כרונוביולוגיה

כרונוביולוגיה (מלטינית: כרונו – "זמן", ביולוגיה – "חקר היצורים החיים") הוא תחום מחקר במדע שחוקר תופעות מחזוריות ביצורים חיים וההתאמות שלהם למקצבי המחזור של כדור הארץ השמש והירח. מקצבים אלו ידועים כמקצבים ביולוגים. חקר הכרונוביולוגיה קשור לפיזיולוגיה, גנטיקה, ביולוגיה מולקולרית, התנהגות יצורים חיים (אתולוגיה), אנטומיה משווה, התפתחות, רבייה, אקולוגיה וכן אבולוציה.

תיאור
עבור פעילויות ביולוגיות רבות ביצורים חיים ניתן להבחין בשונות במשך ובתזמון התהליכים השונים. בבעלי חיים, תהליכים עבורם יכולה להיות שונות הקשורה בכרונוביולוגיה כוללים: אכילה, שינה, רבייה, תרדמת חורף, נדידה, התחדשות תאית ועוד. בצמחים ייתכנו השפעות כרונוביולוגיות בתנועות עלים, תגובות פוטוסינתטיות ועוד. שונות הקשורה במקצבים מחזוריים התגלתה אף ביצורים נוספים כגון פטריות וציאנובקטריה. המקצב (ריתמוס) החשוב ביותר הוא המקצב הצירקדיאני (יומי), הנמשך בערך 24 שעות ונראה בתגובות פיזיולוגיות בכל היצורים הללו.

ניתן למצוא גם מקצבים נוספים:
עונתי (רבייה, נדידה), שנתי, שבועי, חודשי (המחזור החודשי באישה), מחזורים קצרים מ-24 שעות (מחזורי שינה, הפרשת הורמון גדילה), מחזורי גאות ושפל ועוד. מקצבים אלה מושפעים מסיבוב הירח סביב כדור הארץ ומסיבוב כדור הארץ סביב השמש.

היסטוריה
מקצב יומי (צירקדיאני) התגלה לראשונה במאה ה-16 בתנועת עלי צמח על ידי המדען הצרפתי ז'אק-ז'אק ד'אורטוס דה מרה . ב-1751 הבוטנאי השוודי קארולוס ליניאוס פיתח שעון צמחי תוך שימוש בכמה מינים של פרחים. על ידי סידור הצמחים במעגל הוא בנה שעון שהראה את השעה ביום לפי אילו פרחים היו פתוחים ואילו היו סגורים.
בשנות ה-60 של המאה ה-19, קארל ארנסט פון בר (von Baer) כתב על הזמן הביולוגי והשונות שלו במינים שונים של בעלי חיים. יאקוב פון איקסקול (von Uexkull) המשיך את מחקרו.

בשנת 1924 אלכסנדר צ'יז'בסקי, בוגר בית הספר לרפואה באוניברסיטת מוסקבה, פרסם מספר עבודות: "גורמים פיזיקליים מאחורי תהליכי ההיסטוריה" ו"קטסטרופות אפידמיולוגיות ופעילות מחזורית של השמש" שבדקו מחזורים ביצורים חיים ביחס למחזור הסיבוב השנתי של כדור הארץ סביב השמש ולמחזור החודשי של הירח סביב כדור הארץ. צ'יז'בסקי פיתח דיסציפלינה חדשה, הליוביולוגיה, ענף מתוך אסטרוביולוגיה. ב-1939 צ'יז'בסקי נבחר לנשיא כבוד של הקונגרס הבין-לאומי של פיזיקה ביולוגית, על פרסומיו מ-1936 "ההד היבשתי של סערות שמש" (ברוסית А.Л.Чижевский. Земное эхо солнечных бурь) אך מעט לאחר מכן נעצר על ידי המשטר הקומוניסטי והוגלה לסיביר תחת שלטונו של יוסיף סטלין. מאמריו של צ'יז'בסקי משנות ה-30 של המאה ה-20 צונזרו כולל מחקר על דם ומדדים אלקטרומגנטיים של כדוריות דם אדומות והקשר שלהם עם מחזורים יומיים באדם. מאמרים אלו ראו אור 40 שנה לאחר מכן ב-1973.

נדמה כי ענף הכרונוביולוגיה נוסד במהלך ועידה שהתרחשה בשנות ה-60 במעבדות קולד ספרינג הרבור בארצות הברית. בוועידה זו גילו מדענים ממגוון תחומים שונים כי הם למעשה חוקרים חלק מאותה תופעה. בשנות ה-60 פטרישיה דקורסי  הגתה את "עקומת מקטע התגובה" (PRC phase response curve). כיום הוא אחד הכלים השימושיים בתחום הכרונוביולוגיה.

הגאולוג הצרפתי מישל סיפר נידב את גופו לביצוע שלושה ניסויים שמטרתם הייתה לבדוק את השפעות חוסר מקור אור חיצוני על מקצב השעון הביולוגי. הניסוי נערך במערה, כאשר יש צוות ניטור מדדי גוף המקושר אליו טלפונית, אך לא מדווח על השעה. בשנים 1966 שהה לבדו 60 ימים, ב-1972 שעה 160 יום, וב-1999 שעה כמה חודשים. חלק מתוצאות הניסויים העלו שינוי קיצוני של אורך השעון הצירקדי עד כדי 48 שעות למחזור, שינוי במצב הנפשי, איבוד הקאורדינציה העדינה ועוד.

פרנץ הלברג  מאוניברסיטת מינסוטה, שקבע את המילה ציקרדי ("בערך יומי"), נחשב כ"אבי כרונוביולוגיה האמריקאית". עם זאת, מי שנבחר לעמוד בראש ה'חברה לחקר מחזורים ביולוגים' בשנות ה-70 היה קולין פיטנדרי (Pittendrigh). נטייתו של הלברג לקידום המחקר בבני אדם ומחלות היא שעמדה לו לרועץ. פיטנדרי תמך במחקר אבולוציוני-אקולוגי. ואכן בשנים אלו חוקרי החברה ערכו מחקרים בסיסיים על מגוון רחב של יצורים, כולל צמחים ולא רק בעלי חיים. בשנים האחרונות עיקר המימון בתחום הכרונוביולוגיה מופנה לחקר עכברים, חולדות, בני אדם וזבובי פירות.

דוגמה לתחומי מחקר בכרונוביולוגיה הוא הטיפול באור ומתן מלטונין וכן האיפוס של המקצב בבני אדם ובבעלי חיים. למשל, ההבדל בין אנשים ששעות הפעילות המועדפות עליהם הן שעות הבוקר לבין האנשים המעדיפים את שעות הלילה. כיום יש דרכי הערכה רבות למקצבים שניתן למדוד.

במחצית השנייה של המאה ה-20, תרומה משמעותית למחקר נעשתה על ידי חוקרים אירופאים כמו יורגן אשוף  ופיטנדרי שחקרו את היכולת לשלוט במקצב הצירקדי על ידי אור.

המקצבים הביולוגיים נשלטים על ידי השעון הביולוגי. חלק עיקרי של התהליכים המגדירים את השעון הביולוגי נמצאים במוח (ראו למשל הגרעין העל-תצלובתי), אך שעונים נוספים נמצאו גם ברקמות נוספות בגופם של האדם ובעלי חיים. תהליכים מסוימים מראים פעילות מחזורית אף ברמת התא הבודד. בצמחים ממוקמת פעילות השעון בחלקי צמח שונים.

תחומים קשורים
הכרונוביולוגיה היא מדע בינתחומי. היא קשורה לרפואה ולתחומי מחקר נוספים כמו יעפת (ג'ט לג), הפרעות שינה, אנדוקרינולוגיה, מדעי הזיקנה, רפואת ספורט, רפואת חלל ופוטופריודה.

הכרונוביולוגיה אינה כוללת את התורה הלא מבוססת של ביוריתמוסים, הטוענת לתאר קבוצה של שונויות מחזוריות בהתנהגות בני אדם תוך התבססות על מחזורים פזיולוגיים ורגשיים.

ראו גם
 שעון צירקדי
הגרעין העל-תצלובתי

לקריאה נוספת
 Jay C. Dunlap, Jeniffer J. Loros, Patricia J DeCoursey, Chronobiology: Biological Timekeeping, Sinauer Associates Inc. Publishers, Sunderland, Massachusetts, USA, 2004

קישורים חיצוניים



הערות שוליים

*
קטגוריה:ערכים שבהם תבנית בריטניקה אינה מתאימה
קטגוריה:תחומים בביולוגיה