киллеров и митогенетическая реакция спленоцитов мышей. Клеточный иммунол 108 (1): 227–234. pmid: 3496974
41. 41.
    Фернандес G (1992) Хронобиология иммунных функций: клеточные и гуморальные аспекты. Стр. 493–503 в биологических ритмах в клинической и лабораторной медицине, Touitou Y., редактор; и Хаус Э., редактор, ред.Гейдельберг: Springer-Verlag.
42. 42.
    Хаус Э., Смоленский М.Х. (1999) Биологические ритмы в иммунной системе. Хронобиол Int 16 (5): 581–622. pmid: 10513884
43. 43.
    Brigagao MRPL, Colepicolo P (1998) Активация нейтрофилов ежедневно подавляется слюной. Biol Rhythm Res 29: 598–605.
44. 44.
    Эстебан М.А., Куэста А., Родригес А., Месегер Дж. (2006) Влияние фотопериода на врожденную иммунную систему рыб: связь между шишковидной железой рыбы и иммунной системой.J. Pineal Res 41: 261–266. pmid: 16948787
45. 45.
    Fernandes G, Yunis EJ, Halberg F (1977) Циркадный аспект иммунных ответов у мышей. In Chronobiology in Allergy and Immunology (McGovern JP, Smolensky MH, Reinberg A, Eds), стр. 233–249. Томас, Спрингфилд, Иллинойс.
46. 46.
    Fernandes G, Halberg G, Good APA (1980) Циркадный ритм в T, B и естественных клетках-киллерах. Последние достижения в хронобиологии аллергии и иммунологии. (Под ред. Смоленского М.Х.) С. 289–299.Пергамон Оксфорд / Нью-Йорк.
47. 47.
    Fernandes G, Halberg F, Yunis EJ, Good RA (1976) Циркадный ритмический бляшкообразующий клеточный ответ селезенки от мышей, иммунизированных SRBC. J Immunol 117: 962–966. pmid: 986413
48. 48.
    Ли П., Мюррей БЮ, Артур АМБ, Барри Е.К., Хью А.С. и др. (1977) Системная красная волчанка: обзор 110 случаев со ссылкой на нефрит, нервную систему, инфекции, асептический некроз и прогноз. Q J Med 46 (1): 1–32.
49. 49.Cove-Smith JR, Pownall R, Kabler TA, Knapp MS (1979) Циркадные вариации клеточно-опосредованного иммунного ответа у человека и их ответ на преднизолон. В: Reinberg A, Halberg F (ред.) Chronopharmacol Pergamon Oxford, стр. 369–374.
50. 50.
    Abo T, Kawate T, Itoh K, Kumagai K (1981) Исследования биопериодичности иммунного ответа, I. Циркадные ритмы движения Т-, В- и К-клеток человека в периферической крови. J Immunol 126: 1360–1363. pmid: 6970770
51. 51.Эскола Дж., Фрей Х., Молнар Г., Сппи Э. (1976) Биологический ритм клеточного иммунитета у человека. Clin Exp Immunol 26: 253–257. pmid: 1033049
52. 52.
    Ralph MR, Sam K, Rawashdeh OA, Cain SW, Ko CH (2013) Память на время суток (временная память) кодируется циркадным осциллятором и отличается от других контекстных воспоминаний. Хронобиол Int 30 (4): 540–547. pmid: 23428333
53. 53.
    Хусейн М.Ф., Бадир Н., Эль-Риди Р., Акеф М. (1978) Дифференциальный эффект сезонных колебаний на лимфоидную ткань ящерицы, Chalcides ocellatus .Dev Comp Immunol. 2, 297–310. pmid: 680304
54. 54.
    Munoz FJ, Galvan A, Lerma M, De la Fuente M (2000) Сезонные изменения функций лейкоцитов периферической крови черепах Mauremys caspica и их взаимосвязь с уровнями кортикостерона, 17-бета-эстрадиола и тестостерона в сыворотке. Vet Immunol Immunopathol. 77: 27–42. pmid: 11068064
55. 55.
    Munoz FJ, De la Fuente M (2001) Иммунный ответ клеток тимуса черепахи Mauremys caspica .J. Comp Physiol B. 171 (3): 195–200. pmid: 11352102
56. 56.
    Шериф М., Эль-Ридия Р. (1992) Активность природных цитотоксических клеток у змеи Psammophis sibilans . Иммунобиол. 184 (4–5): 348–358.
57. 57.
    Haldar C, Pandey R (1989) Влияние пинеалэктомии на годовой цикл яичек индийской клетчатой ​​водяной змеи, Natrix piscator . Gen Comp Endocrinol. 76 (2): 214–222. pmid: 2591715

Сезонный цикл человека.Есть ли у людей сезонные биологические… | Николас Джентри

Вся известная нам многоклеточная жизнь имеет циркадные ритмы — колебания биологической активности, которые повторяются каждые 24 часа. Соответственно, наклон Земли побудил у многих видов эволюцию годовых ритмов, следующих за временами года. Некоторые животные мигрируют, другие впадают в спячку или брачные сезоны, а растения циклически изменяют свои листья в течение года. Но, несмотря на наше наследие от длинной линии млекопитающих, которые демонстрируют такие сезонные закономерности, они заметно отсутствуют у людей.Хотя верно, что приматы, от которых мы произошли, эволюционировали в регионах около экватора, где климат относительно устойчив круглый год, сотни миллионов лет предшествующей эволюции — это много, что нужно стереть. Есть ли у людей сезонные ритмы?

Как и следовало ожидать, исследовать черты характера, меняющиеся в зависимости от времени года, очень сложно. В эпоху электрического освещения и отопления помещений сигналы, которые дают сезонные изменения продолжительности дня и температуры, часто замаскированы. Даже в этом случае, скрытые за шумными данными, ученые действительно нашли доказательства того, что людям присущи некоторые следы сезонности.

Самым известным сезонным признаком человека является сезонное аффективное расстройство (САР). Как и другие психические расстройства, это проявление, вероятно, разнится: многие люди в той или иной степени подвержены сезонным изменениям, но лишь немногие достигают степени тяжести, которая может быть диагностирована как клиническое расстройство. Многие, вероятно, заметили изменения в своем настроении в зависимости от сезона и небрежно списали это на САД. Но есть намеки на то, что другие проблемы со здоровьем следуют аналогичной схеме; например, от эпилепсии до сердечно-сосудистых заболеваний, начало и степень тяжести которых, кажется, немного усиливаются зимой.В отличие от SAD, мы не можем легко связать эти заболевания с изменением продолжительности светового дня. Но данные неизменно указывают на тенденцию в несколько процентов и все указывает в одном направлении, указывая на то, что эти закономерности могут быть верхушкой айсберга и отражать более фундаментальные изменения в нашем организме.

Дальнейшие разгадки могут быть связаны с одним из немногих других хорошо установленных сезонных компонентов биологии человека: иммунной системой. Иммунная система, как правило, более активна в зимние месяцы, что приводит к более чувствительным и выраженным воспалительным реакциям.В результате в это время часто обостряются аутоиммунные заболевания, такие как артрит. Также, похоже, существует двунаправленная взаимосвязь между определенными воспалительными маркерами и настроением, потенциально создающая связь с САР и другими психическими расстройствами. Но здесь мы сталкиваемся с проблемой курицы и яйца, которая заключается в том, вызывают ли врожденные колебания активности иммунной системы увеличение частоты вспышек заболеваний, или внешние воздействия вызывают больше болезней и, следовательно, более активную иммунную систему.В биологии наиболее точный ответ на подобные вопросы о причинно-следственной связи, как правило, представляет собой сочетание того и другого, в связи с чем возникает вопрос: есть ли у людей врожденная сезонная ритмичность или они просто реагируют на окружающую среду с ее помощью? Если вы уберете животное из-под воздействия окружающей среды, например света, оно продолжит демонстрировать циркадный ритм поведения. Это означает, что циркадные ритмы являются эндогенными: происходят от самого организма. Теоретически сезонная ритмичность также может быть эндогенной.Чтобы изучить это, поскольку мы не можем изолировать человека в течение всего года, нам нужно взглянуть на еще более базовые биологические процессы — экспрессию генов.

Поскольку наш организм нуждается в различных белках, гены, кодирующие их, при необходимости «включаются» или «выключаются» в ядре каждой клетки. Исследователи могут сделать снимок того, какой набор генов «экспрессируется», чтобы получить картину реакции организма на определенные условия, такие как упражнения или проникновение патогена. Именно с помощью этих изображений мы обнаружили, сколько человеческих генов экспрессируется спонтанно и регулярно в течение 24 часов.Но недавно исследователи обнаружили, что многие из этих генов также могут колебаться ежегодно.

Одно комплексное исследование с использованием образцов со всего мира показало, что иммуномодулирующие гены циклично изменяются в течение года в соответствии с наблюдениями за сезонностью заболеваний; больше риск воспалительных заболеваний зимой, меньше летом. Но поразительно, что у жителей Гамбии такой закономерности не наблюдалось. Напротив, пик их воспалительного иммунного профиля пришелся на лето.Авторы предполагают, что это может быть связано с сезоном дождей в Гамбии в летние месяцы, когда тропические болезни, такие как малярия, оказывающие сильное селективное влияние, более распространены.

Это говорит нам о том, что сезонные ритмы, обнаруживаемые у людей, не обязательно связаны с изменениями продолжительности дня или температуры, поскольку Гамбия находится недалеко от экватора. Сезонный паттерн человека, по-видимому, представляет собой гибкий модуль, который настраивается на среду, в которой он находится, полагаясь на любые сигналы, преобладающие вокруг него.Однако даже эта информация не сообщает нам, закодированы ли эти ритмы в нашем геноме, поскольку они могут быть просто вызваны реакцией нашего организма на нагрузку патогенов окружающей среды.

Чтобы ответить на такие сложные вопросы, биологи часто используют нарушение процесса как окно в его нормальное функционирование. Иногда мы можем нарушить что-то экспериментальным путем, контролируемым образом, и узнать конкретные вещи о системе по результатам. У людей, где мы не можем использовать такие средства контроля, мы должны обратиться к нарушениям — естественным возмущениям гомеостатической системы человека.Деменция — один из примеров такой нарушенной системы. Среди прочего, пациенты с деменцией демонстрируют глубокое нарушение циркадной системы по мере прогрессирования болезни — это одна из причин, по которой у них такой неустойчивый режим сна.

Используя образцы мозга умерших пациентов с болезнью Альцгеймера, исследователи измерили данные об экспрессии генов в течение года и в разное время суток. Они обнаружили, что пациенты с болезнью Альцгеймера демонстрируют рассогласование своих циркадных ритмов, о чем сообщалось ранее.Но они также обнаружили, что их сезонные ритмы вели себя аналогичным образом — было небольшое смещение сезонных ритмов экспрессии генов у пациентов с деменцией по сравнению со здоровыми людьми. Если бы сезонность у людей была полностью обусловлена ​​патогенами в окружающей среде, то мы не ожидали бы такого сдвига в ритмах этих пациентов с болезнью Альцгеймера, поскольку они контактировали с той же общей средой, что и здоровые люди из контрольной группы. Хотя возможно, что нарушенный мозг пациентов с болезнью Альцгеймера просто неверно регистрирует эти экологические сигналы, поразительно похожее поведение сезонных и циркадных ритмов и его постоянство в одном направлении подразумевают, что первые могут быть в некоторой степени эндогенными.

Конечно, даже если люди действительно проявляют эндогенный сезонный ритм, на него сильно влияет окружающий мир. Биология — не замкнутая система, и почти все, что происходит в организме, происходит благодаря взаимодействию между генетическим кодированием и сигналами окружающей среды. Возможно, сезонные часы устанавливаются с помощью сигналов, считываемых иммунной системой на ранних этапах развития. Или система настраивается и изменяется на протяжении всей жизни в зависимости от текущей среды человека (интересным побочным продуктом этой модели будет сезонный «сменный час», если организм не может менять ритмы в течение одного годового цикла).Независимо от точного механизма, человеческому телу кажется, что у него есть своего рода ежегодный хронометрист, который беззвучно тикает, чтобы мы шли в ногу с ритмами природы. Если вы удалите человека из окружающих сигналов, возможно, он все равно сможет сказать вам, когда приближается зима.

Изменение циркадных часов в зависимости от времен года

Резюме

Новое исследование показало, что заставляет внутренние часы животных идти вовремя долгими зимними ночами и долгими летними днями.

Новое исследование показало, что позволяет внутренним часам животных идти вовремя долгими зимними ночами, долгими летними днями и всем, что между ними. Исследование, опубликованное в выпуске Cell , от 6 апреля 2007 года, показывает, что определенная сеть клеток мозга является ключом к синхронизации циркадных часов с сигналами окружающей среды и демонстрирует удивительную степень гибкости внутри системы.

Исследователь из Медицинского института Говарда Хьюза Майкл Росбаш, который руководил исследованием, говорит, что результаты, полученные в результате работы с плодовой мушкой Drosophila , имеют широкое значение для понимания того, как врожденное поведение, такое как спаривание, миграция и гибернация, стимулируется сигналами окружающей среды. .Дэн Стулеру, ведущий автор статьи Cell и научный сотрудник лаборатории Росбаша в Университете Брандейса, добавляет, что исследование раскрывает понимание возможных причин сезонной депрессии, а также других форм расстройств настроения, которые поддаются световой терапии.

Понятие пластичности или приспособляемости может также объяснить, почему эндогенный период животных, включая человека, почти никогда не бывает ровно 24 часа. Жестко фиксированный период может быть несовместим с размещением переменных фотопериодов.

Росбаш Михаил

«Главный вывод из этой статьи состоит в том, что именно сеть мозга придает циркадным часам такую ​​большую пластичность. Это позволяет животному адаптироваться к изменениям окружающей среды, которые включают сезонность, но могут включать и другие менее предсказуемые события. Мы ожидаем, что подобное явление имеет место и у млекопитающих, в том числе у человека », — сказал Росбаш.

Циркадные часы у живых существ обычно работают по временному циклу, который варьируется от 22 до 26 часов в искусственно постоянной среде.Связи с круговоротом света и тьмы внешнего мира делают этот цикл 24-часовым. Циркадные часы человека говорят нам, когда нужно спать и просыпаться, и контролируют важные физиологические процессы, включая гормоны, температуру тела, работу сердца и потребление кислорода. У плодовой мухи циркадная функция, по-видимому, важна для регулирования периодов активности, аналогично циклу сна и бодрствования человека. У плодовых мушек есть два характерных пика активности, один утром, а другой ранним вечером, и каждый из них генетически контролируется отдельной группой циркадных клеток мозга.

Росбаш — лидер в области циркадных исследований. В течение последних 25 лет он определял механизм, лежащий в основе почти универсального паттерна циркадных ритмов у насекомых, животных и людей. Он использует инструменты генетики Drosophila , чтобы понять, как тикают циркадные часы и какие главные нейронные цепи лежат в основе моделей циркадной активности.

Последние несколько лет команда Росбаша сосредоточила внимание на этих двух группах нейронов, известных как «утренние клетки» и «вечерние клетки».Исследования, проведенные Стулеру, показали, что эти две группы клеток составляют главную сеть и представляют собой систему двойного контроля над циркадными часами. В текущем исследовании Стулеру изменил экспрессию генов в отдельных центрах этой цепи и наблюдал паттерны активности мух в условиях полного света, полной темноты и различных комбинаций периодов света и темноты. Примечательно, что он обнаружил, что ген под названием shaggy, , чей человеческий эквивалент GSK-3 является мишенью литиевой терапии тяжелых аффективных расстройств, имеет решающее значение для передачи информации об изменении света в часовой механизм.

Управляя циркадными часами своих плодовых мушек, Стулеру говорит, что он обнаружил интригующую взаимосвязь между утренними и вечерними клетками. Вместо того, чтобы одна группа ячеек была главным устройством управления часами, как предполагали ученые, две группы ячеек по очереди выступали в роли хозяина и подчиненного. В частности, утренние клетки становятся хозяевами в темноте и рабами днем, в то время как вечерние клетки становятся рабами ночью и хозяевами днем.

По словам Стулеру, каждый день работа вечерних камер — регистрировать наступление темноты, а в утренних камерах — приходить на первый свет.Поскольку дни укорачиваются с приходом зимы, циркадная сеть отвечает биохимически, отмечая это изменение. Затем он ожидает более короткий период солнечного света и более длительный период темноты в следующие 24 часа. По словам Стулеру, то же самое происходит, когда дни становятся длиннее, а ночи короче. Таким образом, часы синхронизируются ежедневно, чтобы отмечать времена года и почти мгновенно реагировать на изменения в окружающей среде.

Так что же происходит у людей, когда что-то мешает синхронизации циркадных часов с сезонными изменениями или когда что-то просто нарушает синхронизацию часов с внешним миром?

«Существует вероятная связь между депрессией и циркадным ритмом», — сказал Столеру.«При наихудшем виде сезонного аффективного расстройства литий используется в качестве терапии. Литий является стабилизатором настроения и действует, подавляя gsk3 , также известный как shaggy , ген, которым я манипулировал в этом исследовании », — говорит Столеру. «Один из выводов исследования заключается в том, что GSK3 является частью пути фотоувлечения, соединяющего часы со световой средой. Последняя часть головоломки заключается в следующем: одним из эффективных способов лечения сезонных — и даже несезонных — аффективных расстройств является воздействие определенных доз интенсивного света (иногда в сочетании с недосыпанием).В статье эта взаимосвязь не исследуется в явном виде, поскольку это вовсе не было нашей целью. Но присутствие всех факторов в этом сочетании поразительно, и это может объяснить, почему фототерапия работает ».

«Понятие пластичности или приспособляемости может также объяснить, почему эндогенный период животных, включая человека, почти никогда не бывает ровно 24 часа», — сказал Росбаш. «Жестко фиксированный период может быть несовместим с учетом переменных фотопериодов — 24 часа приходят только с увлечением, привязкой циркадных часов к точному 24-часовому циклу свет-темнота.”

Найдите свои сезонные ритмы для стабильной работы и счастья

Совершенство — это миф. В современной работе проблема часто заключается в том, что мы чувствуем, что нам нужно делать, но в то же время мы чувствуем себя подавленными из-за всего того, что мы должны делать. Вместо того, чтобы постоянно стремиться к совершенству, мы должны использовать сезонный подход и смотреть на жизнь по фазам и ритмам.

Мы все время от времени переживаем лихорадочные времена.Особенно в начале каждого квартала и в начале каждого года бывает очень много дел. В течение этих ожидаемых напряженных сезонов неожиданные события могут еще больше потребовать нашего немедленного внимания и времени. Обычные повседневные операции, смешанные с возможными изменениями и инициативами трансформации, могут удвоить наши усилия, но не удвоить наше время. Иногда наша личная жизнь требует от нас большего, чем обычно.

Люди склонны к плотному расписанию и оптимистичному мышлению.Без какой-либо подготовки или планирования на период суеты это может привести к негативному стрессу и вредным привычкам. Возможно, вам знаком этот сценарий: вы усвоили несколько полезных здоровых привычек, но не можете их применять из-за напряженного периода времени. Это может еще больше разочаровать вас и лишить вас возможности сосредоточиться на здоровых долгосрочных изменениях.

Чтобы избежать этого негативного цикла, очень важно понимать концепцию жизненных ритмов и то, как они связаны с изменением поведения. В Hintsa мы делим жизненные ритмы на дневные, недельные и сезонные.Более длинные сезонные ритмы затем можно разделить на четыре различных фазы: нормальное время, время миссии, время восстановления и время обновления.

Обычное время

Большую часть времени мы переживаем так называемое нормальное время. Это когда жизнь продолжается, как всегда. В это время нормальной жизни старайтесь улучшать свое целостное благополучие по одной привычке за раз или сохранять все те замечательные привычки, которые вы уже усвоили. Вы можете попытаться достичь 150 минут физической активности в неделю, 7 часов сна в сутки, регулярно обедать всей семьей или ежедневно проводить время в свободное от работы время.Это хорошее время, чтобы помнить не только о своих потребностях, но и о потребностях самых близких вам людей.

Время полета

Время миссии — необычное время, когда вам нужно использовать свой «турбомотор», чтобы производить больше и быстрее. У вас может быть большой дедлайн, или командировка, или какая-то проблема, с которой нужно справиться.

В это время вам обычно нужно уделять приоритетное внимание одной части жизни (обычно работе), и вы не сможете придерживаться здоровых привычек во всех областях.У вас может не хватить времени для всех хороших привычек, и вам, возможно, придется пойти на компромисс, например, физическая активность. Имейте в виду, что даже в это беспокойное время вам все равно нужно поддерживать базовый уровень восстановления, чтобы иметь возможность выполнять упражнения.

Вы не можете вечно работать во время миссии, но можете на некоторое время довести себя до предела. У каждого человека может быть свой порог продолжительности. Когда вы переходите из времени миссии обратно в нормальное время, вы также должны вернуться к своим лучшим привычкам.Это решающий момент, когда многие не вернутся к этим здоровым привычкам и считают себя неудачниками.

Время восстановления

Более длительное время восстановления — это период, например, одна неделя, чтобы сделать паузу и полностью восстановиться после действительно трудоемкой миссии. В обычное время вы должны достаточно отдыхать в течение недели, чтобы не накапливать недосыпание и хронический стресс. Но после очень напряженного и стрессового периода ваше тело и разум, а иногда и ваши самые близкие отношения нуждаются в правильном выздоровлении.Для этого может быть недостаточно одних выходных.

Время восстановления имеет решающее значение. Длительные периоды физической и умственной перегрузки без уравновешивающего времени восстановления приведут к физическому, когнитивному и / или эмоциональному выгоранию. И после этого возвращение к состоянию миссии или даже к нормальному состоянию может занять очень много времени.

Если вы периодически вкладываете средства в восстановление, у вас будет больше ресурсов в резервуаре, из которого вы сможете черпать поддержку в течение того времени миссии, когда большая часть этого нормального поведения для благополучия может быть выброшена из окна.

Срок обновления

Время обновления относится к времени, чтобы отразить прошлое и будущее и обновить себя, например, узнавать что-то новое, развивать себя физически или умственно, строить новые социальные отношения или обновлять уже существующие. Это хорошее время, чтобы попытаться быть немного ближе к идеалу. Вы можете тренироваться немного больше, чем обычно, или действительно сосредоточиться на циклах сна. Или вы можете изучить и развить новые навыки, например игра на музыкальном инструменте или участие в программе развития.

Планируйте свои ритмы

Важно понимать эти разные сезонные фазы. Они являются ключевым элементом в достижении устойчивой производительности и счастья. Многие люди отказываются от недавно усвоенных здоровых привычек, когда у них наступает время миссии, и разочаровываются из-за того, что не могут их поддерживать. Это может даже помешать им снова попробовать эти полезные привычки.

Но вместо того, чтобы думать, что вы должны все время быть совершенным, или чувствовать разочарование и думать, что это слишком сложно, вы должны реалистично оценивать свои жизненные ритмы и понимать, что разные фазы приходят и уходят, и вам нужно соответственно корректировать свое поведение.Это называется контролируемой гибкостью.

Постарайтесь распознать, когда у вас есть фазы миссии, и планируйте заранее, когда сможете. Сосредоточьтесь на поддержании восстановления во время миссии и продолжайте придерживаться других здоровых привычек, возвращаясь к обычному времени. Не забывайте периодически делать паузы, чтобы прийти в себя, и делать паузы, чтобы поразмыслить и обновить себя.

Я призываю вас использовать этот реалистичный подход как часть вашего целостного управления жизнью. Не позволяйте совершенному быть врагом достаточно хорошему .Найдите время, чтобы подумать. Когда у вас сезон миссий? Вы запланировали достаточно времени для восстановления? Какие привычки вы хотите усвоить или сохранить?

Хотите узнать больше о наших коучинговых услугах? Оставьте свои контактные данные ниже, и мы свяжемся с вами.

.