După cum ați auzit, în 2017, Premiul Nobel pentru medicină sau fiziologie a revenit americanilor Jeffrey C Hall, Michael Rosbash, Michael W Young pentru descoperirile lor în domeniul ritmului circadian - mecanismul celulelor care reglează ceasul intern oameni, animale și plante.
Oamenii de știință, de exemplu, au reușit să izoleze o genă care reglează ritmul circadian al muștei Drosophila.
Ceasul intern este responsabil pentru ciclurile de somn, tensiunea arterială, nivelul hormonilor și temperatura corpului. Ele afectează toată viața de pe pământ, de la cianobacterii unicelulare la vertebratele superioare, inclusiv la noi, oamenii.
Soarele și alți Zeitgebers
Studiul ceasurilor interne a devenit o ramură complet independentă a științei, care se numește cronobiologie.
Cronobiologia, așa cum sugerează și numele, se rezumă la studiul ritmurilor biologice și la modul în care acestea se raportează la mediu: germanii le numesc Zeitgebers, adică sincronizatori.
Cel mai evident Zeitgeber, desigur, este lumina soarelui și ciclurile sale.
Video promotional:
Noi, oamenii, din timpuri imemoriale, am observat reacțiile naturii la creșterea și scăderea luminii solare, în primul rând modul în care plantele își deschid și închid florile și frunzele în funcție de cantitatea de lumină primită.
Dar numai în secolul al XVIII-lea omul a reușit să demonstreze că nu era vorba doar de semnale externe: ceva din interiorul organismului însuși dezvăluie secretul ceasului biologic, care depinde nu numai de cât de sus a răsărit soarele pe cer.
Sus, mimoză
Unul dintre primii care a făcut observații științifice asupra acestui fenomen a fost astronomul francez Jean Jacques d'Ortous de Mairan.
Era 1729 în curte când a așezat un tufiș de mimoză în întuneric și a observat că acesta încă se deschide și își închide frunzele, în funcție de ora din zi și de dacă soarele strălucește undeva, care nu era în apropiere.
Mimosa in the sun / flickr.com, Ben Blash
Din aceasta el a concluzionat că impulsul plantei de a deschide și închide frunzele este asociat mai degrabă cu un mecanism intern decât cu o consecință a unei reacții slaviste la stimuli externi sub formă de schimbări în lumina soarelui.
Dar este clar că dacă fluctuațiile luminii de zi sunt eliminate din ecuație pentru o perioadă mai lungă de timp, ceasul biologic, desigur, va merge prost mai devreme sau mai târziu.
Izolarea subterană
Unul dintre primii oameni de știință care în timpul nostru a studiat activ influența ceasului biologic asupra oamenilor a fost geologul și speologul francez Michel Siffre la începutul anilor '60.
Acest lucru a fost la începutul erei călătoriilor spațiale și în timpul Războiului Rece, când o persoană a devenit interesată de reacția corpului la perioade lungi de izolare, de exemplu, într-o capsulă spațială sau într-un adăpost de bombe după un război atomic.
În 1962, Sifr, în vârstă de 23 de ani, a făcut o descoperire cu un experiment îndrăzneț în care a putut dovedi că avem un ceas încorporat, la fel ca plantele.
S-a izolat de lume în perioada 18 iulie - 14 septembrie 1962 în Peștera Ghețarului Scarasson, care se află în Alpii francezi la o adâncime de 100 de metri sub pământ.
Sifr a păstrat contactul cu lumea exterioară doar prin intermediul liniei telefonice, despre care obișnuia să raporteze când se culca și când se ridica.
Dezorientare severă
Absența stimulilor externi și a ceasurilor, de-a lungul timpului, l-a dezorientat complet pe Sifr în ceea ce privește trecerea timpului (și, după cum s-a recunoscut ulterior, aproape l-a înnebunit).
Sifr însuși a crezut că a dormit în cicluri de 15 ore și că a pierdut complet legătura cu ritmul natural circadian. Dar s-a dovedit că trupul său a ținut perfect evidența timpului, trăind zile cu o durată medie de 24,5 ore.
După ce Sifr a petrecut 63 de zile într-o peșteră de gheață, a ieșit în cele din urmă în lumina zilei, crezând că era calendarul 20 august. Cu alte cuvinte, a pierdut o lună întreagă în minte.
Dar corpul știa mai bine. Și Sifr a reușit să demonstreze odată pentru totdeauna că noi, oamenii, suntem echipați cu ceasuri biologice.
Din ce în ce mai mulți oameni de știință aprofundează acest subiect
Câțiva ani mai târziu, Michel Sifre a efectuat un alt experiment similar, dar de data aceasta ca observator pentru alți doi speleologi, Josie Laures și Antoine Senni. Și ei și-au permis să fie izolați sub pământ, fiecare în propria peșteră, la o sută de metri distanță.
Singurii oameni de pe suprafața pământului cu care Lores și Senny au păstrat contactul telefonic erau oamenii de știință care își înregistrau timpul de somn, indicatorii fizici și mesele.
Lores și Senny nu trebuiau să sufere de trândăvie, scopul experimentului nu era să-i lipsească complet de stimuli senzoriali, li se permitea, să zicem, să asculte muzică sau să facă unele lucrări manuale: de exemplu, Lores tricotase.
Lores a petrecut 88 de zile în peștera ei, în timp ce Senny a petrecut 126 de zile în a ei. Când au ieșit în cele din urmă de acolo, ambii se aflau într-o stare fizică relativ bună, dar chiar mai confuză decât Sifr după experiment.
Antoine Senny credea, de exemplu, că a părăsit peștera pe 4 februarie, când data corectă era 5 aprilie. Josie Lores era, în general, într-o stare fizică bună, dar a durat foarte mult timp pentru a restabili ciclul natural de somn.
05 aprilie 1965. Antoine Senny (centru) părăsește peștera după 125 de zile de singurătate. El este întâmpinat de Josie Lores (dreapta), un alt participant la experiment care a petrecut 88 de zile izolat / AP Photo
În acel moment, izolarea a reușit să înșele chiar și ceasul biologic.
S-a dovedit că Senny a căzut într-un astfel de ritm în care putea dormi 30 de ore la rând, deși el însuși credea că se întindea doar pentru un pui de somn ușor.
Frumusețea adormită a realității
Studii mai recente izolate au arătat că oamenii își pot extinde ciclul de somn cu până la 48 de ore dacă nu sunt expuși la niciun stimul extern.
Dar și experimentele repetate cu izolare au arătat că ceasul intern al unei persoane, ritmul nostru circadian, apare în mod natural într-un ciclu de puțin peste 24 de ore. Dar unde este acest ceas, pur fizic?
Toate acestea sunt asociate cu o zonă mică din creier - nucleul suprachiasmatic al hipotalamusului. Este cam de mărimea unui bob de orez. În practică, acest ceas biologic ne reglează ritmul zilnic.
Și primește informații de bază de la soare. Seara, când luminile se sting, acesta trimite un semnal către glanda pineală pentru a începe să producă melatonină, care îi spune corpului să se culce.
Vara, acest mecanism funcționează invers, nivelul melatoninei scade, pe măsură ce crește cantitatea de lumină, ceea ce, printre altele, crește producția de prolactină la femei, ceea ce crește fertilitatea.
Așadar, oricine s-a născut în regiunea echinocțiului de primăvară, probabil, ar trebui să mulțumească soarelui de vară, care cu nouă luni mai devreme i-a pus pe tată și pe mama în dispoziția potrivită.
Cei care nu văd
Nucleul suprachiasmatic, care ne reglează ceasul intern, iese, primește un semnal de la ochi, prin vedere. Dar ce zici de nevăzători? Cum este reglementat ceasul lor biologic?
De fapt, persoanele nevăzătoare suferă adesea de probleme de somn și trebuie să ia melatonină pentru a ameliora simptomele.
Dar există un studiu american și britanic care arată că chiar și la o persoană complet orbă care a distrus ele însele celulele vizuale ale retinei, adică așa-numitele tije și conuri, ochiul poate înregistra lumina, chiar dacă persoana însăși nu știe despre asta.
Cu alte cuvinte, semnalul poate pătrunde în hipotalamus prin nervul optic. Deci, ceasul biologic poate funcționa chiar dacă nu puteți vedea. Și, deși ceasurile noastre interne continuă să funcționeze pentru perioade lungi izolate, fără lumină ne îmbolnăvim.
Experimentele cu șoareci de laborator au arătat că șoarecii care au fost plasați în întuneric pentru perioade lungi de timp au suferit de simptome similare depresiei.
Lipsa luminii reduce secreția de dopamină, afectează nivelul zahărului din sânge și chiar afectează memoria. Atât la șoareci, cât și la oameni.
Cerb Cunning
Cu toate acestea, renii care pasc în nordul Laponiei l-au manipulat într-un mod foarte inteligent. La urma urmei, ei trăiesc în întuneric continuu, apoi în lumină continuă, în funcție de anotimp, așa că trebuiau să fie în stres constant.
Dar s-a dovedit că ceasul biologic al căprioarelor funcționează oarecum diferit față de al nostru. Ceasul nostru intern se asigură că melatonina este eliberată într-un ciclu relativ regulat de 24 de ore.
La cerbi, producția de melatonină este mai direct legată de cantitatea de lumină primită, mai degrabă decât de un ceas biologic determinat genetic.
Adică, nivelul hormonului crește atunci când este întuneric și scade când este luminos. Cu alte cuvinte, căprioarele nu au ritm diurn, mai degrabă putem spune că au un ritm anual.
Acest lucru le permite să își mestece în continuare lichenii dacă îi pot găsi, indiferent de ora din zi și fără a fi distras de ceasul intern care spune că este timpul să doarmă.
Și se pare că aceasta este o opțiune destul de funcțională pentru ei. Gândește-te singur, ai văzut vreodată un cerb cu depresie?
Marcus Rosenlund
