Ako ste počuli, v roku 2017 si Nobelovu cenu za medicínu alebo fyziológiu odniesli Američania Jeffrey C Hall, Michael Rosbash, Michael W Young za ich objavy v oblasti cirkadiánneho rytmu - mechanizmu buniek, ktorý reguluje vnútorné hodiny ľudí, zvierat a rastlín.
Vedcom sa napríklad podarilo izolovať gén, ktorý reguluje cirkadiánny rytmus muchy Drosophila.
Vnútorné hodiny sú zodpovedné za spánkové cykly, krvný tlak, hladinu hormónov a telesnú teplotu. Ovplyvňujú všetok život na Zemi, od jednobunkových siníc až po vyššie stavovce, vrátane nás ľudí.
Slnko a ďalší Zeitgeberi
Štúdium vnútorných hodín sa stalo úplne samostatným vedeckým odborom, ktorý sa nazýva chronobiológia.
Chronobiológia, ako už názov napovedá, sa spája so štúdiom biologických rytmov a ich vzťahu k životnému prostrediu: Nemci ich nazývajú Zeitgebers, teda synchronizátory.
Najviditeľnejším Zeitgeberom je samozrejme slnečné svetlo a jeho cykly.
Propagačné video:
My ľudia sme od nepamäti pozorovali reakcie prírody na zvyšovanie a znižovanie slnečného žiarenia, predovšetkým spôsob, akým rastliny otvárajú a zatvárajú svoje kvety a listy podľa množstva prijatého svetla.
Ale až v 18. storočí sa človeku podarilo dokázať, že nešlo iba o vonkajšie signály: niečo vo vnútri samotného organizmu odhaľuje tajomstvo biologických hodín, ktoré nezávisia iba od toho, ako vysoko na oblohe vyšlo slnko.
Hore, mimóza
Jedným z prvých, kto uskutočnil vedecké pozorovania tohto javu, bol francúzsky astronóm Jean Jacques d'Ortous de Mairan.
Písal sa rok 1729, keď umiestnil do tmy kríček mimózy a všimol si, že sa stále otvára a zatvára listy, v závislosti od dennej doby a od toho, či niekde svieti slnko, ktoré nebolo nablízku.
Mimóza na slnku / flickr.com, Ben Blash
Z toho vyvodil záver, že impulz rastliny k otváraniu a zatváraniu listov súvisí skôr s vnútorným mechanizmom než s dôsledkom otrockej reakcie na vonkajšie podnety vo forme zmien slnečného žiarenia.
Je ale zrejmé, že ak sa z rovnice odstránia výkyvy denného svetla na dlhšiu dobu, biologické hodiny sa samozrejme skôr či neskôr pokazia.
Izolácia pod zemou
Jedným z prvých vedcov, ktorý v našej dobe aktívne študoval vplyv biologických hodín na človeka, bol začiatkom 60. rokov francúzsky geológ a speleológ Michel Siffre.
Bolo to na začiatku éry vesmírneho cestovania a počas studenej vojny, keď sa človek začal zaujímať o reakciu tela na dlhé obdobia izolácie, napríklad v kozmickej kapsule alebo v bombovom kryte po atómovej vojne.
V roku 1962 urobil 23-ročný Sifr prielom odvážnym experimentom, pri ktorom dokázal dokázať, že máme rovnako ako rastliny zabudované hodiny.
Od sveta sa izoloval od 18. júla do 14. septembra 1962 v jaskyni Scarasson Glacier, ktorá sa nachádza vo francúzskych Alpách v hĺbke 100 metrov pod zemou.
Sifr udržiaval kontakt s vonkajším svetom iba prostredníctvom telefónnej linky, ktorú používal na hlásenie, keď išiel spať a keď vstal.
Silná dezorientácia
Absencia vonkajších podnetov a hodín časom Sifra z hľadiska plynutia času úplne dezorientovala (a ako sa neskôr sám priznal, takmer ho priviedlo do šialenstva).
Sifr sám veril, že spal v 15 hodinových cykloch a že úplne stratil kontakt s prirodzeným cirkadiánnym rytmom. Ukázalo sa ale, že jeho telo perfektne sledovalo čas a žil dni s priemernou dĺžkou 24,5 hodiny.
Potom, čo Sifr strávil 63 dní v ľadovej jaskyni, nakoniec vyšiel na denné svetlo v domnení, že v kalendári je 20. august. Inými slovami, stratil celý mesiac v pamäti.
Telo to však vedelo lepšie. A Sifr dokázal raz a navždy dokázať, že my, ľudia, sme vybavení biologickými hodinami.
Stále viac vedcov sa venuje tejto téme
O pár rokov neskôr uskutočnil Michel Sifre ďalší podobný experiment, tentoraz však ako pozorovateľ ďalších dvoch jaskyniarov, Josieho Lauresa a Antoina Senniho. Aj oni sa nechali izolovať pod zemou, každý vo svojej jaskyni, vzdialenej od seba asi sto metrov.
Jediní ľudia na povrchu Zeme, s ktorými boli Lores a Senny telefonicky v kontakte, boli vedci, ktorí zaznamenávali svoje doby spánku, fyzikálne ukazovatele a jedlo.
Lores a Senny nemuseli trpieť nečinnosťou, účelom experimentu nebolo úplne ich pripraviť o zmyslové podnety, bolo im umožnené, povedzme, počúvať hudbu alebo robiť nejaké ručné práce: napríklad Lores štrikoval.
Lores strávila vo svojej jaskyni 88 dní, zatiaľ čo Senny vo svojej 126. Keď sa odtiaľ konečne dostali, obaja boli v relatívne dobrej fyzickej kondícii, ale po experimente boli ešte viac zmätení ako Sifr.
Antoine Senny napríklad veril, že jaskyňu opustil 4. februára, kedy bol správny dátum 5. apríla. Josie Lores bola všeobecne v dobrej fyzickej kondícii, ale obnovenie prirodzeného spánkového cyklu trvalo veľmi dlho.
5. apríla 1965. Antoine Senny (v strede) opúšťa jaskyňu po 125 dňoch samoty. Pozdravuje ho Josie Lores (vpravo), ďalší účastník experimentu, ktorý strávil 88 dní v izolácii / AP Photo
V tom čase dokázala izolácia oklamať aj biologické hodiny.
Ukázalo sa, že Senny upadol do takého rytmu, v ktorom mohol spať 30 hodín po sebe, hoci sám veril, že si ľahne iba na ľahký spánok.
Spiaca krása reality
Novšie izolačné štúdie ukázali, že ľudia môžu predĺžiť spánkový cyklus až o 48 hodín, ak nie sú vystavení žiadnym vonkajším stimulom.
Ale aj opakované experimenty s izoláciou ukázali, že vnútorné hodiny človeka, náš cirkadiánny rytmus, sa prirodzene vyskytujú v cykle niečo málo cez 24 hodín. Ale kde sú tieto hodiny, čisto fyzicky?
To všetko je spojené s malou oblasťou v mozgu - suprachiasmatickým jadrom hypotalamu. Je to asi veľké ako zrnko ryže. V praxi sú to tieto biologické hodiny, ktoré regulujú náš denný rytmus.
A získava základné časové informácie zo slnka. Vo večerných hodinách, keď svetlo slabne, vysiela signál do epifýzy, aby začala produkovať melatonín, ktorý telu hovorí, aby išiel do postele.
V lete tento mechanizmus funguje naopak, hladina melatonínu klesá, pretože sa zvyšuje množstvo svetla, čo okrem iného zvyšuje produkciu prolaktínu u žien, čo zvyšuje plodnosť.
Takže snáď každý, kto sa narodil v oblasti jarnej rovnodennosti, by mal poďakovať letnému slnku, ktoré o deväť mesiacov skôr správne naladilo otca a mamu.
Tí, čo nevidia
Suprachiasmatické jadro, ktoré reguluje naše vnútorné hodiny, vychádza, prijíma signál z očí prostredníctvom videnia. Ale čo nevidiaci? Ako sú regulované ich biologické hodiny?
V skutočnosti nevidiaci často trpia problémami so spánkom a na zmiernenie prejavov musia brať melatonín.
Existuje však americká a britská štúdia, ktorá ukazuje, že aj u úplne slepého človeka, ktorý si sám zničil zrakové bunky sietnice, teda takzvané tyčinky a kužele, dokáže oko zaregistrovať svetlo, aj keď o tom sám nevie.
Inými slovami, signál môže stále vstúpiť do hypotalamu optickým nervom. Takže vaše biologické hodiny môžu fungovať, aj keď nevidíte. A hoci naše vnútorné hodiny fungujú dlho izolovane, bez svetla ochorieme.
Pokusy s laboratórnymi myšami preukázali, že myši, ktoré boli dlho umiestnené v tme, trpeli príznakmi podobnými depresii.
Nedostatok svetla znižuje vylučovanie dopamínu, ovplyvňuje hladinu cukru v krvi a dokonca zhoršuje pamäť. U myší aj u ľudí.
Jelení mazaný
Soby, ktoré sa pasú na severe v Laponsku, to však zvládli veľmi šikovne. Nakoniec žijú v nepretržitej tme, potom v nepretržitom svetle, v závislosti od ročného obdobia, takže museli byť v neustálom strese.
Ukázalo sa ale, že biologické hodiny jeleňov fungujú trochu inak ako tie naše. Naše vnútorné hodiny zabezpečujú, aby sa melatonín uvoľňoval v relatívne pravidelnom 24-hodinovom cykle.
U jelenej zveri produkcia melatonínu súvisí skôr s množstvom prijatého svetla ako s geneticky podmienenými biologickými hodinami.
To znamená, že hladina hormónu stúpa, keď je tma, a klesá, ak je svetlo. Inými slovami, jelene nemajú denný rytmus, skôr môžeme povedať, že majú ročný rytmus.
To im umožňuje pokračovať v žuvaní ich lišajníkov, ak ich nájdu, bez ohľadu na dennú dobu a bez toho, aby ich rozptyľovali vnútorné hodiny, ktoré hovoria, že je čas spať.
A vyzerá to, že je to pre nich celkom pracovná možnosť. Popremýšľajte sami, videli ste už jeleňa s depresiou?
Marcus Rosenlund