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[病历讨论] 时间生物学

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发表在  2020-1-31 00:00:28  | 显示全部楼层 | 阅读模式

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时间生物学是一个生物学领域,研究活生物体中的周期性(周期性)现象及其对与太阳和月球有关的节律的适应性。[1] 这些周期称为生物节律。 时间生物学来自古希腊语χρνο(chrónos,意为“时间”)和生物学,与生命的研究或科学有关。 在某些情况下,已使用相关术语chronomics和chronome来描述涉及时间生物学现象的分子机制或时间生物学的更多定量方面,尤其是在需要比较生物之间的循环时。

时序生物学研究包括但不限于比较性解剖学,生理学,遗传学,分子生物学和生物节律力学中生物的行为。[1] 其他方面包括表观遗传学,发育,繁殖,生态学和进化。

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内容
1 说明
2 历史
3 最新动态
4 其他领域
5 参考

描述
在许多重要的生物过程中,活生物体中生物活性的时间和持续时间都发生了变化。 这些发生在(a)在动物中(进食,睡眠,交配,冬眠,迁徙,细胞再生等),(b)在植物中(叶片运动,光合反应等),以及微生物如真菌和原生动物。 。 甚至在细菌中也发现了它们,尤其是在蓝细菌(又称蓝藻)中(见细菌昼夜节律)。 在时间生物学中研究得最好的节奏是昼夜节律,这是所有这些生物的生理过程显示的大约24小时周期。 “昼夜节律”一词来自拉丁文“大约”,意为“大约”,“死亡”为“天”,意为“大约一天”。 它由生物钟调节。

在24小时工作日中,昼夜节律可以进一步细分为常规周期:[2]

日间,描述白天活跃的生物
夜间活动,描述夜间活跃的生物
Crepuscular,描述了主要在黎明和黄昏时间活跃的动物(例如:白尾鹿,一些蝙蝠)
虽然昼夜节律被定义为受内源性过程调节,但其他生物周期可能受外源性信号调节。在某些情况下,多营养系统可能会出现由成员之一的昼夜节律驱动的节奏(也可能受到外部因素的影响或重置)。内源性植物周期可以通过控制植物产生的光合产物的可用性来调节细菌的活性。

还研究了许多其他重要周期,包括:

红外线节律,周期超过一天。例子包括控制许多动植物的迁移或繁殖周期或人类月经周期的每年或每年周期。
Ultradian节律,周期短于24小时,例如90分钟的REM周期,4小时的鼻腔周期或3小时的生长激素产生周期。
潮汐节律通常在海洋生物中观察到,大约在从高潮到低潮再返回大约12.4小时之后。
农历节拍(29.5天)之后的农历节奏。它们是相关的,例如对于海洋生物而言,潮汐的高度在整个月球周期中都会得到调节。
基因振荡–一些基因在一天的某些小时比其他时间表达更多。
在每个周期内,过程更活跃的时间称为顶峰期。[3]当该过程不太活跃时,该循环处于其浸没阶段或低谷阶段。活跃度最高的特定时刻是峰值或最大值;最低点是最低点。通过幅度来衡量过程的高度(或较低)。

历史
法国科学家让-雅克·德奥特·德·迈兰(Jean-Jacques d'Ortous de Mairan)在18世纪首次观察到植物叶片运动的昼夜节律周期。[4] 1751年,瑞典植物学家和博物学家卡尔·林奈(Carl vonLinné)设计了使用某些开花植物物种的花钟。通过将选定的物种安排成圆形图案,他设计了一个时钟,该时钟通过每个给定时间开放的花朵指示一天中的时间。例如,在雏菊家庭的成员中,他使用了鹰的胡须植物,该植物在早上6:30开花,而鹰类直到7点才开花。[5]

1960年在冷泉港实验室举行的专题讨论会为时间生物学领域奠定了基础。[6]

也是在1960年,帕特里夏·德库西(Patricia DeCoursey)发明了相位响应曲线,这是自那时以来该领域使用的主要工具之一。

明尼苏达大学的弗朗兹·哈尔伯格(Franz Halberg)创造了昼夜节律一词,被广泛认为是“美国时间生物学之父”。但是,在1970年代当选为生物节律研究协会主席的是Colin Pittendrigh,而不是Halberg。 Halberg希望更多地强调人类和医学问题,而Pittendrigh则更注重进化和生态学。在皮特恩德里格(Pittendrigh)的领导下,该学会的成员对所有类型的生物,植物以及动物进行了基础研究。最近,除小鼠,大鼠,人类[7] [8]和果蝇以外,很难为其他任何生物进行此类研究提供资金。

近期发展
最近,Alfred J. Lewy(OHSU),Josephine Arendt(英国萨里大学)和其他研究人员已经探索了光疗法和褪黑激素给药,以重置动物和人类昼夜节律。此外,夜间低强度灯光的存在将所有年龄段的仓鼠的昼夜节律重新引诱加快了50%;人们认为这与模拟月光有关。[9]

人类可能倾向于早起或晚起。这些行为参考被称为chrono类型,为此存在各种评估问卷和生物学标记相关性。[10]

在20世纪下半叶,欧洲人(如JürgenAschoff和Colin Pittendrigh)做出了实质性贡献和形式化,他们对光(参数化,连续性,滋补性,渐进性)对昼夜节律系统的夹带现象提出了不同但互补的观点。相对于非参数,离散,相位,瞬时[11]。

还有一个可携带食物的生物钟,它不仅限于视交叉上核。该时钟的位置存在争议。然而,与小鼠合作,Fuller等。得出结论,可携带食物的时钟似乎位于背丘下丘脑。在限制喂食期间,它接管了活动时间等功能的控制,增加了动物成功寻找食物资源的机会。[12]

2018年,《公共科学图书馆·ONE》上发表的一项研究表明,在Twitter内容上测得的73种心理测量指标如何遵循昼夜模式。 [13]

其他领域
时间生物学是一个跨学科的研究领域。 它与医学和其他研究领域相互作用,例如睡眠医学,内分泌学,老年医学,运动医学,太空医学和光周期学。[14] [15] [16]

尽管名称与真正的生物节律相似,但生物节律的理论和实践是伪科学的经典例子。 它试图根据一个人的出生日期描述一组人类行为的周期性变化。 它不是时间生物学的一部分。[17]

另见
Bacterial circadian rhythms
Biological clock (aging)
Circadian rhythm
Circannual cycle
Circaseptan, 7-day biological cycle
Hitoshi Okamura
Light effects on circadian rhythm
Suprachiasmatic nucleus
Time perception
参考
Patricia J. DeCoursey; Jay C. Dunlap; Jennifer J. Loros (2003). 时间生物学. Sinauer Associates Inc. ISBN 978-0-87893-149-1.
Nelson RJ. 2005. An Introduction to Behavioral Endocrinology. Sinauer Associates, Inc.: Massachusetts. Pg587.
Refinetti, Roberto (2006). Circadian Physiology. CRC Press/Taylor & Francis Group. ISBN 0-8493-2233-2. Lay summary
for a description of circadian rhythms in plants by de Mairan, Linnaeus, and Darwin see [1] Archived 2005-12-25 at the Wayback Machine
"Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2013-12-12. Retrieved 2013-12-12.
Leon Kreitzman; Russell G. Foster (2004). Rhythms of life: the biological clocks that control the daily lives of every living thing. New Haven, Conn: Yale University Press. ISBN 0-300-10969-5.
Zivkovic, Bora (2006-07-03). "ClockTutorial #2a, Forty-Five Years of Pittendrigh's Empirical Generalizations". A Blog Around the Clock. ScienceBlogs. Retrieved 2007-12-23.
Zivkovic, Bora (2006-05-17). "Clocks in Bacteria V". A Blog Around the Clock. ScienceBlogs. Retrieved 2007-12-23.
Frank, D. W.; Evans, J. A.; Gorman, M. R. (2010). "Time-Dependent Effects of Dim Light at Night on Re-Entrainment and Masking of Hamster Activity Rhythms". Journal of Biological Rhythms. 25 (2): 103–112. doi:10.1177/0748730409360890. PMID 20348461.
Breus, PHD, Michael (2016). The Power of When. Little Brown and Company. ISBN 978-0-316-39126-9.
see this historical article, subscription required
Fuller, Patrick M.; Jun Lu; Clifford B. Saper (2008-05-23). "Differential Rescue of Light- and Food-Entrainable Circadian Rhythms" (free 摘要). Science. 320 (5879): 1074–1077. Bibcode:2008Sci...320.1074F. doi:10.1126/science.1153277. PMC 3489954. PMID 18497298. Retrieved 2008-05-30.
Dzogang, Fabon; Stafford Lightman; Nello Cristianini (2018-06-20). "Diurnal Variation of Psychometric Indicators in Twitter Content". PLoS ONE. 13 (6). doi:10.1371/journal.pone.0197002.
Postolache, Teodor T. (2005). Sports 时间生物学, An Issue of Clinics in 运动医学. Saunders. ISBN 978-1-4160-2769-0.
Ernest Lawrence Rossi, David Lloyd (1992). Ultradian Rhythms in Life Processes: Inquiry into Fundamental Principles of 时间生物学 and Psychobiology. Springer-Verlag Berlin and Heidelberg GmbH & Co. K. ISBN 978-3-540-19746-1.
Hayes, D.K. (1990). 时间生物学: Its Role in Clinical Medicine, General Biology, and Agriculture. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-56802-5.
"Effects of circadian rhythm phase alteration on physiological and psychological variables: Implications to pilot performance (including a partially annotated bibliography)". NASA-TM-81277. NASA. 1981-03-01. Retrieved 2011-05-25. "No evidence exists to support the concept of biorhythms; in fact, scientific data refute their existence."
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