Колин Питтендри

Колин С. Питтендри
Рожденный	( 1918-10-13 ) 13 октября 1918 г. Уитли Бэй , Нортумберленд , Англия
Умер	19 марта 1996 г. (19 марта 1996 г.) (77 лет) Бозман, Монтана , США
Национальность	Английский
Альма-матер	Университет Дарема Колумбийский университет
Известный	Циркадные ритмы
Научная карьера
Поля	Хронобиология , Биология
декан Высшая школа Принстонского университета
В офисе 1965–1969
Предшественник	Дональд Росс Хэмилтон
Преемник	Аарон Лемоник

Колин Стивенсон Питтендри (13 октября 1918 г. - 19 марта 1996 г.) британского происхождения был биологом , который провел большую часть своей взрослой жизни в Соединенных Штатах. Питтендри считается «отцом биологических часов» и основал современную область хронобиологии вместе с Юргеном Ашоффом и Эрвином Бюннингом . Он известен своими тщательными описаниями свойств циркадных часов у дрозофилы и других видов, а также созданием первых формальных моделей того, как циркадные ритмы подключаются (синхронизируются) с локальными циклами света и темноты.

Жизнь

Ранний период жизни

Колин Питтендри родился в Уитли-Бэй, на побережье Нортумберленда (сегодня Тайн и Уир ) 13 октября 1918 года. Свою первую степень по ботанике он получил в 1940 году в Даремском университете, ныне Университете Ньюкасл-апон-Тайн .

Зачисление

Питтендри отказывался от военной службы по соображениям совести , и поэтому во время Второй мировой войны его направили на военную службу, чтобы попытаться улучшить производство бананов и других фруктов, которые отправлялись в Великобританию во время войны. Он также работал биологом в Фонде Рокфеллера и правительстве Тринидада, занимаясь борьбой с малярией вблизи военных баз. Он изучал эпидемиологию малярии, передающейся комарами, размножающимися в эпифитных бромелиях («резервуарах», образованных перекрывающимися листьями) в пологе леса. Он сделал острые наблюдения за распространением бромелиевых в пологах леса и между контрастными лесными формациями. Он наблюдал суточные ритмы активности комаров, особенно отмечая, что время пиковой активности было разным для разных видов на разных уровнях полога. Его работа с ритмами укусов этих комаров привела к развитию его интереса к биологическим ритмам, который позже привел к его экспериментальным исследованиям ритма эклозии у дрозофилы.

Брак и дети

Питтендри женился на Маргарет «Майки» Дороти Эйтельбах во время войны. Вскоре после этого они переехали в Тринидад и жили в тропическом лесу, где Питтендри занимался борьбой с малярией в рамках военных действий. Он вернулся в Соединенные Штаты в 1945 году. У Маргарет и Колина было двое детей: Робин Рурк, который в настоящее время живет в Луисвилле, штат Колорадо, и Колин-младший, который живет в Бозмане. У Питтендри были внук и внучка. Питтендри был заядлым рыболовом и любителем активного отдыха, и он и его жена уехали в Бозман, штат Монтана, из-за своей любви к Скалистым горам .

Академическая карьера

После войны Питтендри поступил в Колумбийский университет , чтобы получить докторскую степень. по биологии под руководством эволюционного генетика Феодосия Добжанского . Окончив Колумбийский университет в 1947 году, он поступил на факультет в Принстоне . в качестве доцента биологии, где он начал свою работу в области циркадных ритмов. Во время учебы в Принстоне он получил гражданство США в 1950 году и работал деканом аспирантуры с 1965 по 1969 год. Питтендри также работал в различных национальных научных советах, включая Научный консультативный комитет при администраторе Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства ( НАСА ).

В 1969 году Питтендри покинул Принстон, чтобы поступить на факультет Стэнфорда , где он помог основать программу по биологии человека, а позже стал директором морской станции Хопкинса . Будучи директором Морской станции Хопкинса в 1976-1984 годах, Питтендри помог восстановить Стэнфордскую лабораторию морской биологии, имеющую вековую историю, внедрив современную молекулярную биологию, экологию и биомеханику и превратив станцию ​​во всемирно известный и энергичный центр. один."

Питтендри ушел из Стэнфорда в 1984 году и переехал в Бозман, штат Монтана. Здесь он продолжил свои исследования биологических часов, работая с преподавателями и читая лекции в Университете штата Монтана – Бозман.

Дружба с Юргеном Ашоффом

Питтендри встретил Юргена Ашоффа в 1958 году, когда Ашофф впервые посетил Соединенные Штаты. Питтендри изучал скорость вылета плодовых мух, а Ашофф изучал непрерывный циркадный ритм птиц, млекопитающих и людей. Они пришли к двум различным выводам относительно модели вовлечения : Ашофф поддержал концепцию параметрического вовлечения (постепенное вовлечение в течение дня), а Питтендри поддержал концепцию непараметрического вовлечения (вовлечение происходит внезапно и один раз в день). Несмотря на противоположные взгляды, Ашофф и Питтендри остались близкими друзьями, и на протяжении всей жизни у них был интенсивный обмен заметками и идеями. Серж Даан описал их исследования как «всегда в гармонии, но никогда не синхронно».

Научная карьера

Исследования малярии и популяции комаров в Тринидаде (1939–1945 гг.)

Во время Второй мировой войны Питтендри был отправлен на Тринидад, чтобы помогать выращивать овощи для кампании в Северной Африке и разрабатывать методы борьбы с малярией, поражающей войска там. Здесь он сделал важные открытия о способах размножения комаров и их потребности в бромелиевых водоемах для размножения . Питтендри нашел гениальное решение борьбы с популяцией комаров. Поскольку они размножались в резервуарах с водой, собираемой на этих растениях, уничтожение резервуаров уничтожило популяцию комаров. Распыление раствора сульфата меди (CuSO4) (нетоксичного для человека) на бромелиевых убило их и разрушило среду размножения комаров. В дополнение к исследованиям малярии, исследования Питтендригом суточных ритмов активности комаров пробудили в нем интерес к биологическим часам - предмету, которым он полностью занялся позже в Принстоне.

Ранние исследования дрозофилы и моделирование увлечения (1947–1967)

Питтендри сыграл важную роль в установлении многих ключевых критериев, которыми должна обладать биологическая система, чтобы считаться биологическими часами. Его работа по изучению ритмов эклозии (процесс выхода насекомого из стадии куколки ) Drosophila pseudoobscura. продемонстрировали, что 1) ритмы эклозии сохраняются без воздействия окружающей среды (т.е. в постоянных условиях), 2) в отличие от большинства химических реакций, период эклозии остается относительно постоянным при воздействии изменений температуры окружающей среды («температурная компенсация»), и 3) ритмы эклозии могут захватываться световыми циклами, близкими к естественному периоду (τ) мух.

Начиная с 1958 года Питтендри разработал концепцию кривой фазового отклика или PRC. КНР позволила хронобиологам предсказать, как на биологическую систему повлияет изменение режима освещения. PRC, обнаруженные почти одновременно в лабораториях Питтендри и Вуди Гастингса, послужили основой для непараметрической модели вовлечения, которая вскоре была предложена Питтендри. Эта непараметрическая модель увлечения предсказала, что разница между периодом окружающей среды (T) и собственным периодом организма (τ) мгновенно корректируется каждый день, когда свет падает на определенную фазу (φ) цикла, где фазовый сдвиг (Δφ) равен к этой разнице генерируется. Это отражается выражением: Δφ(φ)= τ – T.

Хотя КНР сыграла неоценимую роль в понимании вовлеченности, в этой модели есть несколько заметных проблем. КНР, хотя и точна в описании ритмов эклозии дрозофилы, испытывает трудности с предсказанием различных аспектов вовлечения млекопитающих. Сжатие субъективных дневных или ночных интервалов у млекопитающих приводит к изменениям активности, не прогнозируемым КНР. Позже было показано, что эти различия частично обусловлены тем, что τ и PRC являются податливыми объектами, которые можно модифицировать посредством вовлечения. Сам Питтендри признавал, что его модель вовлечения основана на упрощении и не может точно смоделировать все случаи вовлечения. Тем не менее, эта модель сыграла важную роль в нашем понимании вовлечения и сегодня широко используется для обучения концепции непараметрического вовлечения.

Близкий друг Питтендри, Ашофф, предложил контрастирующую параметрическую модель увлечения, в которой он предположил, что свет либо удлиняет, либо сокращает эндогенный период (τ), одновременно изменяя базовую линию колебаний. Эта параметрическая модель предположила, что свет может влиять на период циркадных колебаний и изменять форму – или форму волны – и уровень, вокруг которого перемещаются колебания. Хотя непрерывная модель вовлечения Ашоффа в значительной степени отошла на второй план, важно помнить, что вклад Ашоффа помог устранить и объяснить недостатки непараметрической модели вовлечения Питтендри, которая сейчас широко преподается и принимается.

Работать с НАСА

был сопредседателем комитета Национальной академии по исследованию Марса В 1964–65 годах Питтендри вместе с Джошуа Ледербергом , чтобы исследовать, существует ли жизнь на Марсе. Проект проводился в Стэнфордском университете и Институте Рокфеллера в Нью-Йорке, начиная с лета 1964 года и заканчивая в октябре 1965 года. В тот же период он получил экзобиологический грант НАСА за исследование «Циркадные ритмы на биоспутнике и на Земле». который изучал, как пребывание на орбите может влиять на циркадные ритмы (хотя неясно, на каких организмах он изучал, и более поздних публикаций по этому исследованию найти не удалось). Питтендри также участвовал в работе комиссии по борьбе с загрязнением в Международном комитете по космическим исследованиям (КОСПАР). который касается риска заражения Марса жизнью с Земли и, таким образом, уничтожения возможности человека узнать, возникла ли жизнь на Марсе спонтанно. В 1966 году Питтендри стал соавтором книги «Биология и исследование Марса: отчет об исследовании», в которой описаны результаты экзобиологического исследования 1964–65 годов.

Исследование циркадного водителя ритма ночных грызунов (1973 г.)

Питтендри и Даан опубликовали серию из пяти статей, в которых сообщили о своих выводах о свойствах циркадных кардиостимуляторов ночных грызунов. Ниже приведены некоторые основные выводы:

Одноимпульсная система Вместо того, чтобы освещать грызунов светом в течение длительного непрерывного периода (например, 12 часов), чтобы представить «дневное время», Питтендри показал, что 15-минутного светового импульса, излучаемого в течение субъективной ночи, достаточно, чтобы вызвать фазовый сдвиг у животных. Это подтверждает непараметрическое свойство циркадных часов.

Межвидовые и внутривидовые различия в ответах на световые импульсы (т.е. разница в ПКЦ)Независимо от того, принадлежат ли они к одному и тому же виду или нет, грызуны с более длинным периодом (τ) имеют большую зону опережения в своем PRC, поскольку им необходимо чаще иметь фазовые задержки, чтобы переключиться на местное время (24 часа). Обратное верно для грызунов с более коротким периодом (τ). Его значение для реальной жизни состоит в том, что у большинства дневных организмов, включая человека, периоды жизни превышают 24 часа; поэтому они, как правило, имеют большую зону продвижения в своей КНР. С другой стороны, у ночных животных периоды часто короче 24 часов; таким образом, они имеют большую зону задержки.

Двухимпульсная система (или скелетный фотопериод) Чтобы проверить эффект фотопериодизма (т.е. изменения продолжительности светового дня), Питтендри и Даан изобрели двухимпульсную систему с одной вспышкой на рассвете и другой вспышкой в ​​сумерках, а также изменили интервал между двумя световыми импульсами, чтобы имитировать изменение фотопериода. . Когда фотопериод (т. е. дневное время) становится длиннее 12 часов, происходит фазовый скачок (также называемый ψ Jump, где ψ — фазовый угол увлечения), при котором первоначальная ночная активность переходит в более продолжительное дневное время, и ψ резко меняется, поскольку часы теперь второй световой импульс воспринимается как начало света и начало дня. Тем не менее в природе, где фотопериод полный (т.е. свет светит постоянно в течение дня), скачка ψ не наблюдается. Это подтверждает модель параметрического эффекта света Ашоффа.

Модель с двумя генераторами При постоянном освещении и высокой интенсивности освещения Питтендри наблюдал, как двигательная активность хомяков разделяется на две части, каждая из которых имеет свой период. Таким образом, он предложил модель двойного осциллятора E&M (вечерний и утренний). Обычно два генератора связаны друг с другом и генерируют промежуточный период автономной работы, который мы обычно измеряем. Однако при постоянной высокой интенсивности света два осциллятора разъединяются, и каждый из них работает свободно со своим собственным периодом, пока они не стабилизируются на расстоянии 180 ° друг от друга или снова не воссоединятся. Их влияние друг на друга тем больше, чем ближе друг к другу пики их активности. Модель количественно учитывает τ и α, суммированные в правиле Ашоффа, а последствия на период автономного хода прогнозируются на основе предшествующей истории света и тьмы.

По мере развития технологий молекулярной биологии исследователи нашли множество молекулярных подтверждений модели двойного осциллятора E&M. Например, эксперименты с клетками, продуцирующими PDF (фактор диспергирования пигмента), у дрозофилы показывают, что PDF достаточно для генерации утренней активности, но не оказывает влияния на вечерний пик. У млекопитающих, в то время как у нормального хомяка SCN ( супрахиазматическое ядро ) (основной циркадный водитель ритма у млекопитающих) с двух сторон находятся в синфазе друг с другом, у разделенного хомяка SCN находятся в противофазе друг с другом. Продолжающиеся исследования направлены на то, чтобы охарактеризовать вечерний осциллятор и изучить взаимодействие между осцилляторами E&M.

Более поздние исследования (1989)

Последняя часть исследований Питтендри посвящена изучению температурной зависимости фотопериодических реакций у дрозофилы. Эта работа сыграла решающую роль в разработке фотопериодической кривой отклика (PPRC), фазовой кривой, которая учитывает сезонные изменения продолжительности светового дня при описании уноса. Он предложил другую модель с двумя генераторами, в которой главный генератор чувствителен к свету, а ведомый генератор чувствителен к температуре. Эта модель объясняет его наблюдения о значительных реакциях вовлечения на различную фотостимуляцию и ослабленных, но все же значимых реакциях на изменение температуры. Питтендри также сотрудничал с Кнопкой в ​​изучении пермутантов дрозофилы (которые генетически имеют более длинные или более короткие внутренние периоды из-за мутации в гене) и их различных реакций захвата на температурные и световые раздражители. У пермутантов нарушена температурная зависимость, что позволяет предположить, что активность температурного осциллятора у мутантов снижена по сравнению с диким типом. Это еще одно свидетельство в пользу системы двойной модели температуры и света.

Хронология достижений

• 1940: Окончание Даремского университета в Англии.
• 1940–1945: находился в Тринидаде, работал над проблемой малярии для Фонда Рокфеллера.
• 1948: Докторская диссертация в Колумбийском университете.
• 1947: доцент кафедры биологии Принстонского университета.
• 1950: Стал гражданином США.
• 1960: Возглавлял организационный комитет симпозиума Колд-Спринг-Харбор по биологическим часам.
• 1969: Начал свою работу в Стэнфордском университете.
• 1976–1984: директор морской станции Хопкинса .

Должности и почести

• Член старшего персонала НАСА
• Исследование Национальной академии наук : «Биология и исследование Марса».
• Член Национальной академии наук
• Член Американской академии искусств и наук
• Член Американского философского общества
• Стипендия Гуггенхайма
• Александра фон Гумбольдта Премия
• Золотая медаль Чешской академии наук.
• Директор морской станции Хопкинса (1976–1984 гг.)
• Президент Американского общества натуралистов
• Вице-президент Американской ассоциации содействия развитию науки

Внешние ссылки

• Колин С. Питтендри, 77 лет, биолог и эксперт по внутренним «часам», The New York Times , 26 марта 1996 г.
• Колд-Спринг-Харбор
• Словарь циркадной физиологии