ГЛАВА 7. ХРОНОБИОЛОГИЯ

Хронобиология (от хроно... и биология), биоритмология - раздел биологии, изучающий условия возникновения, природу, закономерности и значение биологических ритмов (БР). Биологическим ритмом называют равномерное чередование во времени различных состояний организма, биологических процессов или явлений. Биоритм – это самоподдерживающийся автономный процесс.

Хронобиология исследует ритмические процессы на различных уровнях организации живого: бесклеточные системы, клетка, одноклеточные организмы, культуры клеток и тканей, многоклеточные животные и растения, популяции организмов. Как область биологии Хронобиология выявляет законы осуществления периодически повторяющихся биологических процессов и поведения различных биологических систем во времени; она тесно связана с физиологией, биохимией, биофизикой, экологией и другими естественными науками. БР широко распространены в живой природе, имеют эндогенное происхождение и зависят от ритмических изменений во внешней среде (фото-, термо-, баропериодичность, колебания электромагнитного поля Земли и др.). Взаимодействие БР друг с другом и с периодически изменяющимися условиями среды формирует временную организацию биологических систем, лежит в основе адаптации организмов и обеспечивает единство живой и неживой природы. БР независимо от длины периода и частоты их колебаний (суточные, лунные, сезонные, годичные и др.) отражают процессы регуляции функций организмов.

Идеи о ритмичном характере процессов в природе и в организме человека выдвигались в трудах античных философов (Гераклит, Платон, Аристотель и др.), в средние века и эпоху Возрождения (Ф. Бэкон, Т. Браге, И. Кеплер и др.). Первое научное наблюдение БР сделал французский астроном Ж. Ж. де Меран (1729), обнаруживший суточную периодичность движения листьев у растений. Исследуя особенности солнечного света, Жан Жак де Меран в качестве приемника солнечных лучей использовал куст бобов. Поместив его в темный подвал, он с удивлением отметил движение листьев, соответствующее периодам сна и бодрствования. Однако он не придал этому должного значения, считая такой результат побочным выходом своих многочисленных исследований. Это явление затем изучал Ч. Дарвин (1880) и ряд ботаников XIX в.

Часы бывают разные: солнечные, водяные, механические, электронные, башенные..., а еще есть цветочные часы. Первые цветочные часы были известны еще в Древней Греции и в Древнем Риме. Растения - цветы высаживались на клумбах и использовались в качестве своеобразных часов. Многие цветы раскрываются и закрываются в одно и тоже время дня. Эта особенность помогает им защищать пыльцу от дождя и холода, а также открываться именно тогда, когда различные существа прилетают к цветкам.

В 1755 году знаменитый шведский естествоиспытатель Карл Линней использовал этот феномен. Этот выдающийся ученый написал научный трактат «Somnus plantarum», что в переводе означает «Сон растений». Карл Линней всю свою жизнь посвятил систематизации растений. Много лет наблюдал за растениями и обратил внимание на то, что растения можно сгруппировать по особому признаку - времени раскрытия и закрытия цветков, хотя в ночное время цветы закрыты, а с восходом солнца они открывают свои венчики. Карл Линней посадил в своем саду цветочные часы (рис. 35). На круглой клумбе он расположил растения в соответствии с временем. На этой цветочной клумбе росли цикорий и шиповник, одуванчик и картофель, ноготки и многие другие. Карл Линней мог определить время, увидев, какие цветки раскрыты. Даже при пасмурной погоде можно было точно определить время, если нет при себе часов.

Они начинали функционировать с 3-5 ч утра, когда раскрывались соцветия козлобородника (Trapogon pratensis), и заканчивали в 12 ч ночи, когда раскрывались цветки кактуса «царица ночи» (Celenicereus grandiflorus).

Не менее выражен рефлекс на время у птиц. Кому приходилось ночевать в лесу, в поле, на берегу реки, тот мог наблюдать за пробуждением птиц. Еще с вечера из ближайшей деревни доносятся голоса петухов – это полночь, затем петухи повторяют свой крик где-то около двух часов – еще задолго до зари. Прислушайтесь к ночи, и вы можете стать свидетелем пения соловья. Затем оживляется жаворонок, а с первыми проблесками света подают голоса перепел, кукушка, иволга [Ягодинский, 1985].

В XIX в. БР были зарегистрированы также у животных и человека. В 20-х гг. XX в. были проведены первые работы по фотопериодизму у животных как беспозвоночных, так и позвоночных. В изучение БР значительный вклад внесли русские и советские учёные. Над проблемой восприятия времени животными и человеком работали И. М. Сеченов, И. П. Павлов, В. М. Бехтерев. Н. Е. Введенский и А. А. Ухтомский, которые дали научное объяснение закономерностям ритмических воздействий на клетку и явлению «усвоения» клеткой внешнего ритма. В. И. Вернадский впервые рассмотрел биосферу как систему, организованную не только в пространстве, но и во времени.

Рис. 35. Цветочные часы Карла Линнея

Исключительно крупный вклад в хронобиологию внес российский ученый А.Л.Чижевский. Проведенный им анализ общей смертности в Российской империи с 1800 по 1900 год и по Санкт-Петербургу с 1764 по 1900 г. позволил выявить столетнюю цикличность смертности, названную им «вековым ходом». В дальнейшем А.Л.Чижевский связал проходящие на Земле циклические процессы с солнечной активностью. Международный конгресс по биологической физике и биологической космологии, состоявшийся в 1939 г. в Нью-Йорке, оценивая работы А.Л.Чижевского, охарактеризовал его как создателя новых наук - космобиологии и биоорганоритмологии, подчеркнув тем самым неразрывную связь между ними. А.Л.Чижевский показал, что почти все органы функционируют строго ритмически, причем одни ритмы находятся в зависимости от физико-химических процессов, а другие - от факторов внешней среды (важнейшим из которых он считал космическое излучение). Кроме того, по мнению А.Л.Чижевского есть группа независимых (врожденных) ритмов [Чижевский, 1976].

Установление закономерностей временного течения биологических процессов имеет большое практическое значение. Например, учение о фотопериодизме важно для сельского хозяйства; медицина использует данные хронобиологии при диагностике и лечении некоторых заболеваний. К наиболее актуальным проблемам хронобиологии относятся: изучение природы и механизма различных БР, влияние на них внешних факторов, значение БР в приспособлении организма к окружающей среде, роль БР в трудовой деятельности человека и в развитии у него заболеваний, в решении задач космической биологии и медицины.

Элементарные живые структуры могли быть жизнеспособными только при возникновении у них динамически устойчивой временной организации, способной адаптироваться к ритмическим изменениям внешней среды. Возникшая временная структура живого организма, имея широкий диапазон реакций, могла противостоять также и влиянию апериодических изменений факторов внешней среды, которые, в свою очередь, способствовали поддержанию системы в активном состоянии.

Ритмические воздействия внешней среды являются главными стимуляторами биоритмов организма, играющими важнейшую роль в их формировании на ранних этапах онтогенеза и определяющими уровень их интенсивности в течение всей последующей жизни. Собственные эндогенные биоритмы организма – это фон, на котором развертывается картина жизнедеятельности и который не обеспечивает последней, если она непрерывно не активируется импульсами из окружающей среды. Последние, таким образом, являются теми силами, которые заводят биологические часы и определяют интенсивность их хода.

В настоящее время признанно, что наиболее мощным фактором, формирующим биологическую ритмичность, было собственное вращение Земли с сопутствующим ритмом изменений освещенности и температуры.

В целом диапазон биологических ритмов весьма широк: ультрадианные ритмы с периодом меньше 20 ч, циркадианные - с периодом 24±0,4 ч и инфрадианные - с периодом больше 28 ч. Наиболее распространена классификация биоритмов по Ф. Халбергу (1964), по частотам колебаний, то есть по величине, обратной длине периодов ритмов (табл. 29). Биологи́ческие ри́тмы - (биоритмы) периодически повторяющиеся изменения характера и интенсивности биологических процессов и явлений. Они свойственны живой материи на всех уровнях ее организации - от молекулярных и субклеточных до биосферы. Являются фундаментальным процессом в живой природе. Одни биологические ритмы относительно самостоятельны (например, частота сокращений сердца, дыхания), другие связаны с приспособлением организмов к геофизическим циклам - суточным (например, колебания интенсивности деления клеток, обмена веществ, двигательной активности животных), приливным (например, открывание и закрывание раковин у морских моллюсков, связанные с уровнем морских приливов), годичным (изменение численности и активности животных, роста и развития растений и др.).

Таблица 29

Классификация биоритмов по Ф.Халбергу

Инфрадианные ритмы - ритмы длительностью больше суток. Примеры: впадение в зимнюю спячку (животные), менструальные циклы у женщин.

Существует тесная зависимость между фазой солнечного цикла и антропометрическими данными молодежи. Акселерация весьма подвержена солнечному циклу: тенденция к повышению модулируется волнами, синхронными с периодом «переполюсовки» магнитного поля Солнца (а это удвоенный 11-летний цикл, то есть 22 года). В деятельности Солнца выявлены и более длительные периоды, охватывающие несколько столетий. Важное практическое значение имеет также исследование других многодневных (околомесячных, годовых и пр.) ритмов, датчиком времени для которых являются такие периодические изменения в природе, как смена сезонов, лунные циклы и др.

Сезонные или годичные ритмы, связанные с вращением Земли вокруг Солнца, в значительной степени определяются изменениями длины светового дня (фотопериодизм). Помимо этого, большое значение имеют сезонные колебания темпера­туры, влажности, электрические и магнитные возмущения, изменение состава окружающей среды и характера пищи. Се­зонные ритмы наблюдаются у всех организмов, во всех широ­тах и географических зонах, выражаются в явлениях мигра­ции, зимней и летней спячки, в других стереотипах поведения (строительство нор, гнезд). По данным разных авторов, у че­ловека происходят такие сезонные вариации биохимических и физиологических функций, как увеличение в зимний период содержания белка в сыворотке крови; возрастание у детей с февраля по июль усвоения фосфора и кальция и непрерывное снижение его с августа по январь независимо от количества этих веществ в продуктах питания; повышение холестерина в зимне-весенний период в крови здоровых людей; снижение уровня артериального давления в осенне-зимний период, ускоренное заживление ран весной; ускорение роста детей весной и летом и прибавление их массы в середине осени и зимы; возрастание уровня гемоглобина в декабре-январе; увеличение содержания кортикостероидов в моче в холодный период года и снижение их количества летом; усиленное выделение кальция у эскимосов в зимний период (в 8-10 раз), приводящее к так называемой «арктической истерии»; зако­номерные колебания психических функций и эмоционального состояния и др.

Арктическая истерия - особое состояние психики, граничащее с нервным заболеванием и проявляющееся в диком пении, крике, страсти к темноте, внезапных переходах от абсолютной инертности к яростному исступлению. Арктическая истерия распространена у северных народов, часто интерпретируется как одержимость духами и является одним из признаков, по которым определяют будущего шамана. Если подобное состояние повторяется под действием таких возбудителей, как пение, битье в бубен, пляска, призвание шамана считается подтвердившимся, поскольку непроизвольное общение с духами сменилось искусственно контролируемым, и не духи овладели человеком, но человек обрел сверхъестественную способность вступать с ними в прямой контакт.

Центральное место среди ритмических процессов занимает циркадианный ритм (ЦР), имеющий наибольшее значение для организма. Понятие циркадианного (околосуточного) ритма ввел в 1959 г. Халберг. Он является видоизменением суточного ритма с периодом 24 ч, протекает в константных условиях и принадлежит к свободно текущим ритмам. Это ритмы с не навязанным внешними условиями периодом. Они врожденные, эндогенные, то есть обусловлены свойствами самого организма. Период циркадианных ритмов длится у растений 23-28 ч, у животных 23-25 ч.

В 1962 г. немецкий физиолог Юрген Ашофф провёл исследования на своих сыновьях в подземном свето- и звуконепроницаемом бункере. Испытуемым разрешалось включать и выключать свет согласно их внутреннему ритму. Ашофф записывал циклы сна-бодрствования, температуру тела, объём мочи и другие физиологические и поведенческие показатели. Опыты Ашоффа доказали: существует «встроенный хронометр», позволяющий нам просыпаться без будильника, падающих на лицо лучей солнца или бодрящего аромата сваренного кофе.

Из эксперимента Ашоффа был сделан ещё один очень важный вывод: внутреннее время человека идёт медленнее реального - оно запаздывает примерно на час. Такой врождённый ритм называется циркадным (лат. сirca dies - около суток). Внутренние циркадные ритмы растений составляют 23–28 ч, а животных – 23-25 ч. Под воздействием светового дня циркадные ритмы превращаются в 24-часовые суточные циклы. Циркадные ритмы обнаружены у всех представителей животного царства и на всех уровнях организации.

Поскольку организмы обычно находятся в среде с циклическими изменениями ее условий, то ритмы организмов затягиваются этими изменениями и становятся суточными. Циркадианные ритмы обнаружены у всех представителей животного царства и на всех уровнях организации. В опытах на животных установлено наличие ЦР двигательной активности, температуры тела и кожи, частоты пульса и дыхания, кровяного давления и диуреза. Суточным колебаниям оказались подвержены содержания различных веществ в тканях и органах, например, глюкозы, натрия и калия в крови, плазмы и сыворотки в крови, гормонов роста и др. По существу, в околосуточном ритме колеблются все показатели эндокринные и гематологические, показатели нервной, мышечной, сердечно-сосудистой, дыхательной и пищеварительной систем. В этом ритме содержание и активность десятков веществ в различных тканях и органах тела, в крови, моче, поте, слюне, интенсивность обменных процессов, энергетическое и пластическое обеспечение клеток, тканей и органов. Этому же циркадианному ритму подчинены чувствительность организма к разнообразным факторам внешней среды и переносимость функциональных нагрузок. У человека выявлено около 500 функций и процессов, имеющих циркадианную ритмику.

Биоритмы подразделяются на физиологические и экологические. Физиологические ритмы, как правило, имеют периоды от долей секунды до нескольких минут. Это, например, ритмы давления, биения сердца и артериального давления (рис. 36). Экологические ритмы по длительности совпадают с каким-либо естественным ритмом окружающей среды.

Рис. 36. Графики циркадианных (время, часы, в течение дня) биоритмов человека

Биологические ритмы описаны на всех уровнях, начиная от простейших биологических реакций в клетке и кончая сложными поведенческими реакциями. Таким образом, живой организм является совокупностью многочисленных ритмов с разными характеристиками. По последним научным данным, в организме человека выявлено около 300 суточных ритмов. Как же определить ход собственного времени внутри нашего организма?

Для изучения хода времени внутри организма человека во всем мире применяют методику, которую предложил выдающийся американский патофизиолог и хронобиолог Франц Халберг. Суть методики Ф. Халберга в том, что человек проводит отсчет (вслух или про себя) от 1 до 60, имитируя, таким образом, величину секунды личного времени. При этом на счет 1 - включает секундомер, а на счет 60 - выключает его. Положение стрелки секундомера указывает на длину личной (индивидуальной) минуты (ИМ). На сегодняшний момент этой методикой пользуются различные специалисты: врачи, педагоги, психологи, ученые.

Если измерять ИМ один раз в день, но на протяжении, например 30 дней, а затем найти среднее значение этого показателя за 1 месяц, т. е. за 30 дней, то длина этой минуты будет очень стабильным показателем, который почти не отличается на протяжении многих месяцев. Иначе говоря, индивидуальная минута показательна в том случае, когда проводятся не одноразовые измерения, а измеряется определенное время, тогда среднее значение достаточно верное и реально воспроизводит состояние организма.

Длительность «индивидуальной минуты собственного времени» может служить критерием здоровья и долголетия. У некоторых людей зарегистрирована большая, чем у здоровых, длительность индивидуальной минуты (до 80—90 с). Это победители спортивных соревнований, долгожители, люди творческих профессий и науки, преданные работе и получающие от нее удовольствие, т.е. длительность собственного времени зависит и от эмоционального состояния, и от физической и умственной активности человека. У лиц с высокими способностями к адаптации ИМ превышает минуту физического времени, у лиц с невысокими способностями к адаптации ИМ равна в среднем 47,0-46,2 с, у хорошо адаптирующихся – 62,9-69,7 с. ИМ имеет циркасептальный ритм – ее величина максимальна во вторник и среду и минимальна в пятницу и субботу. По величине ИМ можно судить также о наступлении утомления у учащихся и взрослых людей [Губарева и др., 2005].

В 1972 г. американским исследователям Роберту Муру и Виктору Эйхлеру удалось показать, что циркадным ритмом млекопитающих управляет супрахиазматическое ядро (СХЯ), расположенное в головном мозге в основании гипоталамуса. СХЯ человека представляет собой совокупность около 20 тысяч нейронов и настраивается с помощью внешних сигналов, в основном дневного света. СХЯ обрабатывает информацию о длине светового дня и посылает сигнал в орган промежуточного мозга - эпифиз, где секретируется гормон сна - мелатонин.

Время максимальной активности органов человека в его суточном биоритме: печень - с 1 до 3 ч ночи; легкие - с 3 до 5 ч утра; толстая кишка - с 5 до 7 ч утра; желудок - с 7 до 9 ч утра; селезенка и поджелудочная железа - с 9 до 11 ч утра; сердце - с 11 до 13 ч дня; тонкая кишка - с 13 до 15 ч дня; мочевой пузырь - с 15 до 17 ч дня; почки - с 17 до 19 ч вечера; органы кровообращения, половые органы - с 19 до 21 ч вечера; органы теплообразования - с 21 до 23 ч ночи; желчный пузырь - с 23 до 1 ч ночи.

У каждого человека есть свой хронотип, т.е. индивидуальные внутренние часы, с которыми не мешает сверять свои планы, чтобы правильно использовать энергетический потенциал организма. Они подскажут, что лучше делать сейчас, а что отложить на потом.

Хронотип: утренний («жаворонки»), вечерний («совы»), дневной («голуби»). У «сов» максимум суточных биоритмов активности и покоя сдвинут на более поздние, а у «жаворонков» – на более ранние часы. У «голубей» пик активности приходится примерно на середину дневного периода. Примерно 20 % людей имеет хорошо выраженный утренний или вечерний тип активности.

Почему некоторые люди встают «ни свет, ни заря», а другие не прочь поспать до полудня? Известному феномену «сов и жаворонков» есть научное объяснение, которое базируется на работах Жэми Зейцер из Исследовательского центра сна (Sleep Research Center) Станфордского университета в Калифорнии. Она установила, что минимальная концентрация кортизола ( гормон бодроствания ) в крови обычно приходится на середину ночного сна, а ее пик достигается перед пробуждением. У «жаворонков» максимум выброса кортизола происходит раньше, чем у большинства людей, - в 4-5 ч утра. Поэтому «жаворонки» более активны в утренние часы, но быстрее утомляются к вечеру. Их обычно рано начинает клонить ко сну, поскольку гормон сна - мелатонин поступает в кровь задолго до полуночи. У «сов» ситуация обратная: мелатонин (гормон ночи) выделяется позже, ближе к полуночи, а пик выброса кортизола сдвинут на 7-8 ч утра. Указанные временные рамки сугубо индивидуальны и могут варьировать в зависимости от выраженности утреннего («жаворонки») или вечернего («совы») хронотипов. В ряде случаев бессонница у пожилых людей связана с недостаточностью секреции мелатонина эпифизом. Препараты мелатонина часто используют в качестве снотворных. «Совы» в большей степени, чем «жаворонки», подвержены сердечно-сосудистым заболеваниям, однако их биоритмы более пластичны, и они лучше приспосабливаются к новым режимам жизнедеятельности. У «жаворонков» многие показатели здоровья лучше, чем у «сов», но они более консервативны и с трудом переносят изменения привычного режима жизни.

С точки зрения хронобиологов, последний прием пищи должен быть примерно за 1,5 ч до сна. Это может быть стакан кефира, теплого молока с медом (способствует быстрому засыпанию), немного овощей или фруктов. И, конечно, следует избегать продуктов, обладающих тонизирующим действием на организм: чая, кофе, напитков, содержащих кофеин. А вот в бананах содержится серотонин, который является медиатором процессов торможения в головном мозге. Так что, 1-2 этих вкусных и питательных фрукта на ночь не повредят никому [http://www.chernetskaya.ru/stati_bioritmu.htm].

Аварийность на производстве и дорожно-транспортные происшествия на дороге чаще происходят в определённые часы: с 22 ч до 4 - у человека наименьшая скорость ответной реакции; - между 13 и 15 ч - сначала, общая предобеденная спешка, после – «послеобеденная депрессия». Для профилактики «послеобеденной депрессии» может быть эффективен отдых после обеда, продолжительностью 10-20 мин/ или «полуденный сон», но не больше 1,5 ч, иначе будет обратный эффект.

Напомним о сиесте. Сиеста - полуденный отдых в южных странах, обычно с 12 или 13 ч дня до 15-17, включая 20-30 мин. сна, в районе 14-16 ч. В отличие от перекуров и перекусов, такой режим полезен для здоровья, значительно снижая риск инфаркта.

Популярная в конце XX в. псевдонаучная теория «трёх ритмов» была предложена рядом авторов в конце XIX в. в виде гипотезы и позже была экспериментально опровергнута. Гипотеза предполагала наличие многодневных ритмов, не зависящих как от внешних факторов, так и от возрастных изменений самого организма. Пусковым механизмом этих ритмов является только момент рождения человека, при котором возникают ритмы с периодом в 23, 28 и 33 суток, определяющие уровень его физической, эмоциональной и интеллектуальной активности. Графическим изображением каждого из этих ритмов является синусоида. Однодневные периоды, в которые происходит переключение фаз («нулевые» точки на графике) и которые, якобы, отличаются снижением соответствующего уровня активности, получили название критических дней. Если одну и ту же «нулевую» точку пересекают одновременно две или три синусоиды, то такие «двойные» или «тройные» критические дни предполагались особенно опасными. Данная гипотеза не подтверждена научными исследованиями и основывается на бессистемных эмпирических наблюдениях.

Предположению о существовании «трех биоритмов» около ста лет. Её авторами стали три исследователя: психолог Герман Свобода, отоларинголог Вильгельм Флисс, изучавшие эмоциональный и физический биоритмы, и преподаватель Фридрих Тельчер, исследовавший интеллектуальный ритм. Свобода работал в Вене. Анализируя поведение своих пациентов, он обратил внимание, что их мысли, идеи, импульсы к действию повторяются с определённой периодичностью. Герман Свобода пошёл дальше и начал анализировать начало и развитие болезней, особенно цикличность сердечных и астматических приступов. Результатом этих исследований стало предположение существования ритмичности физических (22 дня) и психических (27 дней) процессов. Доктора Вильгельма Флисса, который жил в Берлине, заинтересовала сопротивляемость организма человека болезням. Почему дети с одинаковыми диагнозами в одно время имеют иммунитет, а в другое - умирают? Собрав данные о начале болезни, температуре и смерти, он связал их с датой рождения. Расчёты показали, что изменения иммунитета можно попытаться прогнозировать с помощью 22-дневного физического и 27-дневного эмоционального биоритмов. Новомодные биоритмы подтолкнули инсбрукского преподавателя Фридриха Тельчера к своим исследованиям. Тельчер заметил, что желание и способность студентов воспринимать, систематизировать и использовать информацию, генерировать идеи время от времени изменяются, т.е. имеют ритмический характер. Сопоставив даты рождений студентов, экзаменов, их результаты, он предложил интеллектуальный ритм с периодом 32 дня. Тельчер продолжал свои исследования, изучая жизнь творческих людей. В результате он предположил существование «пульса» интуиции - 37 дней.

Впоследствии исследования биоритмов продолжились в Европе, США, Японии. Особенно интенсивным этот процесс стал с открытием ЭВМ и более современных компьютеров. В 1970-1980 гг. биоритмы завоевали весь мир. В том числе, производились аппаратные средства для подсчёта «биоритмов» (например, Casio Biolator). Сейчас мода на биоритмы прошла.

Исследователи отвергли «теорию трёх биоритмов». Теоретическая критика излагается, например, в научно-популярной книге признанного специалиста в хронобиологии Артура Уинфри [Уинфри, 1990]. К сожалению, авторы научных (не научно-популярных) трудов не сочли нужным специально уделить время критике, однако ряд публикаций позволяют сделать вывод, что «теория трёх биоритмов» лишена научных оснований. Гораздо убедительнее, однако, экспериментальная критика «теории». Многочисленные экспериментальные проверки 1970-80-х гг. опровергли «теорию» как несостоятельную. В настоящее время «теория трёх ритмов» научным сообществом не признаётся и зачастую рассматривается как псевдонаука.

Колебания, у которых период, фаза и амплитуда не являются постоянными, а изменяются в пределах некоторого диапазона, называются циклическими. Цикл - это законченный и незаконченный (прерванный) процесс, элементы которого (фазы, стадии, этапы), следуя друг за другом или чередуясь, составляют единый ряд, единое целое. Цикличность — это наличие, существование цикла или циклов в развитии (или строении) чего-либо. Цикличность известна в состоянии звездной и солнечной активности, кометно-метеорных потоков, в активации планет Солнечной системы, в колебаниях геомагнитного и электромагнитного полей, тектонической, вулканической активности литосферы, изменениях атмосферы (давление, температура, осадки, атмосферное электричество, циркуляционный режим) и биосферы (биологические ритмы). Колебания, у которых период, фаза и амплитуда не являются постоянными, а изменяются в пределах некоторого диапазона, называются циклическими. Цикл - это законченный и незаконченный (прерванный) процесс, элементы которого (фазы, стадии, этапы), следуя друг за другом или чередуясь, составляют единый ряд, единое целое. Цикличность - это наличие, существование цикла или циклов в развитии (или строении) чего-либо. Цикличность известна в состоянии звездной и солнечной активности, кометно-метеорных потоков, в активации планет Солнечной системы, в колебаниях геомагнитного и электромагнитного полей, тектонической, вулканической активности литосферы, изменениях атмосферы (давление, температура, осадки, атмосферное электричество, циркуляционный режим) и биосферы (биологические ритмы).

Представления о всеобщности пространственно-временной организации материального мира, единстве циклических изменений в неорганической и органической природе известны с незапамятных времен. Так, в древнем Вавилоне и Греции, наряду с представлением о сотворении мира божеством и его неизменности, было распространено учение о циклическом развитии природы, связанном с изменением положения небесных тел, о «великом годе», по прошествии которого на Земле должны повториться те же события, происходившие в начале этого «великого года»

Из множества циклов и космических факторов наиболее значимым для биосферы является цикличность солнечной деятельности. Солнечная активность (СА) - это совокупность физических явлений, сопровождаемых изменением различных параметров деятельности Солнца и фиксируемых с помощью всевозможных средств наблюдений. Особенностью солнечной активности является наличие циклов, в первую очередь 11-летних, хотя в общем их спектр весьма широк - от нескольких минут до многих столетий.

В многолетних изменениях солнечной активности обнаруживается одиннадцатилетняя цикличность, хотя имеют место и отклонения от средней продолжительности цикла. В настоящее время достоверно установленным считается 11-летний, 22-летний (двойной), 30-40-летний (брикнеровский), 80-90-летние или вековые, 500-летние и 1800-1900-летние циклы солнечной активности.

Первые замеченные человеком проявления солнечной активности - солнечные пятна. Они явились первыми элементами инструментальных наблюдений солнечной активности Р. Вольфом. Число́ Во́льфа (международное число солнечных пятен, относительное число солнечных пятен, цюрихское число) - названный в честь швейцарского астронома Рудольфа Вольфа числовой показатель количества пятен на Солнце. Является одним из самых распространённых показателей солнечной активности.

Число Вольфа для данного дня вычисляется по формуле

(25)

где W — число Вольфа; f — количество наблюдаемых пятен; g -количество наблюдаемых групп пятен; k — нормировочный коэффициент.

Нормировочные коэффициенты k выводятся для каждого наблюдателя и телескопа, что даёт возможность совместно использовать числа Вольфа, найденные разными наблюдателями. За международную систему приняты числа Вольфа, которые в 1849 г. начала публиковать Цюрихская обсерватория, и для которых коэффициент k принят равным 1. В настоящее время сводка всех наблюдений солнечных пятен и определение среднемесячных и среднегодовых значений чисел Вольфа производится в Центре анализа данных по влиянию Солнца (Бельгия). Существуют также ряды чисел Вольфа, восстановленные по косвенным данным для эпохи, предшествующей 1849 г. (рис. 37).

Данные о солнечной активности (числа Вольфа) и другую информацию за период 1700—2005 гг. и прогностические данные можно получить в Internet на сайтах STP National Geophysical Data Center, National Oceanic and Atmospheric Administration Boulder.

Еще в конце ХVІІІ столетия основатель звездной астрономии, английский ученый Уильям Гершель, который построил первую модель Галактики и открыл планету Уран, сделал попытку установить связь между числом солнечных пятен, неурожаями и ценами на хлеб и определил довольно большую корреляцию между ними.

В 70-е гг. ХІХ столетия один из основателей теории маржинализма Уильям Джевонс развил мысль, что поведение социальных коллективов в их деятельности зависит от циклических явлений на Солнце. Это помогло ему объяснить экономические циклы не только в сельском хозяйстве, где они связаны с прямым влиянием солнечной активности на урожайность, но и в промышленности. В конце ХІХ столетия немец Мовес и француз Делоне также подтвердили подчиненность социальной динамики на Земле ритмичности в 11 лет в соответствии с солнечными циклами.

Рис. 37. График среднегодовых чисел Вольфа за последние три века

Александр Чижевский выявил синхронизацию максимумов солнечной активности с периодами пандемий и эпизоотий, а также вообще ускоренного размножения отдельных видов биоорганизмов, например, саранчи. Самая большая частота пандемий и эпизоотий наблюдалась во втором тысячелетии христианской эры на протяжении 30-80-х гг. ХІV столетия, когда нашествие саранчи только в Центральной Европе длилось с периодичностью 10-12 лет- в 1333-1341, 1353-1363, 1373-1388 гг. и приводило к массовым неурожаям и голодомору. Пик стихийных катаклизмов выпал на 1348 г., когда почти по всей Европе, с юга на север, с востока на запад прокатилась волна нескольких страшных землетрясений с разрушением десятков городов и сотен замков. Пылали леса и выходили из берегов речки, а чума миллионами косила население различных континентов, по свидетельству современника тех событий - итальянского ученого де Винарио, с периодичностью вспышек пандемии в 11 лет, что отвечает наиболее известным сегодня циклам солнечной активности Швабе-Вольфа. Кроме того, в спектре монохромных циклов обнаружены пики около 84 лет (влияние Урана), около 29 лет (Сатурна) и около 12 лет (Юпитера).

Можно предположить синхронность максимумов солнечной активности с периодами возникновения революций и войн. Найдено, что слом в развитии социума происходит в реперных точках динамического экстремума (наиболее высокого прироста по модулю солнечной активности). За период 11-летнего солнечного цикла случается около 500 магнитных бурь.

Особенно опасны всплески солнечной активности для тех, кто страдает сердечно-сосудистыми заболеваниями. У диспетчеров, водителей и операторов снижается реакция. Амплитуда магнитных колебаний возрастает от южных широт к северным. В 1989 г. магнитная буря на 8 часов оставила без электричества канадскую столицу Оттаву и провинцию Квебек. В 1997 г. солнечный шторм отключил телевизионный спутник Telstar 401 компании AT&T. На следующий год шторм нарушил работу спутника Galaxy IV, который управлял банкоматами и системами авиационного слежения. В 2000 г. вышел из строя и утонул в Тихом океане поврежденный солнечным штормом японский спутник Аsko. Магнитные бури отражаются на работе мобильных телефонов, вызывают сбои в Интернете, в автоматических системах, нарушается высокочастотная авиационная радиосвязь. На российских железных дорогах неоднократно происходили происшествия, связанные с отказом автоматики.

У больных ишемией под действием магнитной бури еще сильнее замедляется кровоток, что усугубляет недостаток подачи кислорода. Когда слипаются кровяные тельца и кровь идет комками (это происходит под действием бури), насыщение тканей кислородом и питательными веществами резко падает, что может привести к отмиранию тканей. А сгущение крови грозит образованием тромба. Так развиваются инсульты и инфаркты, вероятность которых увеличивается в два раза во время магнитных бурь.

Еще в 1934 г. братьями Т. и Б. Дюлль, использовавшими данные о заболеваниях нервной системы и самоубийствах в городах Европы, были получены доказательства влияния солнечных ритмов на психику человека.

На вторые сутки после солнечных возмущений число самоубийств возрастает в 4-5 раз по сравнению с днями спокойного Солнца. На второй день увеличивается и число автомобильных аварий. Около 80% аварий в сложных технических системах сегодня происходит не по причине конструктивных или технологических несовершенств, а по вине людей. И хотя немало производственных и прочих функций выполняется коллективными усилиями, все равно многое зависит от отдельного человека. И у каждого свой тип нервной системы, свои психологические и социальные особенности. Отсюда и повышенный риск катастроф. В ВМС США, например, после солнечных вспышек в октябре 1989 г. число аварий превысило их количество за весь предшествующий период года.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: