Jak jste slyšeli, v roce 2017 získala Nobelovu cenu za medicínu nebo fyziologii Američané Jeffrey C Hall, Michael Rosbash, Michael W Young za jejich objevy v oblasti cirkadiánního rytmu - mechanismu buněk, který reguluje vnitřní hodiny lidé, zvířata a rostliny.
Vědcům se například podařilo izolovat gen, který reguluje cirkadiánní rytmus mouchy Drosophila.
Vnitřní hodiny jsou zodpovědné za spánkové cykly, krevní tlak, hladinu hormonů a tělesnou teplotu. Ovlivňují veškerý život na Zemi, od jednobuněčných sinic až po vyšší obratlovce, včetně nás lidí.
Slunce a další Zeitgeberové
Studium vnitřních hodin se stalo zcela nezávislým vědním oborem, kterému se říká chronobiologie.
Chronobiologie, jak název napovídá, se omezuje na studium biologických rytmů a jejich vztahu k životnímu prostředí: Němci jim říkají Zeitgebers, tedy synchronizátoři.
Nejviditelnějším Zeitgeberem je samozřejmě sluneční světlo a jeho cykly.
Propagační video:
My lidé jsme od nepaměti pozorovali reakce přírody na zvyšování a snižování slunečního světla, především to, jak rostliny otevírají a zavírají své květy a listy podle množství přijatého světla.
Ale až v 18. století se člověku podařilo dokázat, že to nebylo jen o vnějších signálech: něco uvnitř samotného organismu odhaluje tajemství biologických hodin, které závisí nejen na tom, jak vysoko na obloze vyšlo slunce.
Nahoře, mimosa
Jedním z prvních, kdo provedl vědecká pozorování tohoto jevu, byl francouzský astronom Jean Jacques d'Ortous de Mairan.
Bylo to roku 1729, kdy umístil mimosový keř do tmy a všiml si, že se stále otevírá a zavírá své listy, v závislosti na denní době a na tom, zda někde svítí slunce, které nebylo poblíž.
Mimosa na slunci / flickr.com, Ben Blash
Z toho dospěl k závěru, že impuls rostliny k otevírání a zavírání listů souvisí spíše s vnitřním mechanismem než s důsledkem otrocké reakce na vnější podněty ve formě změn slunečního světla.
Je však jasné, že pokud budou kolísání denního světla odstraněny z rovnice na delší časové období, biologické hodiny se samozřejmě dříve či později pokazí.
Izolace v podzemí
Jedním z prvních vědců, kteří v naší době aktivně studovali vliv biologických hodin na člověka, byl na počátku 60. let francouzský geolog a speleolog Michel Siffre.
Stalo se to na začátku éry vesmírného cestování a během studené války, kdy se člověk začal zajímat o reakci těla na dlouhá období izolace, například ve vesmírné kapsli nebo v bombovém krytu po atomové válce.
V roce 1962 udělal 23letý Sifr průlom odvážným experimentem, ve kterém dokázal dokázat, že máme vestavěné hodiny, stejně jako rostliny.
Od 18. července do 14. září 1962 se izoloval od světa v jeskyni Scarasson Glacier, která se nachází ve francouzských Alpách v hloubce 100 metrů pod zemí.
Komunikace s vnějším světem udržovala Sifr pouze prostřednictvím telefonní linky, kterou používal k hlášení, když šel spát a kdy vstal.
Těžká dezorientace
Absence vnějších podnětů a hodin v průběhu času Sifra úplně dezorientovala, co se týče plynutí času (a jak se později přiznal, málem pobláznil).
Sifr sám věřil, že spal v 15hodinových cyklech a že zcela ztratil kontakt s přirozeným cirkadiánním rytmem. Ukázalo se však, že jeho tělo dokonale sledovalo čas a žil dny s průměrnou délkou 24,5 hodiny.
Poté, co Sifr strávil 63 dní v ledové jeskyni, nakonec vyšel na denní světlo a věřil, že v kalendáři je 20. srpna. Jinými slovy, ztratil celý měsíc v mysli.
Ale tělo to vědělo lépe. A Sifr dokázal jednou provždy dokázat, že my, lidé, jsme vybaveni biologickými hodinami.
Stále více vědců se věnuje tomuto tématu
O několik let později provedl Michel Sifre další podobný experiment, tentokrát však jako pozorovatel pro další dva jeskynáře, Josie Laures a Antoine Senni. I oni se nechali izolovat pod zemí, každý ve své vlastní jeskyni, vzdálené asi sto metrů.
Jediní lidé na povrchu Země, s nimiž byli Lores a Senny telefonicky v kontaktu, byli vědci zaznamenávající dobu spánku, fyzické ukazatele a jídlo.
Lores a Senny nemuseli trpět nečinností, účelem experimentu nebylo úplně je zbavit smyslových podnětů, bylo jim umožněno, řekněme, poslouchat hudbu nebo dělat nějakou manuální práci: například Lores pletl.
Lores strávila ve své jeskyni 88 dní, zatímco Senny v ní 126 dní. Když se odtamtud konečně dostali, byli oba v relativně dobré fyzické kondici, ale po experimentu ještě zmatenější než Sifr.
Antoine Senny například věřil, že jeskyni opustil 4. února, kdy bylo správné datum 5. dubna. Josie Lores byla obecně v dobré fyzické kondici, ale obnovení přirozeného spánkového cyklu trvalo velmi dlouho.
5. dubna 1965. Antoine Senny (uprostřed) opouští jeskyni jen po 125 dnech. Pozdravuje ho Josie Lores (vpravo), další účastnice experimentu, která strávila 88 dní v izolaci / AP Photo
V té době se izolaci podařilo oklamat i biologické hodiny.
Ukázalo se, že Senny upadl do takového rytmu, ve kterém mohl spát 30 hodin po sobě, i když sám věřil, že si lehne jen na lehký spánek.
Spící krása reality
Novější izolované studie ukázaly, že lidé mohou prodloužit svůj spánkový cyklus až o 48 hodin, pokud nejsou vystaveni žádným vnějším podnětům.
Ale také opakované experimenty s izolací ukázaly, že vnitřní hodiny člověka, náš cirkadiánní rytmus, se přirozeně vyskytují v cyklu něco málo přes 24 hodin. Ale kde jsou tyto hodiny, čistě fyzicky?
To vše je spojeno s malou oblastí v mozku - suprachiasmatickým jádrem hypotalamu. Jde o velikost zrnka rýže. V praxi to jsou tyto biologické hodiny, které regulují náš denní rytmus.
A získává základní časové informace ze slunce. Večer, když světla zhasnou, vyšle signál epifýze, aby začala produkovat melatonin, který tělu říká, aby šel spát.
V létě tento mechanismus funguje obráceně, hladina melatoninu klesá s rostoucím množstvím světla, což mimo jiné zvyšuje produkci prolaktinu u žen, což zvyšuje plodnost.
Takže snad každý, kdo se narodil v oblasti jarní rovnodennosti, by měl poděkovat letnímu slunci, které před devíti měsíci dávalo tatínkovi a mámě tu správnou náladu.
Ti, kteří nevidí
Suprachiasmatické jádro, které reguluje naše vnitřní hodiny, vystupuje, přijímá signál z očí prostřednictvím vidění. Ale co slepí lidé? Jak jsou regulovány jejich biologické hodiny?
Ve skutečnosti slepí lidé často trpí problémy se spánkem a ke zmírnění příznaků musí užívat melatonin.
Existuje však americká a britská studie, která ukazuje, že i u zcela slepého člověka, který sám zničil zrakové buňky sítnice, tedy takzvané tyčinky a čípky, může oko registrovat světlo, i když o tom sám člověk neví.
Jinými slovy, signál může stále vstupovat do hypotalamu optickým nervem. Takže vaše biologické hodiny mohou fungovat, i když nevidíte. A ačkoli naše vnitřní hodiny fungují po dlouhou dobu izolovaně, bez světla onemocníme.
Pokusy s laboratorními myšmi ukázaly, že myši, které byly dlouhodobě umístěny ve tmě, trpěly příznaky podobnými depresi.
Nedostatek světla snižuje sekreci dopaminu, ovlivňuje hladinu cukru v krvi a dokonce zhoršuje paměť. Jak u myší, tak u lidí.
Jelení mazaný
Sobi, kteří se pasou na severu v Laponsku, však všechno chytře vyřešili. Koneckonců, žijí v nepřetržité tmě, pak v nepřetržitém světle, v závislosti na ročním období, takže museli být ve stálém stresu.
Ukázalo se však, že biologické hodiny jelenů fungují poněkud jinak než naše. Naše vnitřní hodiny zajišťují, aby se melatonin uvolňoval v relativně pravidelném 24hodinovém cyklu.
U jelenů je produkce melatoninu přímo spojena s množstvím přijímaného světla, spíše než s geneticky podmíněnými biologickými hodinami.
To znamená, že hladina hormonu stoupá, když je tma, a klesá, když je světlo. Jinými slovy, jeleni nemají denní rytmus; spíše můžeme říci, že mají roční rytmus.
To jim umožňuje pokračovat v žvýkání lišejníků, pokud je najdou, bez ohledu na denní dobu a bez rozptylování vnitřními hodinami, které říkají, že je čas spát.
A vypadá to, že je to pro ně docela funkční volba. Mysli na sebe, viděl jsi někdy jelena s depresí?
Marcus Rosenlund