Kot ste že slišali, so leta 2017 Nobelovo nagrado za medicino ali fiziologijo prejeli Američani Jeffrey C Hall, Michael Rosbash in Michael W Young za odkritja na področju cirkadianega ritma - mehanizma celic, ki uravnava notranjo uro ljudi, živali in rastlin.
Znanstvenikom je na primer uspelo izolirati gen, ki uravnava cirkadiani ritem muhe drozofile.
Notranja ura je odgovorna za cikle spanja, krvni tlak, raven hormonov in telesno temperaturo. Vplivajo na vse življenje na zemlji, od enoceličnih cianobakterij do višjih vretenčarjev, vključno z nami ljudmi.
Sonce in drugi Zeitgeberji
Preučevanje notranjih ur je postalo povsem samostojna veja znanosti, ki se ji reče kronobiologija.
Kronobiologija se, kot že ime pove, nanaša na preučevanje bioloških ritmov in njihovega odnosa do okolja: Nemci jih imenujejo Zeitgeberji, torej sinhronizatorji.
Najbolj očiten Zeitgeber je seveda sončna svetloba in njeni cikli.
Promocijski video:
Ljudje smo že od nekdaj opazovali reakcije narave na povečanje in zmanjšanje sončne svetlobe, predvsem na način, kako rastline odpirajo in zapirajo svoje cvetove in liste v skladu s količino prejete svetlobe.
Toda šele v 18. stoletju je človeku uspelo dokazati, da ne gre le za zunanje signale: nekaj v samem organizmu razkrije skrivnost biološke ure, ki ni odvisna samo od tega, kako visoko se je sonce dvignilo na nebu.
Gor, mimoza
Eden prvih, ki je znanstveno opazoval ta pojav, je bil francoski astronom Jean Jacques d'Ortous de Mairan.
Bilo je leta 1729, ko je v temo postavil grm mimoze in opazil, da se še vedno odpira in zapira liste, odvisno od časa dneva in od tega, ali nekje sije sonce, ki ga ni bilo v bližini.
Mimoza na soncu / flickr.com, Ben Blash
Iz tega je zaključil, da je impulz rastline za odpiranje in zapiranje listov povezan z notranjim mehanizmom in ne posledica suženjske reakcije na zunanje dražljaje v obliki sprememb sončne svetlobe.
Jasno pa je, da če se nihanja dnevne svetlobe dlje časa odstranijo iz enačbe, se bo biološka ura seveda slej ko prej zmotila.
Izolacija pod zemljo
Eden prvih znanstvenikov, ki je v našem času aktivno preučeval vpliv biološke ure na ljudi, je bil francoski geolog in speleolog Michel Siffre v zgodnjih 60-ih.
To je bilo na začetku dobe vesoljskih potovanj in med hladno vojno, ko se je človek začel zanimati za reakcijo telesa na dolga obdobja izolacije, na primer v vesoljski kapsuli ali v zaklonišču za bombe po atomski vojni.
Leta 1962 je 23-letni Sifr z drznim eksperimentom naredil preboj, v katerem je lahko dokazal, da imamo vgrajeno uro, tako kot rastline.
Od sveta se je osamil od 18. julija do 14. septembra 1962 v ledeniški jami Scarasson, ki leži v francoskih Alpah na globini 100 metrov pod zemljo.
Sifr je stik z zunanjim svetom vzdrževal le prek telefonske linije, o kateri je poročal, ko je šel spat in ko je vstal.
Huda dezorientacija
Odsotnost zunanjih dražljajev in ur je sčasoma Sifra povsem zmedla glede poteka časa (in, kot je kasneje sam priznal, ga je skoraj obnorel).
Sam Sifr je verjel, da je spal v ciklih po 15 ur in da je popolnoma izgubil stik z naravnim cirkadianskim ritmom. A izkazalo se je, da je njegovo telo popolno beležilo čas in v povprečju živelo dneve 24,5 ure.
Potem ko je Sifr preživel 63 dni v ledeni jami, je končno prišel na dan, saj je verjel, da je na koledarju 20. avgust. Z drugimi besedami, v mislih je izgubil cel mesec.
Toda telo je vedelo bolje. In Sifr je lahko enkrat za vselej dokazal, da smo ljudje, opremljeni z biološkimi urami.
Vse več znanstvenikov se poglablja v to temo
Nekaj let kasneje je Michel Sifre izvedel še en podoben poskus, a tokrat kot opazovalec še dveh jamarjev, Josie Laures in Antoine Senni. Tudi oni so se pustili izolirati pod zemljo, vsak v svoji jami, približno sto metrov narazen.
Edini ljudje na zemeljski površini, s katerimi sta Lores in Senny ohranjala telefonske stike, so bili znanstveniki, ki so beležili čas spanja, fizične kazalnike in obroke.
Loresu in Sennyju ni bilo treba trpeti zaradi brezdelja, namen poskusa ni bil, da bi ju popolnoma odvzeli čutnim dražljajem, smeli so recimo poslušati glasbo ali opravljati kakšno ročno delo: Lores je na primer plela.
Lores je v svoji votlini preživela 88 dni, Senny pa 126 dni, ko sta od tam končno izstopila, sta bila oba v razmeroma dobri fizični kondiciji, a po poskusu še bolj zmedena kot Sifr.
Antoine Senny je denimo verjel, da je jamo zapustil 4. februarja, ko je bil pravi datum 5. april. Josie Lores je bila na splošno v dobri fizični kondiciji, vendar je trajalo zelo dolgo, da je obnovila naravni cikel spanja.
5. aprila 1965. Antoine Senny (v sredini) zapusti jamo po 125 dneh samote. Pozdravi ga Josie Lores (desno), še ena udeleženka eksperimenta, ki je preživela 88 dni v izolaciji / AP Photo
Takrat je izolacija uspela zavesti celo biološko uro.
Izkazalo se je, da je Senny padel v takšen ritem, v katerem je lahko spal 30 ur zapored, čeprav je sam verjel, da je le prilegel le na majhen dremež.
Trnuljčica resničnosti
Novejše samostojne študije so pokazale, da lahko ljudje cikel spanja podaljšajo za kar 48 ur, če niso izpostavljeni zunanjim dražljajem.
Toda tudi večkratni poskusi z izolacijo so pokazali, da se človekova notranja ura, naš cirkadiani ritem, naravno pojavi v ciklusu nekaj več kot 24 ur. Kje pa je ta ura, čisto fizično?
Vse to je povezano z majhnim območjem v možganih - nadhiasmatičnim jedrom hipotalamusa. Gre za velikost riževega zrna. V praksi prav ta biološka ura uravnava naš vsakdanji ritem.
In osnovne podatke o času dobi od sonca. Ko zvečer ugasnejo luči, pošlje signal epifizi, da začne proizvajati melatonin, ki telesu sporoča, naj gre spat.
Poleti ta mehanizem deluje obratno, raven melatonina upada, saj se poveča količina svetlobe, kar med drugim poveča proizvodnjo prolaktina pri ženskah, kar poveča plodnost.
Torej, vsi, ki so se rodili v regiji pomladnega enakonočja, bi se morda morali zahvaliti poletnemu soncu, ki je očeta in mamo devet mesecev prej spravilo v pravo voljo.
Tisti, ki ne vidijo
Nadhiasmatsko jedro, ki uravnava našo notranjo uro, izstopi, skozi vid sprejema signal iz oči. Kaj pa slepi ljudje? Kako je urejena njihova biološka ura?
Pravzaprav slepi ljudje pogosto trpijo zaradi težav s spanjem in morajo za lajšanje simptomov jemati melatonin.
Obstaja pa ameriška in britanska študija, ki kaže, da lahko tudi pri popolnoma slepem človeku, ki je sam uničil očesne celice mrežnice, torej tako imenovane palice in storže, oko registrira svetlobo, četudi oseba sama zanjo ne ve.
Z drugimi besedami, signal lahko še vedno vstopi v hipotalamus skozi optični živec. Torej vaša biološka ura morda deluje, tudi če ne vidite. In čeprav naše notranje ure še dolgo delujejo osamljeno, brez svetlobe zbolimo.
Poskusi z laboratorijskimi mišmi so pokazali, da miši, ki so bile dlje časa postavljene v temo, trpijo za simptomi, podobnimi depresiji.
Pomanjkanje svetlobe zmanjša izločanje dopamina, vpliva na raven sladkorja v krvi in celo poslabša spomin. Tako pri miših kot pri ljudeh.
Jelenska zvitost
Vendar severni jeleni, ki se pasejo na severu Laponske, so z njimi ravnali zelo pametno. Navsezadnje živijo v neprekinjeni temi, nato v neprekinjeni svetlobi, odvisno od sezone, zato so morali biti v nenehnem stresu.
A izkazalo se je, da biološka ura jelenov deluje nekoliko drugače kot naša. Naša notranja ura zagotavlja, da se melatonin sprošča v razmeroma rednem 24-urnem ciklu.
Pri jelenih je proizvodnja melatonina bolj neposredno povezana s količino prejete svetlobe in ne z genetsko pogojeno biološko uro.
To pomeni, da se raven hormona dvigne, ko je tema, in se zmanjša, ko je svetlo. Z drugimi besedami, jeleni nimajo dnevnega ritma; lahko rečemo, da imajo letni ritem.
To jim omogoča, da še naprej žvečijo lišaje, če jih lahko najdejo, ne glede na čas dneva in ne da bi jih motila notranja ura, ki pravi, da je čas za spanje.
Zdi se, da je to zanje zelo delujoča možnost. Pomislite, ali ste že kdaj videli srno z depresijo?
Marcus Rosenlund