Направи дарение на училище!

Както стана ясно, Нобеловата награда за физиология и медицина за 2017 г. бе връчена на американците Джефри К. Хол, Майкъл Росбаш и Майкъл У. Йънг (Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash, Michael W. Young) за техните открития в областта на циркадния ритъм – клетъчният механизъм, който направлява вътрешния часовник както на хората, така и на животните и растенията.

Освен това, изследователите са успели да изолират гена, който отговаря за циркадния ритъм на плодовата мушица. Биологичният часовник регулира циклите на съня, кръвното налягане, нивата на хормоните и температурата на тялото. Той влияе на всеки жив организъм на Земята – от едноклетъчните цианобактерии до изправените гръбначни животни, включително нас хората.

Слънцето и други сигнализатори

Изследванията, свързани с вътрешния часовник са напълно самостоятелен клон на науката, който се нарича хронобиология. Хронобиологията, както името подсказва, се занимава с изучаването на биологичните ритми и с това как те са свързани със сигнали, получавани от околната среда. Това немците наричат zeitgeber или “синхронизатор”. Най-яркият пример за синхронизатор, разбира се, е слънчевата светлина и нейното изменение.

Разбери повече за БГ Наука:

***

От древни времена хората наблюдават реакциите на природата спрямо увеличаващата се и намаляваща слънчева светлина и предимно това как растенията отварят и затварят своите цветчета и листенца, в зависимост от количеството светлина. Но едва през XIII в. хората успели да докажат, че не става въпрос само за външни фактори – не само височината на слънцето на небето оказва влияние, има нещо вътре в организма, което нашепва колко е часът.

Мимоза

Един от първите учени, извършвали наблюдения над това явление, е френският астроном Жан-Жак дьо Меран (Jean Jacques d’Ortous de Mairan).

Един ден през 1729 г. той поставил растение мимоза в тъмна стая и опитът му показал, че то отваря и затваря цветчетата си според това кое време от денонощието е, дори когато няма слънчева светлина. От този експеримент ученият стигнал до заключението, че импулсът на растението да отваря и затваря цветчетата си е по-скоро обвързан с вътрешен механизъм, а не представлява само покорно подчинение на външни стимули като промяната на слънчевата светлина.

Но все пак е ясно, че ако човек напълно премахне промените в дневната светлина от уравнението за по-дълъг период от време, рано или късно биологичният часовник ще се обърка.

Изолация под земята

Един от първите съвременни учени от началото на 60-те години на XX в., които активно са изследвали влиянието на вътрешния часовник върху хората, е бил френският геолог и спелеолог Мишел Сифр.

Това става по времето, когато се осъществяват първите космически полети и в периода на Студената война – тогава хората са се замислили за това как човешкото тяло би реагирало на дълги периоди на изолация в космическа капсула или бомбоубежище след ядрена война.

През 1962 г. 23-годишният Сифр провел сложен и единствен дотогава по рода си експеримент, с който доказал, че ние също имаме вроден биологичен часовник точно както растенията. Между 18 юли и 14 септември 1962 г. той се изолира от света в ледниковата пещера Скарасон (Scarrasson Glacier Cave) във френските Алпи, 100 метра под земята. Единственият контакт на учения с външния свят бил телефон, който използвал, за да докладва кога заспива и кога се събужда.

Сериозна загуба на ориентация

С времето липсата на външни стимули и отсъствието на часовници объркали представите на Сифр за хода на времето (а както по-късно той самият признал, почти го докарали до лудост). Той мислел, че цикълът на съня му продължава 15 часа и че напълно е изгубил контакт с естествения циркаден ритъм. Но се оказало, че тялото му следва определен часови ритъм като денонощието за Сифр било със средна продължителност от 24,5 часа.

След 63 денонощия в пещерата, на 14 септември 1962 г., когато Сифр най-накрая излязъл отново на дневна светлина, мислел, че е 20 август. С други думи съзнанието му е пропуснало цял един месец. Но тялото му знаело истината. И Сифр успял веднъж завинаги да докаже, че сме “оборудвани” с биологичен часовник.

И други учени се спускат надълбоко

Няколко години по-късно Мишел Сифр провежда друг подобен експеримент с двама спелеолози Жози Лорес и Антоан Сени (Josie Laures, Antoine Senni), които са опитните зайчета, а самият Сифр този път е в ролята на наблюдател. Те също се изолирали под земята, всеки в отделна пещера, на 100 метра един от друг. Единственият човек, с когото имали контакт на земята, отново чрез телефон, бил ученият, който записвал данните за съня, храненето и телесните им показатели.

Лорес и Сени обаче не били напълно лишени от забавление. Тъй като целта не била да се експериментира с пълна липса на сензорни стимули, им било позволено да правят неща като слушане на музика или ръкоделие. Така например Лорес плетяла на една кука.

Лорес прекарала 88 дни в пещерата си, докато Сени издържал 126 денонощия в своята. Когато най-сетне излезли на открито, били в сравнително добро физическо състояние, но се чувствали по-объркани дори от Сифр след неговия експеримент

Антоан Сени, например, мислел, че датата, на която е излязъл, е 4 февруари, а всъщност денят бил 5 април. Жози Лорес била в добра форма, но ѝ отнело доста време, преди да възвърне обичайния си ритъм на съня.

Този път изолацията успяла да обърка дори вътрешния часовник. Както се оказало, Сени си създал нов ритъм и можел да спи по 30 часа наведнъж, въпреки че според него само е дремнал.

Истинската Спяща красавица

Скорошно проучване над изолацията показва, че хората могат да удължат циклите на съня до 48 часа, в случай, че няма външни стимули. Но повторен експеримент също наскоро показва, че човешкият биологичен часовник, нашият циркаден ритъм, е естествено поделен на приблизително 24 часа. Но къде се намира този часовник чисто физически?

Всичко това има общо с малък дял на мозъка, наречен супрахиазматично ядро, който се намира в хипоталамуса. Голям е приблизително колкото зрънце ориз. На практика той е нашият биологичен часовник и онзи, който управлява циркадния ритъм. Той получава основните сигнали от слънцето. Вечер, когато светлината намалява, епифизата подава сигнал към мозъка за отделяне на мелатонин, който казва на тялото, че е време за лягане.

През лятото пък нивото на мелатонин спада, благодарение на повишеното количеството светлина, а отделянето на пролактин при жените се засилва, което увеличава пловодитостта. Така че всички, които са родени около есенното равноденствие, могат да благодарят на лятното слънцестоене, че девет месеца по-рано е предоставило подходяща атмосфера на мама и татко.

Тези, които не виждат

Супрахиазматичното ядро, което регулира нашия биологичен часовник, получава сигнал от очите, чрез зрителните нерви. Тогава как функционира то при хора, които са незрящи? Как се регулира вътрешният им часовник?

Всъщност, много от хората с увредено зрение страдат от проблеми със съня и приемат мелатонин, за да облекчат симптомите. Но съществуват две проучвания – американско и британско – които твърдят, че дори човек да е напълно сляп, ако зрителните рецепторни клетки в ретината – т.нар. пръчици и колбички – са разрушени, окото все пак може да регистрира светлина, макар и човекът да не го осъзнава. С други думи, сигналът може да достигне до хопоталамуса чрез зрителния нерв. Човек може да има функциониращ вътрешен часовник, дори да е незрящ.

Но дори биологичният ни часовник да “работи” по време на дълги периоди на изолация, без светлина бихме се разболели.

Опит с лабораторни мишки е показал, че гризачите, които са били изложени на тъмнина по-дълго време, имат симптоми на депресия. Липсата на светлина понижава отделянето на допамин, влияе на нивото на захар в организма и дори влияе негативно на паметта. Както при мишките, така и при хората.

Трикът на елените

Елените, които пасат в Лапландия, се справят с липсата на светлина по един умел начин. Те живеят в постоянен мрак или постоянна светлина в зависимост от сезона, което би трябвало да ги стресира. Но се оказва, че техният биологичен часовник действа по малко по-различен начин от нашия. Нашият вътрешен часовник регулира нивата на мелатонин през относително равни 24-часови цикли. При елените е обратното – отделянето на мелатонин и циркадният ритъм се определят по-пряко от количеството дневна светлина, а не от генетично установен биологичен часовник.

И още нещо – нивата на хормоните се повишават, когато се стъмва и се понижават, когато стане светло. С други думи, елените няма циркаден ритъм, а по-скоро годишен ритъм. Това им позволява да продължават да се хранят с лишеи, когато намерят такива, без значение кое време от денонощието е, и без да бъдат прекъсвани от вътрешния часовник, който да им казва, че е време за лягане.

А това изглежда ги устройва. В края на краищата, кога някой е виждал елен, депресиран заради тъмнината?

Превод от шведски: Михаела Цонева

Източник: svenska.yle.fi

Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!