Kā jūs dzirdējāt, 2017. gadā Nobela prēmiju medicīnā vai fizioloģijā saņēma amerikāņi Jeffrey C Hall, Michael Rosbash, Michael W Young par viņu atklājumiem diennakts ritma jomā - šūnu mehānismu, kas regulē iekšējo pulksteni cilvēki, dzīvnieki un augi.
Piemēram, zinātniekiem izdevās izolēt gēnu, kas regulē Drosophila mušas diennakts ritmu.
Iekšējais pulkstenis ir atbildīgs par miega cikliem, asinsspiedienu, hormonu līmeni un ķermeņa temperatūru. Tie ietekmē visu dzīvi uz zemes, sākot no vienšūnu zilaļģēm līdz augstākiem mugurkaulniekiem, ieskaitot mūs, cilvēkus.
Saule un citi Zeitgeberi
Iekšējo pulksteņu izpēte ir kļuvusi par pilnīgi neatkarīgu zinātnes nozari, ko sauc par hronobioloģiju.
Hronobioloģija, kā norāda nosaukums, ir saistīta ar bioloģisko ritmu un to saistības ar vidi izpēti: vācieši tos sauc par Zeitgebers, tas ir, sinhronizatoriem.
Protams, visredzamākais Zeitgeber ir saules gaisma un tās cikli.
Reklāmas video:
Mēs, cilvēki, kopš neatminamiem laikiem esam novērojuši dabas reakcijas uz saules gaismas palielināšanos un samazināšanos, galvenokārt to, kā augi atver un aizver ziedus un lapas atbilstoši saņemtajam gaismas daudzumam.
Bet tikai 18. gadsimtā cilvēkam izdevās pierādīt, ka runa nav tikai par ārējiem signāliem: kaut kas paša organisma iekšienē atklāj bioloģiskā pulksteņa noslēpumu, kas ir atkarīgs ne tikai no tā, cik augstu saule pacēlās debesīs.
Uz augšu, mimoza
Viens no pirmajiem, kas zinātniski novēroja šo parādību, bija franču astronoms Žans Žaks d'Ortouss de Mairans.
Tas bija 1729. gads, kad viņš tumsā novietoja mimozas krūmu un pamanīja, ka tas joprojām atver un aizver lapas, atkarībā no diennakts laika un no tā, vai kaut kur spīd saule, kas nebija tuvumā.
Mimosa saulē / flickr.com, Bens Blašs
No tā viņš secināja, ka auga impulss lapu atvēršanai un aizvēršanai ir saistīts ar iekšēju mehānismu, nevis sekām verdziskai reakcijai uz ārējiem stimuliem saules gaismas izmaiņu veidā.
Bet ir skaidrs, ka, ja dienasgaismas svārstības tiks noņemtas no vienādojuma uz ilgāku laiku, bioloģiskais pulkstenis, protams, agri vai vēlu kļūdīsies.
Izolācija pazemē
Viens no pirmajiem zinātniekiem, kurš mūsdienās aktīvi pētīja bioloģiskā pulksteņa ietekmi uz cilvēkiem, 60. gadu sākumā bija franču ģeologs un speleologs Mišels Sifre.
Tas notika kosmisko ceļojumu laikmeta sākumā un Aukstā kara laikā, kad cilvēks pēc atomu kara sāka interesēties par ķermeņa reakciju uz ilgiem izolācijas periodiem, piemēram, kosmosa kapsulā vai bumbu patversmē.
1962. gadā 23 gadus vecais Sifrs veica izrāvienu ar drosmīgu eksperimentu, kurā viņš spēja pierādīt, ka mums ir iebūvēts pulkstenis tāpat kā augiem.
Viņš izolējās no pasaules no 1962. gada 18. jūlija līdz 14. septembrim Skarasonas ledāju alā, kas atrodas Francijas Alpos 100 metru dziļumā pazemē.
Sifrs uzturēja kontaktu ar ārpasauli tikai caur telefona līniju, par kuru viņš ziņoja, kad gāja gulēt un kad piecēlās.
Smaga dezorientācija
Ārējo stimulu un pulksteņu trūkums laika gaitā Sifru laika dezorientācijas dēļ pilnībā dezorientēja (un, kā viņš pats vēlāk atzina, viņu gandrīz traks).
Pats Sifrs uzskatīja, ka viņš gulēja 15 stundu ciklos un ka viņš pilnībā zaudēja saikni ar dabisko diennakts ritmu. Bet izrādījās, ka viņa ķermenis lieliski sekoja līdzi laikam, dzīvojot dienām, kuru vidējais garums bija 24,5 stundas.
Pēc tam, kad Sifrs 63 dienas pavadīja ledus alā, viņš beidzot izgāja dienasgaismā, uzskatot, ka kalendārā ir 20. augusts. Citiem vārdiem sakot, viņš prātā zaudēja veselu mēnesi.
Bet ķermenis zināja labāk. Un Sifrs spēja vienreiz pierādīt, ka mēs, cilvēki, esam aprīkoti ar bioloģiskajiem pulksteņiem.
Arvien vairāk zinātnieku iedziļinās šajā tēmā
Pāris gadus vēlāk Mišels Sifrs veica vēl vienu līdzīgu eksperimentu, bet šoreiz kā novērotājs diviem citiem alām, Hosijai Lauresai un Antuānam Senni. Arī viņi ļāva sevi izolēt pazemē, katrs savā alā, aptuveni simts metru attālumā viens no otra.
Vienīgie cilvēki uz zemes virsmas, ar kuriem Lores un Senijs pa tālruni sazinājās, bija zinātnieki, kuri reģistrēja miega laikus, fiziskos rādītājus un ēdienreizes.
Loresam un Sennijam nebija jācieš no dīkstāves, eksperimenta mērķis nebija pilnībā atņemt maņu stimulus, viņiem bija atļauts, teiksim, klausīties mūziku vai veikt kādu manuālu darbu: piemēram, Lores adīja.
Lores pavadīja 88 dienas viņas alā, bet Sennija - 126 dienas. Kad viņi beidzot iznāca no turienes, abi bija samērā labā fiziskā stāvoklī, bet pēc eksperimenta vēl vairāk apmulsuši nekā Sifrs.
Piemēram, Antuāns Senijs uzskatīja, ka viņš alu atstāja 4. februārī, kad pareizs datums bija 5. aprīlis. Džosija Loresa fiziskā kondīcija parasti bija laba, taču dabiskā miega cikla atjaunošana prasīja ļoti ilgu laiku.
1965. gada 5. aprīlis Antuāns Senijs (centrā) atstāj alu pēc 125 dienām vien. Viņu sveic Džosija Loresa (labajā pusē), vēl viena eksperimenta dalībniece, kura 88 dienas pavadīja izolēti / AP Photo
Tajā laikā izolācijai izdevās pievilt pat bioloģisko pulksteni.
Izrādījās, ka Senijs iekrita tādā ritmā, kurā viņš varēja gulēt 30 stundas pēc kārtas, lai gan viņš pats uzskatīja, ka viņš gulēja tikai uz vieglu nap.
Realitātes miega skaistums
Jaunāki pētījumi atsevišķi ir parādījuši, ka cilvēki var pagarināt miega ciklu pat par 48 stundām, ja viņi nav pakļauti nekādiem ārējiem stimuliem.
Bet arī atkārtoti eksperimenti ar izolāciju ir parādījuši, ka cilvēka iekšējais pulkstenis, mūsu diennakts ritms, dabiski notiek nedaudz vairāk kā 24 stundu ciklā. Bet kur ir šis pulkstenis, tīri fiziski?
Tas viss ir saistīts ar nelielu smadzeņu laukumu - hipotalāma suprachiasmatic kodolu. Tas ir aptuveni rīsu grauda lielumā. Praksē tieši šis bioloģiskais pulkstenis regulē mūsu ikdienas ritmu.
Un no saules tā iegūst pamatinformāciju par laiku. Vakaros, kad nodziest gaismas, tas sūta epifīzam signālu, lai sāktu ražot melatonīnu, kas liek ķermenim iet gulēt.
Vasarā šis mehānisms darbojas otrādi, melatonīna līmenis samazinās, jo palielinās gaismas daudzums, kas cita starpā palielina prolaktīna ražošanu sievietēm, kas palielina auglību.
Tāpēc visiem, kas dzimuši pavasara ekvinokcijas reģionā, varbūt jāpateicas vasaras saulei, kas deviņus mēnešus agrāk tētim un mammai radīja pareizo noskaņojumu.
Tie, kas neredz
Suprahiasmatiskais kodols, kas regulē mūsu iekšējo pulksteni, iziet, saņem signālu no acīm, izmantojot redzi. Bet kā ar neredzīgiem cilvēkiem? Kā tiek regulēts viņu bioloģiskais pulkstenis?
Faktiski neredzīgie bieži cieš no miega problēmām, un simptomu mazināšanai viņiem jālieto melatonīns.
Bet ir amerikāņu un britu pētījums, kas parāda, ka pat pilnīgi neredzīgam cilvēkam, kurš pats ir iznīcinājis tīklenes redzes šūnas, tas ir, tā sauktos stieņus un konusus, acs var reģistrēt gaismu, tostarp, ja cilvēks pats par to nezina.
Citiem vārdiem sakot, signāls joprojām var iekļūt hipotalāmā caur redzes nervu. Tātad jūsu bioloģiskais pulkstenis var darboties pat tad, ja jūs to neredzat. Un, lai gan mūsu iekšējie pulksteņi ilgstoši darbojas atsevišķi, bez gaismas mēs saslimstam.
Eksperimenti ar laboratorijas pelēm parādīja, ka pelēm, kuras ilgstoši atradās tumsā, bija depresijai līdzīgi simptomi.
Gaismas trūkums samazina dopamīna sekrēciju, ietekmē cukura līmeni asinīs un pat pasliktina atmiņu. Gan pelēm, gan cilvēkiem.
Briežu viltība
Tomēr ziemeļbrieži, kas ganās ziemeļdaļā Lapzemē, ar to rīkojušies ļoti gudri. Galu galā viņi dzīvo nepārtrauktā tumsā, pēc tam nepārtrauktā gaismā, atkarībā no gadalaika, tāpēc viņiem bija jābūt pastāvīgā stresā.
Bet izrādījās, ka briežu bioloģiskais pulkstenis darbojas nedaudz savādāk nekā mūsējais. Mūsu iekšējais pulkstenis nodrošina, ka melatonīns izdalās samērā regulārā 24 stundu ciklā.
Briežos melatonīna ražošana ir tiešāk saistīta ar saņemtās gaismas daudzumu, nevis ar ģenētiski noteiktu bioloģisko pulksteni.
Tas ir, hormona līmenis paaugstinās, kad tas ir tumšs, un samazinās, kad tas ir gaišs. Citiem vārdiem sakot, briežiem nav dienas ritma, drīzāk mēs varam teikt, ka viņiem ir gada ritms.
Tas ļauj viņiem turpināt košļāt ķērpjus, ja viņi tos var atrast, neatkarīgi no diennakts laika un nenovērš uzmanību no iekšējā pulksteņa, kurā teikts, ka ir pienācis laiks gulēt.
Un izskatās, ka viņiem tas ir diezgan piemērots variants. Padomājiet paši, vai esat kādreiz redzējuši stirnu ar depresiju?
Markuss Rozenlunds