Colin Pittendrigh - Colin Pittendrigh

Colin S. Pittendrigh
Født	( 1918-10-13 )13. oktober 1918 Whitley Bay , Northumberland , England
Døde	19. mars 1996 (1996-03-19)(77 år) Bozeman, Montana , USA
Nasjonalitet	Engelsk
Alma mater	University of Durham Princeton University
Kjent for	Døgnrytmer
Vitenskapelig karriere
Enger	Kronobiologi , biologi
Dekan ved Princeton University Graduate School
På kontoret 1965–1969
Foregitt av	Donald Ross Hamilton
etterfulgt av	Aaron Lemonick

Colin Stephenson Pittendrigh (13. oktober 1918-19. mars 1996) var en britiskfødt biolog som tilbrakte mesteparten av sitt voksne liv i USA. Pittendrigh blir sett på som "faren til den biologiske klokken", og grunnla det moderne feltet innen kronobiologi sammen med Jürgen Aschoff og Erwin Bünning . Han er kjent for sine nøye beskrivelser av egenskapene til døgnklokken i Drosophila og andre arter, og gir de første formelle modellene for hvordan døgnrytmer innleder (synkroniserer) til lokale lys-mørke sykluser.

Han oppnådde sin botanikkgrad ved University of Durham ( King's College ) i 1940. Han ble tildelt krigstjeneste som biolog i Trinidad under andre verdenskrig og studerte malariatransmisjon av mygg. Etter krigen gikk han på Columbia University for å studere for sin doktorgrad . Senere begynte han på fakultetet ved Princeton University og startet sin kronobiologiske forskning. Han var også leder av et Mars-leteprosjekt ved NASA fra 1964 til 1966.

Det definerende prinsippet som Pittendrigh utviklet gjennom karrieren var at egenskapene til døgnklokken er uavhengige av atferdene den kontrollerer. Dette ga ham friheten til å studere klokken gjennom en rekke fysiologiske funksjoner fra klekking av fruktfluer til gnagers bevegelsesaktiviteter. Han utførte en rekke eksperimenter for å demonstrere at døgnrytmen er iboende og uavhengig av miljøtegn. Han førte en berømt og langvarig debatt med Frank Brown, ved Northwestern University , om hvorvidt døgnkontrollen er iboende eller miljødrevet. Pittendrighs data og argument seiret til slutt og vakte interesse for kronobiologi.

Pittendrigh døde av kreft tirsdag 19. mars 1996 hjemme hos ham i Bozeman , Montana. Han har blitt sett på som en av de mest innflytelsesrike figurene på feltet, og forskningen hans påvirker feltet kronobiologi selv etter hans død. Society for Research on Biological Rhythms holder toårige forelesninger oppkalt til ære for Pittendrigh og Aschoff.

Liv

Tidlig liv

Colin Pittendrigh ble født i Whitley Bay, ved kysten av Northumberland (i dag Tyne and Wear ) 13. oktober 1918. Han fikk sin første grad i botanikk i 1940 fra University of Durham, nå University of Newcastle upon Tyne .

Opptak

Pittendrigh var en samvittighetsnekter, og så under andre verdenskrig ble han tildelt krigstjeneste for å prøve å forbedre produksjonen av bananer og annen frukt som ble sendt til Storbritannia under krigen. Han jobbet også som biolog for Rockefeller Foundation og regjeringen i Trinidad for å kontrollere malaria i nærheten av militærbaser der. Han studerte epidemiologien til malaria overført av mygg som hekker i epifytisk bromeliad ("tanker" dannet av overlappende blader) i skogkronen. Han gjorde akutte observasjoner om bromeliadfordeling i skogkroner og mellom kontrasterende skogformasjoner. Han observerte daglige rytmer i myggaktivitetsmønstre, og bemerket spesielt at toppaktivitetstidene var forskjellige for forskjellige arter på forskjellige baldakinivåer. Hans arbeid med de bitende rytmene til disse myggene var ansvarlig for utviklingen av hans interesse for biologiske rytmer, noe som senere førte til hans eksperimentelle studier av eklosjonsrytme i Drosophila.

Ekteskap og barn

Pittendrigh giftet seg med Margaret "Mikey" Dorothy Eitelbach under krigen. Like etter flyttet de til Trinidad og bodde i regnskogen, hvor Pittendrigh jobbet med malariakontroll som en del av krigsinnsatsen. Han kom tilbake til USA i 1945. Margaret og Colin hadde to barn, Robin Rourk, som for tiden bor i Louisville, Colorado og Colin Jr., som bor i Bozeman. Pittendrigh hadde et barnebarn og et barnebarn. Pittendrigh var en ivrig fluefisker og friluftsmann, og han og kona trakk seg tilbake til Bozeman, Montana på grunn av deres kjærlighet til Rocky Mountains .

Akademisk karriere

Etter krigen gikk Pittendrigh på Columbia University for å studere for sin doktorgrad. under den evolusjonære genetikeren Theodosius Dobzhansky . Da han avsluttet ved Columbia i 1947, begynte han på fakultetet i Princeton , som assisterende professor i biologi, hvor han begynte arbeidet med døgnrytmer. Mens han var i Princeton, fikk han sitt amerikanske statsborgerskap i 1950 og tjente som dekan for doktorgradsstudier fra 1965 til 1969. Pittendrigh tjenestegjorde også i en rekke nasjonale vitenskapelige styrer, inkludert Science Advisory Committee til administratoren av National Aeronautics and Space Administration ( NASA) ).

I 1969 forlot Pittendrigh Princeton for å bli med på fakultetet i Stanford, hvor han hjalp til med å finne programmet i humanbiologi og ble senere direktør for Hopkins Marine Station . Mens han fungerte som direktør for Hopkins Marine Station i 1976-1984, får Pittendrigh æren for å ha bidratt til å gjenoppbygge Stanfords århundre gamle havbiologiske laboratorium, bringe inn moderne molekylærbiologi, økologi og biomekanikk og gjøre stasjonen til et internasjonalt kjent og kraftig en."

Pittendrigh trakk seg fra Stanford i 1984 og flyttet til Bozeman, Montana. Her fortsatte han studiene av biologiske klokker, jobbet med fakultetet og foreleste ved Montana State University - Bozeman.

Vennskap med Jürgen Aschoff

Pittendrigh møtte Aschoff i 1958 da Aschoff gjorde sitt første besøk i USA. Pittendrigh studerte øklosjonshastigheten til fruktfluer, mens Aschoff studerte den kontinuerlige døgnrytmen til fugler, pattedyr og mennesker. De nådde to forskjellige konklusjoner av entrainment -modellen med Aschoff som støttet et parametrisk entrainment -konsept (gradvis entrainment gjennom dagen) og Pittendrigh støttet et nonparametrisk entrainment -konsept (entrainment er plutselig og en gang om dagen). Til tross for motstridende synspunkter, forble Aschoff og Pittendrigh nære venner, og de hadde en livslang intens utveksling av notater og ideer. Forskningen deres ble beskrevet av Serge Daan som "alltid i harmoni, aldri i synkronisering."

Vitenskapelig karriere

Forskning på malaria og myggbefolkningen i Trinidad (1939 - 1945)

Under andre verdenskrig ble Pittendrigh sendt til Trinidad for å hjelpe med å avle grønnsaker til den nordafrikanske kampanjen og utvikle metoder for å kontrollere malariaplagerende tropper der. Her gjorde han viktige funn om myggenes avlsvaner og deres behov for bromeliadvannreservoarer for å avle. Pittendrigh fant en genial løsning for å kontrollere myggbestanden. Siden de avlet i vanntankene som samlet seg på disse plantene, ødela myggbefolkningen ved å eliminere tankene. Sprøyting av en kobbersulfat (CuSO4) løsning (giftfri for mennesker) på bromeliaene drepte dem og ødela myggens avlsmiljø. I tillegg til malariaforskningen hans, utløste Pittendrighs studier av myggenes daglige rytmer hans interesse for biologiske klokker, et emne som han kom til å forfølge helt senere i Princeton.

Tidlig forskning på drosophila og entrainment-modellering (1947-1967)

Pittendrigh var innflytelsesrik i etableringen av mange av de viktigste kriteriene som et biologisk system må ha for å kunne betraktes som en biologisk klokke. Hans arbeide studere eklosjonshormon (prosessen med et insekt som kommer ut fra dens puppe stadium) rytmer av Drosophila pseudoobscura viste at 1) eklosjonshormon rytmer vedvarer uten miljømessige signaler (dvs. i konstante betingelser), 2) i motsetning til de fleste kjemiske reaksjoner, perioden med eklosjonshormon restene relativt konstant når de utsettes for endringer i omgivelsestemperatur ("temperaturkompensasjon"), og 3) eklosjonsrytmer kan bli medtatt av lyssykluser som er nær fluenes naturlige periode (τ).

Fra 1958 utviklet Pittendrigh konseptet med faseresponskurven eller Kina. Kina tillot kronobiologer å forutsi hvordan et biologisk system vil bli påvirket av en endring i lysplanen. Kina, som ble oppdaget nesten samtidig i Pittendrighs og Woody Hastings 'laboratorier, tjente som grunnlag for den ikke -parametriske innlemmingsmodellen som ble foreslått av Pittendrigh kort tid etter. Denne ikke -parametriske modellen for entrainment spådde at forskjellen mellom en miljøperiode (T) og en organismes egenperiode (τ) øyeblikkelig blir korrigert hver dag når lys faller i en bestemt fase (φ) av syklusen der et faseskift (Δφ) er lik til denne forskjellen genereres. Dette gjenspeiles gjennom uttrykket: Δφ (φ) = τ - T.

Mens Kina har vært uvurderlig for å forstå entrainment, er det flere bemerkelsesverdige problemer med modellen. Kina, selv om det er nøyaktig med å beskrive Drosophila eclosion -rytmer, har problemer med å forutsi forskjellige aspekter ved pattedyrsinnlemmelse. Komprimering av subjektive dag- eller nattintervaller hos pattedyr fører til endringer i aktivitet som ikke er forutsagt av Kina. Det ble senere vist at disse forskjellene delvis skyldes at τ og Kina er formbare enheter som kan endres gjennom medhold. Pittendrigh erkjente selv at modellen for medholdning var basert på forenkling og ikke kunne modellere alle tilfeller av medfølelse nøyaktig. Imidlertid har denne modellen vært fremtredende for å fremme vår forståelse av medfølelse og er mye brukt i dag for å lære begrepet ikke -parametrisk medfølelse.

Pittendrighs nære venn, Aschoff, foreslo en kontrasterende parametrisk modell for medfølelse der han foreslo at lys enten forlenget eller forkortet den endogene perioden (τ), samtidig som den endret grunnlaget for oscillasjon. Denne parametriske modellen antydet at lys kan påvirke perioden med døgnets oscillasjon og endre formen - eller bølgeformen - og nivået rundt som oscillasjonen beveget seg. Selv om Aschoffs kontinuerlige opplæringsmodell i stor grad har falt på veien, er det viktig å huske at Aschoffs bidrag bidro til å løse og forklare mangler i Pittendrighs ikke -parametriske entrainment -modell, som nå er mye undervist og akseptert.

Arbeid med NASA

I 1964-65 ledet Pittendrigh med National Academy-komiteen for leting etter Mars sammen med Joshua Lederberg , for å undersøke om det eksisterer liv på Mars. Prosjektet ble gjennomført ved Stanford University og Rockefeller Institute, New York, som begynte sommeren 1964 og avsluttet i oktober 1965. I samme periode mottok han et NASA eksobiologistipend for sin forskning om "døgnrytmer på en biosatellitt og på Earth ", som studerte hvordan det å være i bane kan påvirke døgnrytmer (selv om det ikke er klart hvilke organismer han studerte på, og ingen senere publikasjoner ble funnet om denne studien). Pittendrigh var også involvert i panelet mot forurensning i den internasjonale komiteen for romforskning (COSPAR), som omhandler risikoen for å forurense Mars med liv fra jorden og dermed ødelegge menneskets mulighet til å lære om livet utviklet seg spontant på Mars. I 1966 var Pittendrigh medforfatter på Biology and the Exploration of Mars: Report of a Study, som beskriver funnene i eksobiologistudien fra 1964-65.

Forskning på nattlige gnagere i døgnrytmen pacemaker (1973)

Pittendrigh og Daan publiserte et sett med fem artikler som rapporterte sine funn om egenskapene til nattlige gnagere i døgnrytmen. Nedenfor er noen viktige funn:

Ett-puls-system I stedet for å skinne lys på gnagere i en lang sammenhengende periode (f.eks. 12 timer) for å representere "dagtid", viste Pittendrigh at en 15-minutters lyspuls som lyste under den subjektive natten er nok til å forårsake faseforskyvning hos dyr. Dette støtter den ikke-parametriske egenskapen til døgnklokken.

Interarter og intraspecies forskjeller i respons på lyspulser (dvs. forskjell i Kina) Uansett om de tilhører samme art eller ikke, har gnagere med lengre periode (τ) større fremrykksone i Kina, fordi de må ha faseforsinkelser mer ofte for å lokke til lokal tid (24 timer). Det motsatte gjelder for gnagere med kortere periode (τ). Implikasjonen for det virkelige liv er at de fleste daglige organismer, inkludert mennesker, har perioder som er lengre enn 24 timer; de har derfor en tendens til å ha en større forhåndssone i Kina. Nattdyr har derimot ofte perioder kortere enn 24 timer; de har dermed en større forsinkelsessone.

To-puls system (eller skjelettfotoperiode) For å teste effekten av fotoperiodisme (dvs. varierende lengde på dagtid), oppfant Pittendrigh og Daan to-puls-systemet, med en blits ved daggry, og en annen blits i skumringen, og endret intervallet mellom de 2 lyspulsene for å etterligne skiftende fotoperioder. Når fotoperioden (dvs. dagtid) blir lengre enn 12 timer, oppstår et fasehopp (også kalt ψ Jump, hvor ψ er fasevinkelen for medholdning), der den opprinnelige nattlige aktiviteten hopper til den nå lengre dagen, og ψ endrer seg brått siden klokken behandler nå den andre lyspulsen som lysstart og starten på dagen. Ikke desto mindre, i naturen der fotoperioden er fullstendig (dvs. lyset skinner konstant hele dagen), observeres ikke ψ hopp. Dette støtter Aschoffs modell av lysets parametriske effekt.

Modell med to oscillatorer Under konstant lys og høy lysintensitet observerte Pittendrigh bevegelsesaktiviteten til hamstere delt i to deler, hver har sin egen periode. Han foreslo dermed E & M (Evening and Morning) dual oscillator -modellen. Normalt er de to oscillatoren koblet til hverandre og genererer den mellomliggende fritidsperioden, som vi vanligvis måler. Under konstant høy lysintensitet frakobler imidlertid de to oscillatoren seg, og hver ledige kjører med sin egen periode, til de er stabilisert på 180 ° fra hverandre eller kobler seg til igjen. Deres innflytelse på hverandre er større når aktivitetstoppene er nærmere hverandre. Modellen rommer kvantitativt τ og α oppsummert i Aschoffs regel, og Aftereffects på friløpsperioden er spådd fra tidligere lys-mørk historie.

Etter hvert som teknologien for molekylærbiologi utvikler seg, fant forskerne mange molekylære bevis for E&M dual oscillator -modellen. Eksempelvis viser eksperimentene med PDF (pigmentdispergeringsfaktor) -produserende celler i drosophila at PDF er tilstrekkelig til å generere morgenaktivitet, mens det ikke har noen effekter på kveldstoppen. Hos pattedyr, mens normal hamster viser SCN ( Suprachiasmatic nucleus ) (den viktigste døgnfrekvente pacemakeren hos pattedyr) på 2 sider som er i fase med hverandre, viser den splittede hamsteren at SCN er antifase med hverandre. Pågående forskning prøver å karakterisere kveldsoscillatoren og studere samspillet mellom E & M -oscillatorer.

Senere forskning (1989)

Den senere delen av Pittendrighs forskning er viet til å studere temperaturavhengigheten til fotoperiodiske reaksjoner hos drosophila. Dette arbeidet var avgjørende for å utvikle Photo-Periodic Response Curve (PPRC), en fase-respons-kurve som påvirker sesongens daglengde endringer når man beskriver medfølelse. Han foreslo en annen modell med to oscillatorer, der hovedoscillatoren er lysfølsom, og slaveoscillatoren er temperatursensitiv. Denne modellen forklarer observasjonene hans av å se signifikante entrainment -responser på varierende fotostimulering og se dempede, men likevel betydelige, responser på endrede temperaturer. Pittendrigh samarbeidet også med Knopka om studiet av drosophila per mutanter (som genetisk har lengre eller kortere iboende perioder på grunn av mutasjon i per -genet) og deres forskjellige entrainment -responser på temperatur og lysstimuli. Per mutanter har nedsatt temperaturavhengighet, noe som antyder at aktiviteten til temperaturoscillatoren i mutantene reduseres sammenlignet med villtype. Dette er et annet bevis som støtter det doble modellmodellen med temperaturlys.

Tidslinje for prestasjoner

• 1940: Uteksaminering fra University of Durham i England
• 1940-1945: Stasjonert i Trinidad og jobber med Malaria for Rockefeller Foundation
• 1948: Doktoravhandling ved Columbia University
• 1947: Assisterende professor i biologi ved Princeton University
• 1950: Ble amerikansk statsborger
• 1960: Ledet organiseringskomiteen for Cold Spring Harbor Symposium om biologiske klokker
• 1969: Begynte sitt arbeid ved Stanford University
• 1976-1984: Direktør for Hopkins Marine Station

Stillinger og æresbevisninger

• Medlem av Senior Staff of NASA
• National Academy of Sciences study: "Biology and the Exploration of Mars"
• Stipendiat ved National Academy of Sciences
• Stipendiat ved American Academy of Arts and Sciences
• Guggenheim Fellowship
• Alexander von Humboldt -prisen
• Gullmedalje fra det tsjekkiske vitenskapsakademiet
• Direktør for Hopkins Marine Station (1976-1984)
• President i American Society of Naturalists
• Visepresident i American Association for the Advancement of Science

Referanser

Eksterne linker

• Colin S. Pittendrigh, 77, biolog og ekspert i interne 'klokker', The New York Times , 26. mars 1996
• Cold Spring Harbor
• Dictionary of Circadian Physiology