Zegar biologiczny: Zegarmistrz światła

Co dokładnie rozumiemy pod pojęciem zegara biologicznego? Tego określenia używa się albo w odniesieniu do dobowego cyklu ludzi i zwierząt(czuwanie-sen), albo ogólnie - do procesów starzenia organizmu (tykanie zegara wyznacza wówczas dzieciństwo-młodość-wiek dojrzały i starość). Czy te dwa zegary mają ze sobą coś wspólnego? Nie, to dwie oddzielne sprawy. Za cykl dobowy odpowiadają dwa geny (zwane tim i per), a za starzenie organizmu gen regulujący proces podziału komórki (zwany p21). Geny to nośniki informacji tworzące kod genetyczny zawierający wszystkie dane o budowie i funkcjonowaniu określonego organizmu. Informacje zawarte w genach to rozkazy płynące do komórek ciała. Mówią one na przykład o tym jakie białko, lub inną substancję ma wytworzyć dana komórka. Od działania tych substancji zależy funkcjonowanie komórek naszego ciała, a zatem nasze samopoczucie i zachowanie.
Jednym i drugim zegarem biologicznym można manipulować, ponieważ można manipulować genami. Po raz pierwszy udało się przedłużyć życie ludzkich komórek przy pomocy inżynierii genetycznej już w 1989 roku. Także manipulując genami regulującymi cykle dobowe można sprawić, że człowiekowi nie będzie się chciało spać, a raczej nie będzie mógł zasnąć.
Zegar biologiczny regulujący cykle dobowe ludzi(i innych ssaków) mieści się u podstawy części mózgu zwanej podwzgórzem. Tutaj w komórkach pracują geny tim i per.

i

Na jakiej zasadzie działa zegar biologiczny
Aktywność genów uzależniona jest od światła, które dociera do nich przez siatkówkę oka. Na skutek działania światła geny hamują w gruczole wytwarzającym hormony – szyszynce - wytwarzanie melatoniny zwanej hormonem snu. Im koniec dnia jest bliższy, tym ilość wytwarzanej melatoniny większa. W miarę wzrostu jej stężenia we krwi, temperatura ciała się obniża, a wtedy stajemy się senni. Ale mimo, że ten mechanizm rzeczywiście pobudzany jest przez światło (w tym wypadku jego brak) nie jest ono niezbędne, by szyszynka wytworzyła melatoninę.
Czy można zatem oszukać zegar biologiczny sztucznie dozując mu światło?
I tak, i nie. To sprawa bardziej skomplikowana. Zadziałanie światła podczas nocy rzeczywiście spowoduje przesunięcie rytmu naszego życia. Na pewien czas faktycznie przestaniemy być senni. Ale po niedługim czasie senność przyjdzie, mimo, że zaświeci naturalne światło dnia.
Dzieje się tak, ponieważ funkcjonowanie zegara biologicznego nie zależy od 24-godzinnego cyklu światła i ciemności. Ten cykl wprawdzie nie przypadkiem trwa około doby: mechanizmy od których zależy (działanie genów) wykształciły się w ziemskich warunkach, o takim właśnie, około 24-godzinnym cyklu wschodów i zachodów Słońca. Ale skoro te mechanizmy (działanie wspomnianych genów) już są, to funkcjonują niezależnie od tego, czy organizm umieścimy w świetle, ciemności, czy nawet w kosmosie. I tak mniej więcej co 24 godziny będzie chciał zasnąć i spać 8-10 godzin.
Ten zegar, choć tak wrażliwy na światło i szwankujący pod wpływem jego nadmiaru lub braku, jest po prostu wrodzony. Na dłuższą metę nie możemy go sami nakręcać, bo jest już raz na zawsze nakręcony przez nasze geny A geny działają bez względu na warunki. Z zewnątrz można je tylko lekko pobudzać i równie lekko powstrzymywać.
Zegar biologiczny (ten dotyczący rytmu dobowego)reguluje nie tylko senność, ale mnóstwo innych rzeczy. Na przykład stężenie hormonu wzrostu (największe o godz. 2.00), poziomu hemoglobiny we krwi (najwyższy w południe), poziom kortyzolu – zwanego hormonem stresu (zwiększa się koło 6.00). Decyduje nawet o wrażliwości na ból (najmniejsza o 21.00). Jak widać nasze organizmy rzeczywiście działają jak w zegarku.
A co się stanie, jeśli zadziałamy wbrew „zegarowi” naszego organizmu?
Badania wykazały, że osoby śpiące za mało lub za dużo mają po posiłkach zbyt wysoki poziom glukozy we krwi. Stwierdzono także, że niedosypiające dzieci po pewnym czasie stają się nadmiernie pobudzone i niezdolne do koncentracji.