Kao što ste čuli, 2017. godine Nobelovu nagradu za medicinu ili fiziologiju dobili su Amerikanci Jeffrey C Hall, Michael Rosbash, Michael W Young za njihova otkrića na polju cirkadijalnog ritma - mehanizma stanica koji regulira unutarnji sat ljudi, životinja i biljaka.
Na primjer, znanstvenici su uspjeli izolirati gen koji regulira cirkadijalni ritam muhe Drosophila.
Unutarnji sat odgovoran je za cikluse spavanja, krvni tlak, razinu hormona i tjelesnu temperaturu. Utječu na sav život na zemlji, od jednoćelijskih cijanobakterija do viših kralježnjaka, uključujući i nas ljude.
Sunce i drugi Zeitgebers
Proučavanje unutarnjih satova postalo je potpuno neovisna grana znanosti, koja se naziva kronobiologija.
Kronobiologija se, kao što i samo ime govori, svodi na proučavanje bioloških ritmova i njihovog odnosa s okolinom: Nijemci ih nazivaju Zeitgeberima, odnosno sinkronizatorima.
Najočitiji Zeitgeber, naravno, je sunčeva svjetlost i njezini ciklusi.
Promotivni video:
Mi ljudi, od pamtivijeka, promatramo reakcije prirode na povećanje i smanjenje sunčeve svjetlosti, prvenstveno kako biljke otvaraju i zatvaraju svoje cvjetove i lišće u skladu s količinom primljene svjetlosti.
Ali tek u 18. stoljeću osoba je uspjela dokazati da se ne radi samo o vanjskim signalima: nešto unutar samog organizma otkriva tajnu biološkog sata, što ovisi ne samo o tome koliko je visoko sunce izraslo na nebu.
Gore, mimoza
Jedan od prvih koji je znanstveno primijetio ovaj fenomen bio je francuski astronom Jean Jacques d'Ortous de Mairan.
Bilo je to 1729. godine kada je u mrak smjestio grm mimoze i primijetio da se i dalje otvara i zatvara lišće, ovisno o dobu dana i o tome svijetli li negdje sunce koje nije bilo u blizini.
Mimoza na suncu / flickr.com, Ben Blash
Iz ovoga je zaključio da je impuls biljke za otvaranjem i zatvaranjem lišća povezan s unutarnjim mehanizmom, a ne posljedicom ropske reakcije na vanjske podražaje u obliku promjena na sunčevoj svjetlosti.
Ali jasno je da će se, ako se fluktuacije dnevnog svjetla uklone iz jednadžbe tijekom duljeg vremenskog razdoblja, biološki sat, naravno, prije ili kasnije pogriješiti.
Izolacija pod zemljom
Jedan od prvih znanstvenika koji je u naše vrijeme aktivno proučavao utjecaj biološkog sata na ljude bio je francuski geolog i speleolog Michel Siffre u ranim 60-ima.
Bilo je to na početku ere svemirskih putovanja i tijekom hladnog rata, kada se osoba zainteresirala za reakciju tijela na duga razdoblja izolacije, na primjer, u svemirskoj kapsuli ili u skloništu za bombe nakon atomskog rata.
1962. godine 23-godišnji Sifr napravio je proboj smjelim eksperimentom u kojem je uspio dokazati da imamo ugrađeni sat, baš poput biljaka.
Od svijeta se izolirao od 18. srpnja do 14. rujna 1962. u pećini ledenjaka Scarasson koja se nalazi u francuskim Alpama na dubini od 100 metara pod zemljom.
Sifr je kontakt s vanjskim svijetom održavao samo putem telefonske linije, o kojoj je znao izvještavati kad bi legao u krevet i kad bi ustao.
Teška dezorijentacija
Odsutnost vanjskih podražaja i satova s vremenom je potpuno dezorijentirala Sifra u smislu protoka vremena (i, kako je kasnije sam priznao, gotovo ga je izluđivalo).
Sam Sifr vjerovao je da je spavao u ciklusima od 15 sati i da je potpuno izgubio dodir s prirodnim cirkadijanskim ritmom. No ispostavilo se da je njegovo tijelo savršeno pratilo vrijeme, živeći danima s prosječnom dužinom od 24,5 sati.
Nakon što je Sifr proveo 63 dana u ledenoj pećini, napokon je izašao na svjetlo dana, vjerujući da je u kalendaru 20. kolovoza. Drugim riječima, u mislima je izgubio čitav mjesec.
Ali tijelo je znalo bolje. I Sifr je uspio jednom zauvijek dokazati da smo mi, ljudi, opremljeni biološkim satovima.
Sve je više znanstvenika koji se upuštaju u ovu temu
Par godina kasnije, Michel Sifre proveo je još jedan sličan eksperiment, ali ovaj put kao promatrač za još dvije speleologe, Josie Laures i Antoine Senni. I oni su si dopustili da budu izolirani pod zemljom, svaki u svojoj pećini, udaljenoj stotinjak metara.
Jedini ljudi na površini zemlje s kojima su Lores i Senny održavali telefonski kontakt bili su znanstvenici koji su bilježili vrijeme spavanja, fizičke pokazatelje i obroke.
Lores i Senny nisu morali patiti od praznog hoda, svrha eksperimenta nije bila da im se u potpunosti oduzmu osjetilni podražaji, dopušteno im je, recimo, slušati glazbu ili raditi neke ručne poslove: na primjer, Lores je plela.
Lores je u svojoj pećini provela 88 dana, dok je Senny u njoj proveo 126. Kad su napokon izašli odande, oboje su bili u relativno dobroj tjelesnoj kondiciji, ali još zbunjeniji od Sifra nakon eksperimenta.
Antoine Senny vjerovao je, na primjer, da je špilju napustio 4. veljače, kada je točan datum bio 5. travnja. Josie Lores općenito je bila u dobroj fizičkoj kondiciji, ali trebalo je jako dugo da se obnovi prirodni ciklus spavanja.
5. travnja 1965. Antoine Senny (u sredini) napušta špilju samo nakon 125 dana. Dočekuje ga Josie Lores (zdesna), još jedan sudionik eksperimenta koji je proveo 88 dana u izolaciji / AP Photo
U to je vrijeme izolacija uspjela prevariti čak i biološki sat.
Ispostavilo se da je Senny upao u takav ritam u kojem je mogao spavati 30 sati zaredom, iako je i sam vjerovao da je legao samo na lagano drijemanje.
Uspavana ljepotica stvarnosti
Novija izolirana istraživanja pokazala su da ljudi mogu produžiti ciklus spavanja za čak 48 sati ako nisu izloženi nikakvim vanjskim podražajima.
Ali također su ponovljeni eksperimenti s izolacijom pokazali da se čovjekov unutarnji sat, naš cirkadijalni ritam, prirodno javlja u ciklusu od nešto više od 24 sata. Ali gdje je taj sat, čisto fizički?
Sve je to povezano s malim područjem u mozgu - suprahiasmatičnom jezgrom hipotalamusa. Otprilike je veličine zrna riže. U praksi je taj biološki sat koji regulira naš dnevni ritam.
I osnovne informacije o vremenu dobiva od sunca. Navečer, kad svjetlost izblijedi, šalje epifizu signal da započne s proizvodnjom melatonina, koji poručuje tijelu da ide u krevet.
Ljeti ovaj mehanizam djeluje obrnuto, razina melatonina opada, jer se povećava količina svjetlosti, što, između ostalog, povećava proizvodnju prolaktina u žena, što povećava plodnost.
Dakle, svi koji su rođeni u regiji proljetne ravnodnevnice, možda bi trebali zahvaliti ljetnom suncu koje je devet mjeseci ranije tati i mami postavilo u pravo raspoloženje.
Oni koji ne vide
Izlazi suprahiasmatska jezgra, koja regulira naš unutarnji sat, prima signal od očiju, kroz vid. Ali što je sa slijepim ljudima? Kako je reguliran njihov biološki sat?
Zapravo, slijepe osobe često pate od problema sa spavanjem i moraju uzimati melatonin kako bi ublažile simptome.
Ali postoji američko i britansko istraživanje koje pokazuje da čak i kod potpuno slijepe osobe koja je sama uništila vidne stanice mrežnice, odnosno takozvane šipke i čunjeve, oko može registrirati svjetlost, čak i ako sama osoba za to ne zna.
Drugim riječima, signal još uvijek može ući u hipotalamus kroz vidni živac. Dakle, vaš biološki sat može raditi čak i ako ne vidite. I premda naši unutarnji satovi nastavljaju funkcionirati dulje vrijeme izolirano, bez svjetlosti se razbolimo.
Eksperimenti s laboratorijskim miševima pokazali su da miševi koji su dulje vrijeme bili stavljeni u tamu pate od simptoma sličnih depresiji.
Nedostatak svjetlosti smanjuje izlučivanje dopamina, utječe na razinu šećera u krvi, pa čak i narušava pamćenje. I kod miševa i kod ljudi.
Lukava jelena
Međutim, sobovi koji pasu na sjeveru u Laponiji riješili su to na vrlo pametan način. Napokon, žive u neprekidnoj tami, pa u neprekidnoj svjetlosti, ovisno o sezoni, pa su morali biti u stalnom stresu.
No, pokazalo se da biološki sat jelena djeluje nešto drugačije od našeg. Naš unutarnji sat osigurava oslobađanje melatonina u relativno redovnom 24-satnom ciklusu.
U jelena je proizvodnja melatonina izravno povezana s količinom primljene svjetlosti, a ne s genetski određenim biološkim satom.
Odnosno, razina hormona raste kad je mrak, a opada kad je svijetlo. Drugim riječima, jeleni nemaju dnevni ritam, već možemo reći da imaju godišnji ritam.
To im omogućuje da nastave žvakati lišajeve ako ih mogu pronaći, bez obzira na doba dana i bez da ih ometa interni sat koji govori da je vrijeme za spavanje.
Čini se da im je ovo prilično korisna opcija. Razmislite sami, jeste li ikad vidjeli jelena s depresijom?
Marcus Rosenlund
