Kuten olette kuulleet, vuonna 2017 lääketieteen tai fysiologian Nobel-palkinto myönnettiin amerikkalaisille Jeffrey C Hallille, Michael Rosbashille ja Michael W Youngille heidän löytöistään vuorokausirytmin alalla - solumekanismi, joka säätelee sisäistä kelloa ihmisiä, eläimiä ja kasveja.
Esimerkiksi tutkijat onnistuivat eristämään geenin, joka säätelee Drosophila-kärpän vuorokausirytmiä.
Sisäinen kello on vastuussa unisyklistä, verenpaineesta, hormonitasoista ja kehon lämpötilasta. Ne vaikuttavat kaikkeen elämään maan päällä yksisoluisista syanobakteereista korkeampiin selkärankaisiin, myös meihin ihmisiin.
Aurinko ja muut Zeitgeberit
Sisäisten kellojen tutkimuksesta on tullut täysin itsenäinen tieteenala, jota kutsutaan kronobiologiaksi.
Kronobiologia, kuten nimestä voi päätellä, liittyy biologisten rytmien tutkimiseen ja niiden suhteeseen ympäristöön: saksalaiset kutsuvat heitä Zeitgebereiksi eli synkronoijiksi.
Ilmeisin Zeitgeber on tietysti auringonvalo ja sen syklit.
Mainosvideo:
Me ihmiset, muinaisista ajoista lähtien, olemme havainneet luonnon reaktioita auringonvalon lisääntymiseen ja vähenemiseen, ennen kaikkea kuinka kasvit avaavat ja sulkevat kukkansa ja lehdensä saadun valon määrän mukaisesti.
Mutta vasta 1700-luvulla ihminen onnistui todistamaan, että kyse ei ollut vain ulkoisista signaaleista: jokin organismin sisällä paljastaa biologisen kellon salaisuuden, joka ei riipu pelkästään siitä, kuinka korkealle aurinko nousi taivaalla.
Ylös, mimosa
Yksi ensimmäisistä, joka teki tieteellisiä havaintoja tästä ilmiöstä, oli ranskalainen tähtitieteilijä Jean Jacques d'Ortous de Mairan.
Se oli 1729, kun hän sijoitti mimosa-pensan pimeään ja huomasi, että se silti avaa ja sulkee lehdet, riippuen vuorokaudesta ja siitä, paistaako aurinko jonnekin, joka ei ollut lähellä.
Mimosa auringossa / flickr.com, Ben Blash
Tämän perusteella hän päätyi siihen, että kasvien impulssi lehtien avaamiseen ja sulkemiseen liittyy pikemminkin sisäiseen mekanismiin kuin seuraukseen orjuudellisesta reaktiosta ulkoisiin ärsykkeisiin auringonvalon muutosten muodossa.
Mutta on selvää, että jos päivänvalon vaihtelut poistetaan yhtälöstä pidemmäksi aikaa, biologinen kello tietysti menee pieleen ennemmin tai myöhemmin.
Eristys maan alla
Yksi ensimmäisistä tutkijoista, joka aikanamme tutki aktiivisesti biologisen kellon vaikutusta ihmisiin, oli ranskalainen geologi ja speleologi Michel Siffre 60-luvun alussa.
Tämä tapahtui avaruusmatkailun aikakauden alussa ja kylmän sodan aikana, jolloin ihminen kiinnostui kehon reaktioista pitkiin eristyneisiin aikoihin, esimerkiksi avaruuskapseliin tai pommisuojaan atomisodan jälkeen.
Vuonna 1962 23-vuotias Sifr teki läpimurron rohkealla kokeilulla, jossa hän pystyi osoittamaan, että meillä on sisäänrakennettu kello, kuten kasvit.
Hän erotti itsensä maailmasta 18. heinäkuuta - 14. syyskuuta 1962 Scarassonin jäätiköluolassa, joka sijaitsee Ranskan Alpeilla 100 metrin syvyydessä maan alla.
Sifr piti yhteyttä ulkomaailmaan vain puhelinlinjan kautta, josta hän ilmoitti menevänsä sänkyyn ja noustessaan.
Vakava desorientaatio
Ulkoisten ärsykkeiden ja kellojen puuttuminen ajan mittaan hämmensi Sifriä ajan kulumisesta (ja kuten hän myöhemmin myönsi itsensä melkein ajoi hänet hulluksi).
Sifr itse uskoi, että hän nukkui 15 tunnin jaksoissa ja että hän oli täysin menettänyt yhteyden luonnolliseen vuorokausirytmiin. Mutta kävi ilmi, että hänen ruumiinsa seurasi täydellisesti aikaa ja asui päiviä keskimäärin 24,5 tuntia.
Kun Sifr vietti 63 päivää jääluolassa, hän tuli lopulta päivänvaloon uskoen, että kalenterissa on 20. elokuuta. Toisin sanoen hän menetti mielessään kokonaisen kuukauden.
Mutta ruumis tiesi paremmin. Ja Sifr pystyi lopullisesti todistamaan, että meillä ihmisillä on biologiset kellot.
Yhä useammat tutkijat tutkivat tätä aihetta
Pari vuotta myöhemmin Michel Sifre suoritti toisen vastaavan kokeen, mutta tällä kertaa kahden muun luolan, Josie Lauresin ja Antoine Sennin, tarkkailijana. Myös he antoivat itsensä eristää maan alle, kukin omassa luolassaan, noin sata metriä toisistaan.
Ainoat ihmiset maan pinnalla, joiden kanssa Lores ja Senny pitivät yhteyttä puhelimitse, olivat tutkijoita, jotka tallensivat uniajat, fyysiset indikaattorit ja ateriat.
Loresin ja Sennyn ei tarvinnut kärsiä joutilaisuudesta, kokeen tarkoituksena ei ollut riistää heiltä täysin aistien ärsykkeitä, vaan heidän annettiin sanoa kuunnella musiikkia tai tehdä jonkinlaista manuaalista työtä: esimerkiksi Lores neuloi.
Lores vietti luolassaan 88 päivää, kun taas Senny vietti 126 päivää. Kun he lopulta nousivat sieltä, molemmat olivat suhteellisen hyvässä fyysisessä kunnossa, mutta vielä hämmentyneempiä kuin Sifr kokeen jälkeen.
Antoine Senny uskoi esimerkiksi poistuneensa luolasta 4. helmikuuta, jolloin oikea päivämäärä oli 5. huhtikuuta. Josie Lores oli yleensä hyvässä fyysisessä kunnossa, mutta luonnollisen unisyklin palauttaminen kesti hyvin kauan.
5. huhtikuuta 1965. Antoine Senny (keskellä) lähtee luolasta yksin 125 päivän jälkeen. Häntä tervehtii Josie Lores (oikealla), toinen kokeen osallistuja, joka vietti 88 päivää eristyksissä / AP Photo
Tuolloin eristäminen onnistui pettämään jopa biologisen kellon.
Kävi ilmi, että Senny putosi sellaiseen rytmiin, jossa hän pystyi nukkumaan 30 tuntia peräkkäin, vaikka hän itse uskoi, että hän makasi vain kevyesti.
Todellisuuden nukkuva kauneus
Tuoreemmat tutkimukset erillään ovat osoittaneet, että ihmiset voivat pidentää unisykliään jopa 48 tunnilla, jos he eivät ole alttiina ulkoisille ärsykkeille.
Mutta myös toistuvat eristyskokeilut ovat osoittaneet, että ihmisen sisäinen kello, vuorokausirytmimme, tapahtuu luonnollisesti hieman yli 24 tunnin jaksossa. Mutta missä tämä kello on, puhtaasti fyysisesti?
Kaikki tämä liittyy pieneen alueeseen aivoissa - hypotalamuksen suprakiasmaattiseen ytimeen. Se on suunnilleen riisinjyvän kokoinen. Käytännössä tämä biologinen kello säätelee päivittäistä rytmiämme.
Ja se saa perustiedot auringosta. Iltaisin, kun valot sammuvat, se lähettää käpylisäkkeelle signaalin melatoniinin tuottamisen aloittamiseksi, mikä käskee kehoa menemään nukkumaan.
Kesällä tämä mekanismi toimii päinvastoin, melatoniinipitoisuus laskee, kun valon määrä kasvaa, mikä muun muassa lisää prolaktiinin tuotantoa naisilla, mikä lisää hedelmällisyyttä.
Joten kaikkien, jotka ovat syntyneet kevätpäiväntasauksen alueella, pitäisi ehkä kiittää kesän aurinkoa, joka yhdeksän kuukautta aiemmin sai isän ja äidin oikeaan tuuleen.
Ne, jotka eivät näe
Sisäkelloa säätelevä suprakiasmaattinen ydin poistuu, vastaanottaa signaalin silmistä, näön kautta. Mutta entä sokeat ihmiset? Kuinka heidän biologista kelloa säännellään?
Itse asiassa sokeat ihmiset kärsivät usein unihäiriöistä ja heidän on otettava melatoniinia oireiden lievittämiseksi.
Mutta on olemassa yhdysvaltalainen ja englantilainen tutkimus, joka osoittaa, että jopa täysin sokeana, joka on tuhonnut verkkokalvon visuaaliset solut eli ns. Sauvat ja kartiot, silmä voi rekisteröidä valoa, myös jos henkilö itse ei tiedä siitä.
Toisin sanoen signaali voi edelleen päästä hypotalamukseen näköhermon kautta. Joten biologinen kellosi voi toimia, vaikka et näe. Ja vaikka sisäiset kellomme jatkavat toimintaansa pitkiä aikoja erillään, sairastumme ilman valoa.
Laboratoriohiirillä tehdyt kokeet osoittivat, että pitkään pimeässä olleet hiiret kärsivät masennukseen liittyvistä oireista.
Valon puute vähentää dopamiinin eritystä, vaikuttaa verensokeritasoon ja jopa heikentää muistia. Sekä hiirillä että ihmisillä.
Hirvieläinten ovela
Lapissa pohjoisessa laiduntavat porot ovat kuitenkin käsitelleet sitä erittäin taitavasti. Loppujen lopuksi he elävät jatkuvassa pimeydessä, sitten jatkuvassa valossa vuodenajasta riippuen, joten heidän täytyi olla jatkuvassa stressissä.
Mutta kävi ilmi, että peurojen biologinen kello toimii hieman eri tavalla kuin meidän. Sisäinen kellomme varmistaa, että melatoniinia vapautuu suhteellisen säännöllisessä 24 tunnin jaksossa.
Hirvieläimissä melatoniinin tuotanto liittyy suoremmin vastaanotetun valon määrään eikä geneettisesti määritettyyn biologiseen kelloon.
Toisin sanoen hormonin taso nousee, kun se on pimeää, ja laskee, kun se on vaalea. Toisin sanoen peuroilla ei ole vuorokausirytmiä; pikemminkin voimme sanoa, että heillä on vuotuinen rytmi.
Tämä antaa heille mahdollisuuden jatkaa pureskelua jäkälissään, jos he löytävät ne, kellonajasta riippumatta ja häiritsemättä sisäinen kello, jonka mukaan on aika nukkua.
Ja näyttää siltä, että tämä on melko toimiva vaihtoehto heille. Ajattele itse, oletko koskaan nähnyt masennusta peuraa?
Marcus Rosenlund