Jak słyszeliście, w 2017 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny lub fizjologii otrzymali Amerykanie Jeffrey C Hall, Michael Rosbash, Michael W. Young za ich odkrycia w dziedzinie rytmu dobowego - mechanizmu komórek regulującego zegar wewnętrzny. ludzie, zwierzęta i rośliny.
Naukowcom udało się na przykład wyodrębnić gen regulujący rytm dobowy muchy Drosophila.
Zegar wewnętrzny odpowiada za cykle snu, ciśnienie krwi, poziom hormonów i temperaturę ciała. Wpływają na całe życie na Ziemi, od jednokomórkowych cyjanobakterii po wyższe kręgowce, w tym nas, ludzi.
Słońce i inne Zeitgebery
Badanie zegarów wewnętrznych stało się całkowicie niezależną dziedziną nauki, zwaną chronobiologią.
Chronobiologia, jak sama nazwa wskazuje, sprowadza się do badania rytmów biologicznych i ich relacji do środowiska: Niemcy nazywają je Zeitgeberami, czyli synchronizatorami.
Najbardziej oczywistym Zeitgeber jest oczywiście światło słoneczne i jego cykle.
Film promocyjny:
My, ludzie, od niepamiętnych czasów obserwowaliśmy reakcje natury na wzrost i spadek nasłonecznienia, przede wszystkim to, jak rośliny otwierają i zamykają swoje kwiaty i liście w zależności od ilości otrzymywanego światła.
Ale dopiero w XVIII wieku udało się człowiekowi udowodnić, że nie chodziło tylko o sygnały zewnętrzne: coś w samym organizmie ujawnia tajemnicę zegara biologicznego, który zależy nie tylko od tego, jak wysoko słońce wzeszło na niebie.
W górę, mimoza
Jednym z pierwszych, który dokonał naukowych obserwacji tego zjawiska, był francuski astronom Jean Jacques d'Ortous de Mairan.
Był rok 1729 na podwórku, kiedy umieścił w ciemności krzew mimozy i zauważył, że wciąż otwiera i zamyka swoje liście, w zależności od pory dnia i czy gdzieś świeci słońce, którego nie było w pobliżu.
Mimosa w słońcu / flickr.com, Ben Blash
Na tej podstawie doszedł do wniosku, że impuls rośliny do otwierania i zamykania liści jest związany raczej z mechanizmem wewnętrznym niż z konsekwencją niewolniczej reakcji na bodźce zewnętrzne w postaci zmian nasłonecznienia.
Ale jasne jest, że jeśli fluktuacje światła dziennego zostaną usunięte z równania przez dłuższy okres czasu, zegar biologiczny oczywiście prędzej czy później pójdzie źle.
Izolacja pod ziemią
Jednym z pierwszych naukowców, który w naszych czasach aktywnie badał wpływ zegara biologicznego na ludzi, był we wczesnych latach 60-tych francuski geolog i speleolog Michel Siffre.
Było to na początku ery podróży kosmicznych i podczas zimnej wojny, kiedy człowiek zaczął interesować się reakcją organizmu na długie okresy izolacji, np. W kapsule kosmicznej lub schronie po wojnie atomowej.
W 1962 roku 23-letni Sifr dokonał przełomu odważnym eksperymentem, w którym był w stanie udowodnić, że mamy wbudowany zegar, tak jak robią to rośliny.
Od 18 lipca do 14 września 1962 roku odizolował się od świata w jaskini lodowcowej Scarasson, która znajduje się we francuskich Alpach na głębokości 100 metrów pod ziemią.
Sifr utrzymywał kontakt ze światem zewnętrznym jedynie przez linię telefoniczną, z której meldował się, gdy szedł spać i wstawał.
Poważna dezorientacja
Brak zewnętrznych bodźców i zegarów z czasem całkowicie zdezorientował Sifra pod względem upływu czasu (i, jak sam później przyznał, prawie doprowadzał go do szaleństwa).
Sam Sifr uważał, że spał w cyklach 15-godzinnych i całkowicie stracił kontakt z naturalnym rytmem dobowym. Okazało się jednak, że jego organizm doskonale nadążał za czasem, żyjąc przeciętnie przez 24,5 godziny.
Po tym, jak Sifr spędził 63 dni w lodowej jaskini, w końcu wyszedł na światło dzienne, wierząc, że w kalendarzu jest 20 sierpnia. Innymi słowy, stracił w pamięci cały miesiąc.
Ale ciało wiedziało lepiej. Sifr był w stanie raz na zawsze udowodnić, że my, ludzie, jesteśmy wyposażeni w zegary biologiczne.
Coraz więcej naukowców zgłębia ten temat
Kilka lat później Michel Sifre przeprowadził inny podobny eksperyment, ale tym razem jako obserwator dla dwóch innych grotołazów, Josie Laures i Antoine Senni. Oni także pozwolili sobie odizolować się pod ziemią, każdy we własnej jaskini, w odległości około stu metrów od siebie.
Jedynymi ludźmi na powierzchni ziemi, z którymi Lores i Senny utrzymywali kontakt telefoniczny, byli naukowcy rejestrujący czas ich snu, wskaźniki fizyczne i posiłki.
Lores i Senny nie musieli cierpieć na lenistwo, celem eksperymentu nie było całkowite pozbawienie ich bodźców sensorycznych, pozwolono im np. Posłuchać muzyki lub wykonać jakąś pracę ręczną: np. Lores na drutach.
Lores spędziła 88 dni w swojej jaskini, podczas gdy Senny spędziła w niej 126. Kiedy w końcu stamtąd wyszli, oboje byli w stosunkowo dobrej kondycji fizycznej, ale po eksperymencie byli jeszcze bardziej zdezorientowani niż Sifr.
Antoine Senny uważał na przykład, że opuścił jaskinię 4 lutego, kiedy poprawną datą był 5 kwietnia. Josie Lores była ogólnie w dobrej kondycji fizycznej, ale przywrócenie naturalnego cyklu snu zajęło bardzo dużo czasu.
05 kwietnia 1965. Antoine Senny (w środku) opuszcza jaskinię po 125 dniach samotności. Pozdrawia go Josie Lores (po prawej), kolejna uczestniczka eksperymentu, która spędziła 88 dni w izolacji / AP Photo
W tym czasie izolacja zdołała oszukać nawet zegar biologiczny.
Okazało się, że Senny wpadł w rytm, w którym mógł spać przez 30 godzin z rzędu, choć sam uważał, że położył się tylko na lekką drzemkę.
Śpiące piękno rzeczywistości
Nowsze badania przeprowadzone osobno wykazały, że ludzie mogą wydłużyć swój cykl snu nawet o 48 godzin, jeśli nie są narażeni na żadne zewnętrzne bodźce.
Ale także wielokrotne eksperymenty z izolacją wykazały, że wewnętrzny zegar człowieka, nasz rytm dobowy, występuje naturalnie w cyklu nieco ponad 24 godzin. Ale gdzie jest ten zegar, czysto fizycznie?
Wszystko to jest związane z niewielkim obszarem w mózgu - jądrem nadskrzyżowaniowym podwzgórza. Jest mniej więcej wielkości ziarenka ryżu. W praktyce to właśnie ten zegar biologiczny reguluje nasz codzienny rytm.
I pobiera podstawowe informacje o czasie ze słońca. Wieczorami, kiedy światło zanika, wysyła sygnał do szyszynki, aby rozpocząć produkcję melatoniny, która nakazuje ciału iść spać.
Latem ten mechanizm działa odwrotnie, poziom melatoniny spada wraz ze wzrostem ilości światła, co między innymi zwiększa u kobiet produkcję prolaktyny, co zwiększa płodność.
Dlatego chyba każdy, kto urodził się w rejonie równonocy wiosennej, powinien podziękować letnim słońcu, które dziewięć miesięcy wcześniej wprawiło tatę i mamę w odpowiedni nastrój.
Ci, którzy nie widzą
Jądro nadskrzyżowaniowe, które reguluje nasz wewnętrzny zegar, wychodzi, odbiera sygnał z oczu poprzez wzrok. A co z niewidomymi? Jak regulowany jest ich zegar biologiczny?
W rzeczywistości osoby niewidome często cierpią na problemy ze snem i muszą zażywać melatoninę, aby złagodzić objawy.
Ale są badania amerykańskie i brytyjskie, które pokazują, że nawet u całkowicie niewidomej osoby, która sama zniszczyła komórki wzrokowe siatkówki, czyli tak zwane pręciki i czopki, oko może rejestrować światło, nawet jeśli osoba sama o tym nie wie.
Innymi słowy, sygnał może nadal docierać do podwzgórza przez nerw wzrokowy. Więc twój zegar biologiczny może działać, nawet jeśli nie widzisz. I chociaż nasze wewnętrzne zegary działają przez długi czas w izolacji, bez światła zachorujemy.
Eksperymenty z myszami laboratoryjnymi wykazały, że myszy, które były umieszczone w ciemności przez długi czas, cierpiały na objawy podobne do depresji.
Brak światła zmniejsza wydzielanie dopaminy, wpływa na poziom cukru we krwi, a nawet upośledza pamięć. Zarówno u myszy, jak iu ludzi.
Deer Cunning
Jednak renifery pasące się na północy Laponii poradziły sobie z tym w bardzo sprytny sposób. W końcu żyją w ciągłej ciemności, a potem w ciągłym świetle, w zależności od pory roku, więc musieli być w ciągłym stresie.
Okazało się jednak, że zegar biologiczny jelenia działa nieco inaczej niż nasz. Nasz wewnętrzny zegar zapewnia, że melatonina jest uwalniana w stosunkowo regularnym 24-godzinnym cyklu.
U jeleni produkcja melatoniny jest bardziej bezpośrednio związana z ilością otrzymanego światła niż z genetycznie określonym zegarem biologicznym.
Oznacza to, że poziom hormonu wzrasta, gdy jest ciemno, i spada, gdy jest jasno. Innymi słowy, jelenie nie mają rytmu dobowego; możemy raczej powiedzieć, że mają rytm roczny.
To pozwala im dalej żuć porosty, jeśli mogą je znaleźć, niezależnie od pory dnia i bez rozpraszania się przez wewnętrzny zegar, który mówi, że czas spać.
Wygląda na to, że jest to dla nich całkiem działająca opcja. Pomyśl sam, czy widziałeś kiedyś jelenia z depresją?
Marcus Rosenlund