Както сте чували, през 2017 г. Нобеловата награда за медицина или физиология отиде при американците Джефри Си Хол, Майкъл Росбаш, Майкъл У Янг за техните открития в областта на циркадния ритъм - механизмът на клетките, който регулира вътрешния часовник хора, животни и растения.
Учените например успяха да изолират ген, който регулира циркадния ритъм на мухата дрозофила.
Вътрешният часовник отговаря за циклите на съня, кръвното налягане, нивата на хормоните и телесната температура. Те засягат целия живот на земята, от едноклетъчните цианобактерии до висшите гръбначни животни, включително и нас, хората.
Слънцето и други Zeitgebers
Изследването на вътрешните часовници се превърна в напълно независим клон на науката, който се нарича хронобиология.
Хронобиологията, както подсказва името, се свежда до изучаването на биологичните ритми и как те се отнасят към околната среда: германците ги наричат Zeitgebers, тоест синхронизатори.
Най-очевидният Zeitgeber, разбира се, е слънчевата светлина и нейните цикли.
Промоционално видео:
Ние, хората, от незапомнени времена наблюдаваме реакциите на природата на увеличаването и намаляването на слънчевата светлина, главно как растенията отварят и затварят цветята и листата си в съответствие с количеството получена светлина.
Но едва през 18 век човек успява да докаже, че не става въпрос само за външни сигнали: нещо вътре в самия организъм разкрива тайната на биологичния часовник, която зависи не само от това колко високо се е издигнало слънцето в небето.
Нагоре, мимоза
Един от първите, които направиха научни наблюдения на този феномен, беше френският астроном Жан Жак д'Ортус дьо Майран.
Беше 1729 г., когато той постави храст на мимоза на тъмно и забеляза, че той все още се отваря и затваря листата си, в зависимост от времето на деня и дали слънцето грее някъде, което не беше наблизо.
Мимоза на слънце / flickr.com, Бен Блаш
От това той заключава, че импулсът на растението да отваря и затваря листата е по-скоро свързан с вътрешен механизъм, отколкото с последица от робска реакция на външни стимули под формата на промени в слънчевата светлина.
Но е ясно, че ако колебанията на дневната светлина бъдат премахнати от уравнението за по-дълъг период от време, биологичният часовник, разбира се, ще се обърка рано или късно.
Изолация под земята
Един от първите учени, които в наше време активно изучават влиянието на биологичния часовник върху хората, е френският геолог и спелеолог Мишел Сифър в началото на 60-те години.
Това беше в началото на ерата на космическите пътувания и по време на Студената война, когато човек се заинтересува от реакцията на тялото на дълги периоди на изолация, например в космическа капсула или в бомбоубежище след атомна война.
През 1962 г. 23-годишният Сифр направи пробив с дръзки експерименти, в които успя да докаже, че имаме вграден часовник, точно като растенията.
Той се изолира от света от 18 юли до 14 септември 1962 г. в ледниковата пещера Скарасон, която се намира във френските Алпи на дълбочина 100 метра под земята.
Сифр поддържал контакт с външния свят само по телефонната линия, за която използвал, когато си лягал и когато ставал.
Тежка дезориентация
Липсата на външни стимули и часовници, с течение на времето, напълно дезориентира Sifr по отношение на течението на времето (и, както той сам призна по-късно, почти го побърка).
Самият Сифр вярваше, че е спал на цикли от по 15 часа и че е напълно загубил връзка с естествения циркаден ритъм. Но се оказа, че тялото му отлично следи времето, живеейки дни средно по 24,5 часа.
След като Сифр прекара 63 дни в ледена пещера, той най-накрая излезе на бял свят, вярвайки, че е 20 август в календара. С други думи, той загуби цял месец в съзнанието си.
Но тялото знаеше по-добре. И Sifr успя да докаже веднъж завинаги, че ние, хората, сме снабдени с биологични часовници.
Все повече учени се задълбочават в тази тема
Няколко години по-късно Мишел Сифр провежда още един подобен експеримент, но този път като наблюдател на други двама пещерняци, Джоузи Лорес и Антоан Сени. Те също си позволиха да бъдат изолирани под земята, всеки в своята пещера, на около сто метра един от друг.
Единствените хора на повърхността на земята, с които Лорес и Сени поддържаха контакт по телефона, бяха учени, които записваха времето на съня си, физическите показатели и храненията.
Лорес и Сени не трябваше да страдат от безделие, целта на експеримента не беше да ги лиши напълно от сензорни стимули, им беше позволено да, да речем, да слушат музика или да извършват някаква ръчна работа: например, Лорес плета.
Лорес прекара 88 дни в пещерата си, докато Сени прекара в нея 126 дни. Когато най-накрая излязоха оттам, и двамата бяха в сравнително добро физическо състояние, но дори по-объркани от Сифр след експеримента.
Антоан Сени вярва например, че е напуснал пещерата на 4 февруари, когато точната дата е 5 април. Джоузи Лорес като цяло беше в добро физическо състояние, но отне много време, за да възстанови естествения цикъл на съня.
05 април 1965 г. Антоан Сени (в средата) напуска пещерата само след 125 дни. Поздравява го Джоузи Лорес (вдясно), друга участничка в експеримента, която прекара 88 дни в изолация / AP Photo
По това време изолацията успя да заблуди дори биологичния часовник.
Оказа се, че Сени изпада в ритъм, в който може да спи по 30 часа подред, въпреки че самият той вярва, че лежи само за лека дрямка.
Спящата красавица на реалността
По-скорошни изолирани проучвания показват, че хората могат да удължат цикъла си на сън с цели 48 часа, ако не са изложени на външни стимули.
Но също така многократни експерименти с изолация показват, че вътрешният часовник на човека, нашият циркаден ритъм, естествено се появява в цикъл от малко над 24 часа. Но къде е този часовник, чисто физически?
Всичко това е свързано с малка площ в мозъка - супрахиазматичното ядро на хипоталамуса. Той е с размерите на оризово зърно. На практика именно този биологичен часовник регулира ежедневния ни ритъм.
И получава основна информация за времето от слънцето. Вечер, когато светлината избледнява, тя изпраща сигнал до епифизата да започне да произвежда мелатонин, който казва на тялото да си легне.
През лятото този механизъм работи обратното, нивото на мелатонин спада, тъй като количеството светлина се увеличава, което наред с други неща увеличава производството на пролактин при жените, което увеличава плодовитостта.
Така че всеки, който е роден в района на пролетното равноденствие, може би трябва да благодари на лятното слънце, което девет месеца по-рано постави баща и майка в правилното настроение.
Тези, които не виждат
Надхиазматичното ядро, което регулира нашия вътрешен часовник, излиза, получава сигнал от очите, чрез зрение. Но какво ще кажете за слепите хора? Как се регулира биологичният им часовник?
Всъщност слепите хора често страдат от проблеми със съня и трябва да приемат мелатонин, за да облекчат симптомите.
Но има американско и британско проучване, което показва, че дори при напълно сляп човек, който сам е унищожил зрителните клетки на ретината, тоест така наречените пръчки и конуси, окото може да регистрира светлина, дори ако самият човек не знае за това.
С други думи, сигналът все още може да проникне в хипоталамуса през зрителния нерв. Така че вашият биологичен часовник може да работи, дори ако не виждате. И въпреки че нашите вътрешни часовници продължават да функционират за дълги периоди изолирано, без светлина ние се разболяваме.
Експериментите с лабораторни мишки показаха, че мишките, поставени на тъмно за дълги периоди от време, страдат от симптоми, подобни на депресия.
Липсата на светлина намалява секрецията на допамин, влияе върху нивата на кръвната захар и дори влошава паметта. Както при мишки, така и при хора.
Хитрост на елени
Независимо от това северните елени, които пасат на север в Лапландия, са уредили всичко по много умен начин. В края на краищата те живеят в непрекъснат мрак, след това в непрекъсната светлина, в зависимост от сезона, така че трябваше да бъдат в постоянен стрес.
Но се оказа, че биологичният часовник на елените работи малко по-различно от нашия. Нашият вътрешен часовник гарантира, че мелатонинът се отделя при относително редовен 24-часов цикъл.
При елените производството на мелатонин е по-пряко свързано с количеството получена светлина, а не с генетично обусловен биологичен часовник.
Тоест нивото на хормона се повишава, когато е тъмно, и намалява, когато е светло. С други думи, елените нямат дневен ритъм, по-скоро можем да кажем, че имат годишен ритъм.
Това им позволява да продължат да дъвчат лишеите си, ако успеят да ги намерят, независимо от времето на деня и без да се разсейват от вътрешния часовник, който казва, че е време за сън.
И изглежда, че това е доста работещ вариант за тях. Помислете си, виждали ли сте някога елен с депресия?
Маркус Розенлунд