Рабочая программа дисциплины «хронобиология» Направление 020200 «Биология»

Вид материала

Содержание

М.В. Олонова
Задачи учебного курса
Требования к уровню освоения курса.
Тема 2. Проблема биологического времени
Тема 3. Ритмическая структура среды обитания
Тема 4. Сопоставимость биологических ритмов с ритмами среды обитания
Тема 6.Адаптивная роль суточных ритмов (на примере животных)
Тема 7. Сезонные ритмы
Тема 8. Ритм сон - бодрствование
Тема 9. Современное состояние проблемы биологических часов
Тема 10. Регуляторы циркадианных биологических ритмов
Тема 11. Датчики времени
Наименование тем
Рекомендуемая литература

Подобный материал:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Утверждаю

Директор Биологического института

_________________С.П. Кулижский

_________________________________

«_____»_ _____________________2009 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

ДИСЦИПЛИНЫ

«ХРОНОБИОЛОГИЯ»

Направление 020200 «Биология»

Специальность 020200 «Биология»

Статус дисциплины: 2330ДН

(региональный компонент)

Томск – 2009

Одобрено кафедрой _зоологии позвоночных и экологии

Протокол № 12 от «12» февраля 2009 г.

Зав. кафедрой ____________________ _Н.С.Москвитина__

Рекомендовано методической комиссией Биологического института

Председатель методической комиссии М.В. Олонова

«______» ____________2009 г.

Рабочая программа по курсу «Хронобиология» составлена на основе требований Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению (020201 – биология), утвержденного 10 марта 2000 г.

Общий объем курса _44___ часов , из них – лекционные 28 ч., самостоятельная работа студентов – 16 ч. Экзамен во втором семестре. Общая трудоемкость курса 1,3 зач. ед.

Составители: д.б.н., профессор Л.П. Агулова

Рецензент: д.б.н., профессор Г.Ф.Плеханов

Программа

по курсу «ХРОНОБИОЛОГИЯ» (26ч)

I. Организационно-методический раздел

Цель курса – формирование у студентов представления о временнόй организации биологических систем как механизме адаптации.

Задачи учебного курса: знакомство биологов с современными представлениями о природе биологических ритмов, о факторах-синхронизаторах биологических ритмов, о роли ритмов в качестве механизма адаптации в жизнедеятельности организмов от простейших до человека, о механизмах регуляции биологических ритмов.

Требования к уровню освоения курса. По завершении курса студенты должны, знать, что такое временная организация биологических систем, какие методы существуют для ее изучения, иметь представление о ритмической структуре среды обитания, современном состоянии проблемы биологических часов и регуляции биологических ритмов.

II. Содержание курса (Темы и их краткое содержание)

Тема 1. Колебательные ритмические процессы – фундаментальное свойство всех природных процессов

Возможные причины универсальности колебательных процессов в природе. Автоколебания и автоволны. Биологические ритмы. Понятия, которыми можно описать биологический ритм. Типы спектров. Зависимость спектров от сложности сигнала. Синхронизация и резонанс. Типы резонансов. Временная организация биологических систем. Классификации биологических ритмов. Методы организации биоритмологических исследований. Временные ряды. Анализ временных рядов.

Тема 2. Проблема биологического времени

Четыре физические концепции времени. Существует ли специфичность биологического времени? Элементы топологии и метрики времени. Влияние различных факторов на восприятие и оценку времени человеком. Некоторые физиологические закономерности восприятия времени человеком.

Тема 3. Ритмическая структура среды обитания

Схема Солнечной системы. Солнце и солнечная активность. Циклы солнечной активности. Солнце – планеты. Секторная структура межпланетного магнитного поля. Схема солнечно – земных связей. Магнитосфера Земли. Перечень экологических факторов, опосредующих воздействие солнечной активности на биосферу. Электромагнитный фон среды обитания и его вариации. Динамика озоносферы и вариации приземного ультрафиолетового излучения. Солнечная активность, погода и климат. Электрическое поле атмосферы и солнечная активность.

Тема 4. Сопоставимость биологических ритмов с ритмами среды обитания

Многолетние циклы. Ритмы от суток до года. Ритмы с периодами короче суток.

Тема 5. Космические ритмы в явлениях культуры, социальных явлениях, в истории, экономике

Космические ритмы в явлениях культуры. Преступность. Социальные кризисы и войны. Космические ритмы истории. Космические ритмы в экономике.

Тема 6.Адаптивная роль суточных ритмов (на примере животных)

Физические и биологические факторы с относительно четким суточным профилем. Три составляющие суточного стереотипа поведения. Типы суточной активности. Временная экологическая ниша. Роль дня и ночи в эволюционной дивергенции. Ночной и дневной образ жизни. Специализация органов чувств. Распределение поведения в течение суток влияет на самые важные моменты жизни организма (выживание, размножение, питание). Роль индивидуального опыта в суточном поведении.

Тема 7. Сезонные ритмы

Сезонная периодичность различных факторов среды. Адаптивная роль сезонных биологических ритмов. Сезонные биологические состояния и формирующие их элементарные циклы. Эндогенная природа сезонных ритмов. Регуляция сезонных ритмов – фотопериодизм. Организмы короткого и длинного дня. Механизм фотопериодической чувствительности у растений и животных

Тема 8. Ритм сон - бодрствование

Биоэлектрические характеристики сна. Лишение животных медленного и быстрого сна. Механизмы сна. Центры сна Назначение медленного сна. Назначение парадоксального сна. Гипотеза эволюции сна.

Тема 9. Современное состояние проблемы биологических часов

Зачем нужны часы живым организмам? Теории внешних и внутренних часов. Суточные и циркадианные ритмы. Требования к механизму биологических часов. Поиск внутриклеточных часов в биохимических колебательных процессах. Гены биологических часов. Генетическая модель часов у Drosophila melanogaster. Возрастные изменения функции часовых генов. Мутации в часовых генах ведут к возникновению патологий и старению организма.

Тема 10. Регуляторы циркадианных биологических ритмов

Три модели циркадианной организации. Основные компоненты циркадианной части фотопериодической системы. Пути поступления в организм и проведения фотопериодической информации. Супрахиазматические ядра (СХЯ) – основные эндогенные осцилляторы. Эпифизарный комплекс – нейроэндокринный преобразователь фотопериодической системы. Мелатонин – химический эквивалент темноты. Регуляция циркадианной активности у животных при отсутствии и наличии парапинеального органа. Функциональное взаимодействие СХЯ и эпифиза.

Тема 11. Датчики времени

Свойства датчиков времени. Требования к датчикам времени. Подстройка биологических часов к сигналам времени. Время потенциальной готовности. Десинхроноз временной организации биологических систем от молекулярно-генетического до организменного уровня.

III.Распределение часов курса по темам и видам работ

№ п/п	Наименование тем	Всего часов по теме		Аудиторные занятия (час)			Самостоя тельная работа
				Лекции	Семина-ры	Лабораторные занятия
1	Основные понятия о биологических ритмах. Методы хронобиологии	2	2				0
2	Проблема биологического времени	2	2				0
3	Ритмическая структура среды обитания	4	2				2
4	Сопоставимость биологических ритмов с ритмами среды обитания	4	2				2
5	Космические ритмы в явлениях культуры, социальных явлениях, в истории, экономике	4	2				2
6	Адаптивная роль суточных ритмов (на примере животных)	4	2				2
7	Сезонные ритмы	4	2				2
8	Ритм сон - бодрствование	4	2				2
9	Биологические часы	6	4				2
10	Регуляторы циркадианных биологических ритмов	6	4				2
11	Датчики времени	4	2				2
Итого		44	26				18

Примерная тематика рефератов

Ультрадианные ритмы у животных и растений
Приливные и лунные ритмы у живых организмов
Ориентация животных в пространстве с помощью часов
Онтогенез циркадианных ритмов
Цикличность в динамике численности животных и возможные причины цикличности.
Хронобиологические аспекты адаптации (перемещение по широте и долготе, космические полеты, горные условия, заполярные экспедиции)
Методы хронотерапии и биорезонансной терапии
Роль циркадианных часовых генов в возникновении психических расстройств и онкологических заболеваний
Влияние светового режима на процесс старения

Контрольные задания

Основные понятия о биологических ритмах
Классификация биологических ритмов
Методы организация биоритмологических исследований
Существует ли специфичность биологического времени?
Ритмическая структура среды обитания
Солнце и солнечная активность
Циклы солнечной активности
Солнечно-земные связи
Электромагнитный фон среды обитания и его вариации
Электрическое поле атмосферы и солнечная активность
Адаптивная роль суточных ритмов Специализация органов чувств
Распределение поведения в течение суток влияет на самые важные моменты жизни организма
Адаптивная роль сезонных биологических ритмов
Организмы короткого и длинного дня
Биоэлектрические характеристики сна
Механизмы медленного и быстрого сна
Доказательства эндогенной природы биологических часов
Биохимические колебательные процессы и внутриклеточные часы
Генетическая модель часов у Drozophila melanogaster
Мембранная модель биологических часов
Три модели циркадианной организации
Регуляторы циркадианных биологических ритмов: эпифизарный комплекс и супрахиазматические ядра гипоталамуса
Свойства датчиков времени
Подстройка биологических часов к сигналам времени. Время потенциальной готовности.
Десинхроноз временной организации биологических систем

IV.Форма итогового контроля – зачет.

V.Учебно – методическое обеспечение курса. Курс подготовлен в виде презентации

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

К введению

Доскин В.А., Лаврентьева Н.А. Ритмы жизни. – М.: Медицина, 1980. 112с.
Иваницкий Г.Р. Мир глазами биофизика. М.: Педагогика, 1985. 128с.
Цыбульский В.В. Лунно – солнечный календарь стран Восточной Азии с переводом на даты европейского календаря. М.: Наука, 1987. 384с.
Романов Ю.А. Проблемы хронобиологии. М.: Знание, 1989. 64с.
Календарные обычаи и обряды народов Восточной Азии. Годовой цикл. М.: Наука, 1989. 360с.

К теме 1

Андерсон Т. Статистический анализ временных рядов: Пер. с англ. М.:Мир,1976.-755с.
Чернышёв М.К. Резонансно - поисковые методы анализа скрытых колебательных процессов в живых системах // Теоретические и прикладные аспекты анализа временной организации биосистем. .М.:"Наука", 1976. С.11 – 34.
Кендалл М., Стьюарт А. Многомерный статистический анализ и временные ряды. М.: Наука,1976. 736с.
Бриллинджер Д. Временные ряды. Обработка и теория: Пер. с англ. М.: Мир,1980. 536с.
Моисеева Н.И., Сысуев В.М. Временная среда и биологические ритмы. Л.: Наука, 1981. 128с.
Ефимов В.М. Галактионов Ю.К., Шушпанова Н.Ф. Анализ и прогноз временных рядов методом главных компонент. Новосибирск: Наука. Сиб.отд., 1988. 71с.
Хронобиология и хрономедицина. М.: Медицина, 1989. 400с.
Сарычев В.Т. Спектральное оценивание методами максимальной энтропии. Томск: Изд – во Томского ун – та, 1994. 256с.
Кратин Ю.Г. Принцип фильтрации и резонансной настройки циклических нервных контуров в теории высшей нервной деятельности. // Успехи физиологических наук,1986. Т.17. №2. С. 31 – 55.
Федотчев А.И., Бондарь А.Т. Неспецифические механизмы адаптации ЦНС к прерывистым раздражениям, спектральная структура ЭЭГ и оптимальные параметры ритмических сенсорных воздействий. // Успехи физиологических наук,1996. Т.27. №4. С. 44 – 59.
Думенко В.Н. Феномен пространственной синхронизации между потенциалами коры головного мозга в широкой полосе частот 1 – 250 Гц // Журнал высшей нервной деятельности, 2007. Т. 57. № 5. С. 520 – 532.

К теме 2

Леонов А.А., Лебедев В.Н. Психологические особенности деятельности космонавтов. М.: Наука,1971. 253с.
Сомьен Дж. Кодирование сенсорной информации. М.: Мир, 1975. 415 с.
Подольный Р.Г. Освоение времени. М.: Изд-во политической лит-ры, 1989. 142с.
Уинфри А.Т. Время по биологическим часам. М.: Мир, 1990. 208с.
Ларичев В.Е. Сотворение Вселенной: Солнце, Луна и Небесный дракон Новосибирск: «Наука»,1993. 287с.
Фоменко А.Т. Критика традиционной хронологии античности и средневековья (какой сейчас век?). М, 1993. 304с.

К теме 3

Molchanov A.M.. The Reality of Resonances in the Solar Systems. // ICARUS, 1969. V. 11. – P. 104 – 110.
Флуктуации электромагнитного поля Земли в диапазоне СНЧ. Коллективная монография. - М.: Наука,1972. 193с.
Солнечная и солнечно- земная физика. Иллюстрированный словарь терминов // Под ред. А. Бруцека и Ш. Дюрана. - М.: Мир,1980 254с.
Мирошниченко Л.И. Солнечная активность и Земля. – М.: Наука, 1981. 144с.
Дубов Э.Е., Хромова Т.В. Индексы солнечной и геомагнитной активности. // Биофизика, 1992 – Т.37. – Вып. 4 С. 785 804.
Владимирский Б.М., Нариманский В.Я., Темурьянц Н.А. Космические ритмы. Симферополь,1996. 176с.
Владимирский Б.М., Темурьянц Н.А. Влияние солнечной активности на биосферу- ноосферу (Гелиобиология от А.Л.Чижевского до наших дней). М.: Изд-во МНЭПУ, 2000 374с.

К теме 4

Чижевский А.Л. Земное эхо солнечных бурь. - М.,1973. 348с.
Ягодинский В.Н. Гелиогеофизические факторы развития эпидемического процесса. // Проблемы космической биологии. – М.: Наука, 1973. - Т.18. С.47 - 67.
Ковальчук А.В. Космически обусловленные многодневные ритмы физиологических процессов. // Космос и эволюция организмов. - М.: Наука,1974. С. 133 179.
Музалевская Н.И. Долгопериодические колебания показателей здоровья и изменение солнечной активности. // Моисеева Н.И., Любицкий Р.Е. Воздействие гелиогеофизических факторов на организм человека. Л.: Наука, 1986. С.92 100. (Проблемы космической биологии; Т.53).
Бродский В.Я, Нечаева Н.В. Ритмы синтеза белка. - М.: Наука,1988. - 239с.
Владимирский Б.М. Кисловский Л.Д. Археоастрономия и история культуры. М.: Знание,1989. 64с.
Владимирский Б.М., Сидякин В.Г., Темурьянц Н.А., Макеев В.Б., Самохвалов В.П. Космос и биологические ритмы. Симферополь,1995. 206с.
Владимирский Б.М.,Темурьянц Н.А. Влияние солнечной активности на биосферу- ноосферу (Гелиобиология от А.Л.Чижевского до наших дней). М.: Изд-во МНЭПУ, 2000 374с.

К теме 5

Идлис Г.М. Закономерная циклическая повторяемость скачков в развитии науки, коррелирующая с солнечной активностью // История и методология естественных наук. - М.: Изд-во МГУ,1979. Вып. 22: Физика. С.61 -75.
Маслов С.Ю. Асимметрия познавательных механизмов и ее последствия // Семиотика и информатика. М.: Изд-во ВИНИТИ, 1983. - № 20. С.3 –31.
Данилова О.Н., Петров В.М. Периодические процессы в музыкальном творчестве. // Природа.1988. - №10. С. 54 - 59.
Зайцев В.Ф. Биоритмы творчества. Л.: Знание, 1989. 32с
Кошкин И.Н., Фризман В.М. Быть поэтом (опыт статистической литературометрии). // Человек,1991. - №3. С.79 - 82.
Гумилев Л.Н. Этногенез и биосфера Земли. Л.: Изд-во ЛГУ,1991. 280с.
Путилов А.А. Неравномерность распределения исторических событий в пределах 11-летнего солнечного цикла. // Биофизика,1992. Т.37. №4. С.629 - 635.
Полетаев А.В., Савельева И.М. Циклы Кондратьева и развитие капитализма. – М.: Наука,1993. – 250с.
Эфроимсон В.П. Генетика этики и эстетики. – СПб: «Талисман»,1995. - 288с.
Владимирский Б.М., Темурьянц Н.А. Влияние солнечной активности на биосферу- ноосферу (Гелиобиология от А.Л. Чижевского до наших дней). – М.: Изд-во МНЭПУ, 2000.-374с.
Агулова Л.П. Многодневные колебания биоэлектрической активности мозга. корреляция с геокосмическими факторами. // Международный крымский семинар «Космос и биосфера. Физические поля в биологии, медицине и экологии». 1- 6 октября, 2001. Крым Украина. - C. 48 – 50.

К теме 6

Бертон Р. Чувства животных. М.: Мир, 1972. 197с.
Пианка Э. Эволюционная экология. М.: Мир,1981 400с.
Ананьева Н.Б. К изучению симпатрических видов (на примере рептилий) // Проблемы новейшей истории эволюционного учения. Л.: Наука, 1981. С. 15 - 26.

Дан С. Ежедневные приспособительные стратегии поведения. // Биологические ритмы. В 2-х т. Т.1. Пер. с англ. М.: Мир, 1984. С.315 - 344.
Детари Л., Карцаги В. Биоритмы. М.: Мир,1984. – 160с.
Константинов А.И., Мовчан В.Н. Звуки в жизни зверей. Серия: Жизнь наших птиц и зверей. - Л.: Изд-во Ленингр. Ун-та, 1985. 304с.
Джиммер П. Структура сообщества и экологическая ниша. М.: Мир,1988. 184с.

К теме 7

Тыщенко В.П., Горышина Т.К., Дольник В.Р. Сезонные ритмы. // Проблемы космической биологии. Биологические ритмы. М.: Наука,1980. С. 238 – 289.
Детари Л., Карцаги В. Биоритмы. М.: Мир,1984. 160с.
Кулаева О.Н. Как свет регулирует жизнь растений. // Соросовский образовательный журнал, 2001. Т.7. - №4. С. 6 – 12.

К теме 8

Вейн А.М. Бодрствование и сон. М.: Наука, 1970. 126с.
1. Куприянович Л.И. Биологические ритмы и сон М.: Наука, 1976. 119с.
2. Уэбб У., Дьюб М. Временные характеристики сна. // Биологические ритмы. В 2-х т. Т.2. Пер. с англ. М.: Мир,1984. С. 189 - 218.
3. Шепард. Г. Нейробиология: В 2-х т. Т.2. М.: Мир,1987. - 368с.
4. Ковальзон В.М. Природа сна. // Природа, 1999. № 8. С. 172 – 179.
5. Ковальзон В.М. Стресс, сон и нейропептиды. // Природа, 1999. № 5. С 63 - 79.

К теме 9

Чернышев В.Б. Суточные ритмы активности насекомых. М.: Изд-во МГУ,1984. 216с.
Шноль С.Э. Биологические часы (краткий обзор хода исследований и современного состояния проблемы биологических часов). // Соросовский образовательный журнал, 1996. № 7. С. 26 - 32.
Суточные ритмы. // Кафедра информационной биологии ФЕН НГУ Институт Цитологии и Генетики СО РАН. Лаборатория теоретической генетики (t. nsc. ru/chair/works/dubovenko/pos.php).
Young M.W. The molecular control of circadian behavioral rhythms and their entrainment in Drosophila. // Annu. Rev. Biochem.,1998. V. 67. P. 135 - 152.
Hastings M. The brain, circadian rhythms and clock genes. // BMJ., 1998. V. 317. P. 1704 - 1707.
Dunlap J.C. Molecular Bases for Circadian Clocks. // Cell, 1999. V. 96. P. 271 - 290.
Merrow M., Roenneberg T. The circadian cycle is the whole greater than the sum of its parts? // Trends in genetics, 2001. V. 17. P. 4 – 7.
Panda S., Hogenesch J.B., Kay S.A. // Circadian rhythms from flies to human. // Nature, 2002. V. 417. P.329 – 334.

К теме 10

Мур–Ид М., Салзмен Ф. Внутренняя временная упорядоченность. // Биологические ритмы. В 2 – х т. - М.: Мир,1984. - Т.1. - С. 226 – 275.
Арушанян Э.Б. Комплексное взаимодействие супрахиазматических ядер гипоталамуса с эпифизом и полосатым телом - функционально единая система регуляции суточных колебаний поведения. // Журнал высшей нервной деятельности, 1996. Т. 46. Вып. 1. С. 15 - 21.
Ковальзон В.М. Стресс, сон и нейропептиды. // Природа, 1999. № 5. С 63 - 79.
Замощина Т.А., Саратиков А.С. Участие супрахиазматических ядер гипоталамуса и монаминэргических структур мозга в организации циркадианной системы млекопитающих. // Успехи современной биологии, 2000. Т. 120. № 3. С. 137 - 145.
Савельев С.В. Сравнительная анатомия нервной системы позвоночных. М.: ГЭО ТАР – МЕД,2001. 272с.
Hastings M. A gut feeling for time // Nature, 2002. V. 417. P. 391 - 392.
Menaker M. Circadian Photoreception. // Scince, 2003. V. 299. P. 213 - 214.
Buij R.M., Eden C.G., Goncharuk V.D., Kalsbeek A. The biological clock tunes the organs of the body timing by hormones and the autonomic nervous system. // Journal of endocrinology, 2003. V. 177. P. 17 - 26.
Агаджанян Н.А., Губин Д.Г. Десинхроноз: механизмы развития от молекулярно - генетического до организменного уровня. // Успехи физиологических наук, 2004. - Т. 35. - № 2. С. 57 - 72.
Анисимов В.Н. Эпифиз, биоритмы и старение организма. // Успехи физиологических наук, 2008. Т.39. №4. С. 40 – 65.

К теме 11

Чернышев В.Б. Суточные ритмы. // Проблемы космической биологии. Биологические ритмы. – М.: Наука, 1980. Т. 41. С. 186 – 229.
Алякринский Б.С., Степанова С.И. По закону ритма. М.: Наука, 1985. 176с.
Уинфри А.Т. Время по биологическим часам. М.: Мир,1990. 208с.
Агулова Л.П., Коняева Е.Б. Цикличность гипертонических кризов. // Атлас временных вариаций природных процессов. М., 1999. Т.II.- С.335 – 338.
Гриневич В. Биологические ритмы здоровья. // Наука и жизнь, 2005. №1. С. 28 – 34.
Анисимов В.Н. Эпифиз, биоритмы и старение организма. // Успехи физиологических наук, 2008. Т.39. №4. С. 40 – 65.
Агаджанян Н.А., Губин Д.Г. Десинхроноз: механизмы развития от молекулярно - генетического до организменного уровня. // Успехи физиологических наук, 2004. - Т. 35. - № 2. С. 57 - 72.

VI. ЛИСТ ПЕРЕУТВЕРЖДЕНИЯ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ

Дата	№ протокола кафедрального заседания	Подпись зав. кафедрой
14.09.2009	72

Blog

Рабочая программа дисциплины «хронобиология» Направление 020200 «Биология»

Содержание