సిర్కాడియాన్ రిథమ్
| సిర్కాడియన్ రిథమ్ | |
|---|---|
 మానవ సర్కాడియన్ జీవ గడియారం లక్షణాలు | |
| Organisms | మొక్కలు, జంతువులు, క్షీరదాలు, మానవులు |
| ప్రకంపనలు | కాంతి, ఉష్ణోగ్రత, వాతావరణ పరిస్థితులు |
| Frequency | ప్రతి 24 గంటలకు పునరావృతమవుతుంది |
సిర్కాడియన్ రిథమ్ (సిర్కాడియాన్ సైకిల్ లేదా సిర్కాడియన్ లయ) అంటే ఒక సహజమైన డోలనం (ఆవృతము), ఇది సుమారు ప్రతి 24 గంటలకు పునరావృతమవుతుంది. సిర్కాడియన్ లయలు ఒక జీవి లోపల ఉద్భవించే (అంతర్జనిత) ఏదేని ప్రక్రియను సూచించవచ్చు. ఇది పర్యావరణానికి కూడా ప్రతిస్పందిస్తుంది (పర్యావరణం). సిర్కాడియాన్ గడియారం సిర్కాడియన్ లయని నియంత్రిస్తుంది. ప్రధానంగా దీని పని లయబద్ధంగా జీవ ప్రక్రియలను సమన్వయం చేయడం, తద్వారా అవి ఒక వ్యక్తి దృఢత్వం పెరగడానికి తోడ్పడుతాయి. సిర్కాడియన్ లయలని జంతువులు, మొక్కలు, శిలీంధ్రాలు, సైనోబాక్టీరియాలలో విస్తృతంగా గమనించారు. ఈ జీవులలో అవి స్వతంత్రంగా ఉద్భవించాయని పేర్కొనడానికి ఆధారాలు ఉన్నాయి.[1][2]
సిర్కాడియన్ అనే పదం లాటిన్ 'సిర్కా' నుండి వచ్చింది, దీని అర్థం "చుట్టూ", ఇంకా "రోజు" అని అర్ధం. సాధారణంగా 24 గంటల ఆవృతాలతో కూడిన ప్రక్రియలను రోజువారీ లయలు (diurnal rhythms) అని పిలుస్తారు. ఈ రోజువారీ లయలు పర్యావరణం కాకుండా అంతర్జనితం అని నిర్ధారించకపోతే వాటిని సిర్కాడియన్ లయలు అని పిలవకూడదు.[3]
సిర్కాడియన్ లయలు అంతర్జనితమైనవి అయినప్పటికీ, అవి స్థానిక వాతావరణానికి అనుగుణంగా బాహ్య పరిస్థితులకు కూడా ప్రభావితమయి సర్దుబాటు చేయబడతాయి. వైద్య విధానంలో మానవులలో అసాధారణ సిర్కాడియన్ లయను 'సిర్కాడియాన్ రిథమ్ స్లీప్ డిజార్డర్' అని పిలుస్తారు.[4]
ప్రమాణాలు
[మార్చు]- ఈ లయ సాధారణ పరిస్థితులలో దాదాపు 24 గంటల పాటు కొనసాగుతుంది. దీనిని గ్రీకు అక్షరం τ (టౌ) ద్వారా సూచిస్తారు. ఈ ప్రమాణానికి హేతువు ఏమిటంటే, సిర్కాడియన్ లయ వేరు, రోజువారీ బాహ్య సంకేతాలకు ప్రతిస్పందన అనేది వేరు అనే భావన. సాధారణ జంతువుల (డైఆర్నల్ ఏనిమల్స్) లో (పగటిపూట చురుకుగా), సాధారణంగా τ 24 గంటల కంటే కొంచెం ఎక్కువగా ఉంటుంది, అయితే, నిశాచర (నాక్టర్నల్) జంతువులలో (రాత్రిపూట చురుకుగా), సాధారణంగా τ 24 గంటల కంటే తక్కువగా ఉంటుంది.
- కాంతి, వేడి వంటి బాహ్య ఉద్దీపనలకు గురి చేయడం ద్వారా లయను తిరిగి ఏర్పరచవచ్చు, ఈ ప్రక్రియను ఎంట్రైన్మెంట్ అంటారు. లయను ప్రేరేపించడానికి ఉపయోగించే బాహ్య ఉద్దీపనను జీట్జెబర్" అంటారు. మానవుని వివిధ సమయ మండలాల (ట్రావెల్ జోన్స్) గుండా ప్రయాణించగలగడం, అనేది మానవ జీవ గడియారం స్థానిక సమయానికి అనుగుణంగా ఉండగలిగే సామర్థ్యాన్ని సూచిస్తుంది. ఉదాహరణకి ఒక వ్యక్తి సాధారణంగా తన సిర్కాడియన్ గడియారం స్థానిక సమయంతో సమన్వయం చేయడానికి ముందే జెట్ లాగ్ కు గురిఅవుతాడు.
- ఈ లయలు వివిధ శారీరక ఉష్ణోగ్రతల పరిధిలో సిర్కాడియన్ ఆవర్తనను నిర్వహిస్తాయి. అనేక జీవులు విస్తృత శ్రేణి ఉష్ణోగ్రతల వద్ద జీవిస్తాయి. ఉష్ణ శక్తిలో తేడాలు వాటి కణం(లు)లోని అన్ని పరమాణు ప్రక్రియల గతిప్రక్రియను ప్రభావితం చేస్తాయి. జీవి సిర్కాడియన్ గడియారం మారుతున్న గతితో దాదాపు 24 గంటల ఆవర్తనాన్ని నిర్వహించాలి, ఈ లయను ఉష్ణోగ్రత పరిహారం అని పిలుస్తారు. Q10 ఉష్ణోగ్రత గుణకం, ఈ పరిహార ప్రభావానికి కొలమానం. ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతున్న కొద్దీ Q10 గుణకం సుమారు 1గా ఉంటే, లయను ఉష్ణోగ్రత-పరిహారంగా పరిగణిస్తారు.
జీవులు ఖచ్చితమైన క్రమమైన పర్యావరణ మార్పులను ఊహించడానికి, సిద్ధం అవడానికి సిర్కాడియన్ లయ ఉపయోగపడుతుంది. అందువల్ల అవి పర్యావరణ వనరుల (ఉదాహరణకు కాంతి, ఉష్ణం, ఆహారం) లభ్యతను బాగా ఉపయోగించుకోవడానికి ఈ లయ జీవులకు వీలు కల్పిస్తుంది. అందువల్ల సిర్కాడియన్ లయలు జీవులను పరిణామ పరంగా అంతర్గత జీవక్రియ ప్రక్రియలను నియంత్రించడంలో, సమన్వయం చేయడంలో, పర్యావరణం సమన్వయం చేయటంలో ఎంతో ముఖ్యమైనవిగా కనిపిస్తుంది.[5] స్థిరమైన ప్రయోగశాల పరిస్థితులలో అనేక వందల తరాల తరువాత, అలాగే అడవిలో స్థిరమైన చీకటిలో ఉన్న జీవులలో, ప్రవర్తనా మార్పు ద్వారా శారీరక-సిర్కాడియన్ లయ సూచించబడింది.
జంతువులలో ప్రాధాన్యత
[మార్చు]మనుషులు సహా జంతువులలో కూడా నిద్ర, ఆహార అలవాట్లలో సర్కేడియన్ లయ (circadian rhythmicity) కనిపిస్తుంది. అలాగే శరీరంలోని కేంద్ర ఉష్ణోగ్రత, మెదడు తరంగాల చురుకుదనం, హార్మోన్ ఉత్పత్తి, కణాల పునరుత్పత్తి, ఇతర జీవక్రియల్లో కూడా లయకు సంబంధించిన స్పష్టమైన నమూనాలు ఉంటాయి. అంతేకాకుండా, పగలు లేదా రాత్రి వ్యవధికి జీవులు చూపే శారీరక ప్రతిస్పందన అయిన ఫోటోపీరియాడిజం అనేది మొక్కలు, జంతువులకు రెండింటికీ ఎంతో కీలకం. పగటి వ్యవధిని కొలవడం, అర్థం చేసుకోవడంలో సర్కేడియన్ వ్యవస్థ ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తుంది.
వాతావరణ పరిస్థితులు, ఆహార లభ్యత లేదా మృగాల కార్యకలాపాలకు సంబంధించిన ఋతు కాలాలను ముందుగానే అంచనా వేయగలగడం అనేక జీవజాతుల జీవనానికి అత్యంత అవసరం. ఇది ఒక్కటే ప్రమాణం కాకపోయినా, ఫోటోపీరియడ్ (పగటి వ్యవధి) మార్పు ఋతువులననుసరించి శారీరక ప్రక్రియలు, ప్రవర్తన అత్యంత విశ్వసనీయ పర్యావరణ సంకేతంగా ఉంటుంది. ముఖ్యంగా వలసలు, శీతాకాల నిద్ర (హైబర్నేషన్), ప్రత్యుత్పత్తి సమయాన్ని నిర్ణయించడంలో ఇది కీలక పాత్ర పోషిస్తుంది.[6]
కాంతి సర్కేడియన్ లయను సమన్వయం చేసే ప్రధాన అంశమైనప్పటికీ, ఇతర పర్యావరణ సంకేతాలు కూడా జీవ గడియారంపై ప్రభావం చూపుతాయి. ఆహారం, కాలేయం, కండరాలు, కొవ్వు కణజాలాల్లో పరిధీయ (పెరిఫెరల్) గడియారాలను నియంత్రించడంలో కీలక పాత్ర పోషిస్తుంది. నిర్దిష్ట సమయాల్లో మాత్రమే ఆహారం తీసుకునే విధానం వలన (time-restricted feeding), కాంతి సంకేతాలను మార్చడం ద్వారా ఈ గడియారాలను సర్దుబాటు చేయగలదు. అదనంగా, శారీరక కార్యకలాపాలు సర్కేడియన్ దశపై ప్రభావం చూపుతుంది—ముఖ్యంగా మెలటోనిన్ ఉత్పత్తి, శరీర ఉష్ణోగ్రతను సవరించడం వంటివి. ఉష్ణోగ్రత కూడా ఒక ముఖ్యమైన సమన్వయకారకంగా వ్యవహరిస్తూ, కణస్థాయిలో సర్కేడియన్ లయను మార్చగలదు. చివరగా ఒత్తిడి, గ్లూకోకార్టికోయిడ్ల విడుదల గడియార జీన్ల వ్యక్తీకరణను ప్రభావితం చేసి, జీవ చక్రాలను భంగపరచే అవకాశముంది. కేవలం కాంతి నియంత్రణకే పరిమితం కాకుండా, సర్కేడియన్ లయలను అర్థం చేసుకోవడానికి ఈ అన్ని అంశాల సమన్వయం అత్యంత అవసరం.[7]
మొక్కలలో సర్కేడియన్ లయ
[మార్చు]సర్కేడియన్ లయ, ఋతువులో పరాగసంపర్కకులను (pollinators) ఆకర్షించేందుకు అనువైన సమయంలో ఎప్పుడు పుష్పించాలో మొక్కలకు తెలియజేస్తాయి. దీనిలో ఆకుల కదలిక (Nyctinasty), పెరుగుదల, మొలకెత్తడం, స్టోమాటల్/వాయు మార్పిడి, ఎంజైమ్ కార్యకలాపాలు, కిరణజన్య సంయోగ క్రియ, సువాసన విడుదల వంటి అంశాలు ఉన్నాయి.[8]
పర్యావరణంలోని కాంతి చక్రంతో సమన్వయం సాధించుకునే ప్రక్రియలో మొక్కల్లో సర్కేడియన్ లయలు ఏర్పడతాయి. ఈ లయలు అంతర్గతంగా ఉత్పత్తి అవుతాయి, స్వయంగా కొనసాగుతాయి, పరిసర ఉష్ణోగ్రతల విస్తృత మార్పులలో సాపేక్షంగా స్థిరంగా ఉంటాయి. పర్యావరణంలో జరిగే మార్పులను ముందుగానే అంచనా వేయగలగడం వల్ల, మొక్కలు తమ శారీరక స్థితిలో తగిన మార్పులు చేసుకోగలవు; ఇది వాటికి అనుకూల (adaptive) ప్రయోజనాన్ని అందిస్తుంది.[9]
మొక్కల సర్కేడియన్ లయలపై మెరుగైన అవగాహన వ్యవసాయ రంగంలో అనేక ప్రయోజనాలు కలుగచేస్తుంది. ఉదాహరణకు, పంటల లభ్యతను పెంచేందుకు పంట కోతలను దశలవారీగా నిర్వహించడంలో రైతులకు సహాయపడటం, అలాగే వాతావరణ ప్రభావాల వల్ల కలిగే భారీ నష్టాల నుంచి రక్షణ కల్పించడం వంటి ప్రయోజనాలు ఉన్నాయి.
మానవులలో ప్రభావం
[మార్చు]
పగటి వెలుతురు, గడియారాలు వంటి బాహ్య ఉత్తేజకాల నుంచి వేరు చేసినప్పుడు, చాలా మంది వ్యక్తులు దాదాపు 25 గంటల రోజును ఇష్టపడతారని సర్కేడియన్ లయలపై ప్రారంభ పరిశోధనలు సూచించాయి. అయితే వారు సమయం తెలియచేసే గడియారాలు వంటివి పగటి వెలుతురు నుంచి వేరు చేసినప్పటికీ గదులలోని విద్యుత్ దీపాలు సర్కేడియన్ దశను ఆలస్యం చేయగలవని పరిశోధకులు గుర్తించలేదు.[7] పాల్గొన్నవారికి మేలుకొని ఉన్నప్పుడు దీపం వేసుకోవడం, నిద్రపోవాలనుకున్నప్పుడు ఆర్పివేయడం జాతిరిగింది. సాయంత్రం సమయంలో విద్యుత్ కాంతి వారి సర్కేడియన్ దశను ఆలస్యం చేసింది.[10]
1999లో హార్వర్డ్ విశ్వవిద్యాలయం నిర్వహించిన అధ్యయనం ప్రకారం, సహజ మానవ సర్కేడియన్ లయ దాదాపు 24 గంటలు 11 నిమిషాలుగా ఉంటుందని అంచనా వేశారు. ఇది సౌర దినానికి చాలా దగ్గరగా ఉంది.[11]
2010లో జరిగిన మరో అధ్యయనం మహిళల సర్కేడియన్ కాలం (24.09 గంటలు) పురుషుల కంటే (24.19 గంటలు) కొద్దిగా తక్కువగా ఉంటుంది అని తెలియచేసింది. మహిళలు సాధారణంగా పురుషుల కంటే ముందుగానే మేల్కొనే ధోరణి చూపారని, అలాగే ఉదయపు కార్యకలాపాలకు ఎక్కువ మొగ్గు చూపారని గమనించారు. అయితే ఈ తేడాలకు కారణమైన అంతర్గత జీవశాస్త్రీయ విధానాలు ఇప్పటికీ స్పష్టంగా తెలియలేదు.[12]
జీవశాస్త్రీయ సూచకాలు, ప్రభావాలు
[మార్చు]క్షీరదాల సర్కేడియన్ లయ సమయాన్ని కొలిచేందుకు ఉపయోగించే సూచకాలు ఇవి:
- పైనీయల్ గ్రంథి ద్వారా మెలటోనిన్ స్రావం,
- మానవ శరీర ఉష్ణోగ్రత కనిష్ఠ స్థాయి,[13]
- ప్లాస్మాలో కార్టిసాల్ స్థాయి.[14]
ఉష్ణోగ్రతపై అధ్యయనాల కోసం, వ్యక్తులు మేల్కొని ఉండాలి కానీ దాదాపు చీకటిలో ఉండాలి; ఈ సమయంలో వారి రెక్టల్ ఉష్ణోగ్రతలను కొలుస్తారు. సగటు వయోజనులలో శరీర ఉష్ణోగ్రత సుమారు ఉదయం 5:00 గంటలకు అంటే సాధారణంగా మేల్కొనే సమయానికి సుమారు రెండు గంటల ముందు కనిష్టం అవుతుంది.[7] యువతలో, ఉదయపు రకాలకు రోజువారీ కనిష్ఠ శరీర ఉష్ణోగ్రత ఉదయం 4 గంటలకు, సాయంత్రపు రకాలకు సుమారు ఉదయం 6 గంటలకు ఉంటుందని గుర్తించారు. ఈ కనిష్ఠ స్థాయి ఉదయపు రకాలలో ఎనిమిది గంటల నిద్రకాల మధ్య భాగంలో కనిపించగా, సాయంత్రపు రకాలలో మేల్కొనే సమయానికి మరింత దగ్గరగా కనిపించింది.
సర్కేడియన్ లయకు అనుగుణంగా జరిగే ఇతర శారీరక మార్పుల్లో హృదయ స్పందన రేటు, అనేక కణస్థాయి ప్రక్రియలు కూడా ఉన్నాయి; వీటిలో “ఆక్సిడేటివ్ ఒత్తిడి (Oxidative stress), కణ మెటబాలిజం, రోగనిరోధక వాపు ప్రతిచర్యలు,[10] ఎపిజెనెటిక్ మార్పులు, హైపోక్సియా/హైపెరోక్సియా ప్రతిస్పందన మార్గాలు, ఎండోప్లాస్మిక్ రెటిక్యులర్ ఒత్తిడి, ఆటోఫాజీ, స్టెమ్ సెల్ వాతావరణ నియంత్రణ” ఉన్నాయి.[15]
యువకులపై నిర్వహించిన ఒక అధ్యయనంలో, నిద్ర సమయంలో హృదయ స్పందన సగటు రేటు అత్యల్పంగా ఉండగా, మేల్కొన్న కొద్దిసేపటి తరువాత అత్యధికంగా ఉంటుందని కనుగొన్నారు.[16]
మునుపటి అధ్యయనాలకు భిన్నంగా, శరీర ఉష్ణోగ్రత మనో విజ్ఞాన పరీక్షల పనితీరుపై ప్రభావం చూపదని తాజాగా కనుగొన్నారు. గత అధ్యయనాల్లో పరిశీలించిన ఇతర కార్యాచరణ ప్రాంతాల కంటే, అధిక మేధస్సు పనితీరుకు అనుకూలంగా జరిగిన పరిణామ ఒత్తిళ్ల వల్ల ఇది జరిగి ఉండవచ్చని భావిస్తున్నారు.[7]
మూలాలు
[మార్చు]- ↑ (May 2012). "Peroxiredoxins are conserved markers of circadian rhythms".
- ↑ (2024-06-01). "Sex differences in sleep, circadian rhythms, and metabolism: Implications for precision medicine".
- ↑ Vitaterna MH, Takahashi JS, Turek FW (2001). "Overview of circadian rhythms". Alcohol Research & Health. 25 (2): 85–93. PMC 6707128. PMID 11584554.
- ↑ Bass J (November 2012). "Circadian topology of metabolism". Nature. 491 (7424): 348–356. Bibcode:2012Natur.491..348B. doi:10.1038/nature11704. PMID 23151577.
- ↑ Johnson C (2004). Chronobiology: Biological Timekeeping. Sunderland, Massachusetts, USA: Sinauer Associates, Inc. pp. 67–105.
- ↑ Zivkovic, BC (2007-07-25). "Clock Tutorial #16: Photoperiodism – Models and Experimental Approaches (original work from 2005-08-13)". A Blog Around the Clock. ScienceBlogs. Archived from the original on 2008-01-01. Retrieved 2007-12-09.
- ↑ 7.0 7.1 7.2 7.3 Takahashi, Joseph S. (2017). "Transcriptional architecture of the mammalian circadian clock". Nature Reviews Genetics. 18 (3): 164–179. doi:10.1038/nrg.2016.150. PMC 5501165. PMID 27990019.
- ↑ Webb AA (November 2003). "The physiology of circadian rhythms in plants". The New Phytologist. 160 (2): 281–303. Bibcode:2003NewPh.160..281W. doi:10.1046/j.1469-8137.2003.00895.x. JSTOR 1514280. PMID 33832173.
- ↑ McClung CR (April 2006). "Plant circadian rhythms". The Plant Cell. 18 (4): 792–803. Bibcode:2006PlanC..18..792M. doi:10.1105/tpc.106.040980. PMC 1425852. PMID 16595397.
- ↑ 10.0 10.1 Khalsa SB, Jewett ME, Cajochen C, Czeisler CA (June 2003). "A phase response curve to single bright light pulses in human subjects". The Journal of Physiology. 549 (Pt 3): 945–52. doi:10.1113/jphysiol.2003.040477. PMC 2342968. PMID 12717008.
- ↑ Cromie, W (1999-07-15). "Human Biological Clock Set Back an Hour". Harvard Gazette. Retrieved 2015-07-04.
- ↑ Duffy JF, Cain SW, Chang AM, Phillips AJ, Münch MY, Gronfier C, Wyatt JK, Dijk DJ, Wright KP, Czeisler CA (September 2011). "Sex difference in the near-24-hour intrinsic period of the human circadian timing system". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (Supplement_3): 15602–8. Bibcode:2011PNAS..10815602D. doi:10.1073/pnas.1010666108. PMC 3176605. PMID 21536890.
- ↑ Benloucif S, Guico MJ, Reid KJ, Wolfe LF, L'hermite-Balériaux M, Zee PC (April 2005). "Stability of melatonin and temperature as circadian phase markers and their relation to sleep times in humans". Journal of Biological Rhythms. 20 (2): 178–88. doi:10.1177/0748730404273983. PMID 15834114.
- ↑ Adam EK, Quinn ME, Tavernier R, McQuillan MT, Dahlke KA, Gilbert KE (September 2017). "Diurnal cortisol slopes and mental and physical health outcomes: A systematic review and meta-analysis". Psychoneuroendocrinology. 83: 25–41. doi:10.1016/j.psyneuen.2017.05.018. PMC 5568897. PMID 28578301.
- ↑ "NHLBI Workshop: "Circadian Clock at the Interface of Lung Health and Disease" 28-29 April 2014 Executive Summary". National Heart, Lung, and Blood Institute. September 2014. Archived from the original on 2014-10-04. Retrieved 20 September 2014.
- ↑ Degaute JP, van de Borne P, Linkowski P, Van Cauter E (August 1991). "Quantitative analysis of the 24-hour blood pressure and heart rate patterns in young men". Hypertension. 18 (2): 199–210. doi:10.1161/01.hyp.18.2.199. PMID 1885228.