Nagu te olete kuulnud, said 2017. aastal Nobeli meditsiini- või füsioloogiapreemia ameeriklased Jeffrey C Hall, Michael Rosbash, Michael W Young nende avastuste eest ööpäevase rütmi valdkonnas - rakkude mehhanism, mis reguleerib sisemist kella inimesed, loomad ja taimed.
Näiteks õnnestus teadlastel eraldada geen, mis reguleerib Drosophila kärbse ööpäevarütmi.
Sisemine kell vastutab unetsüklite, vererõhu, hormoonide taseme ja kehatemperatuuri eest. Need mõjutavad kogu elu maa peal, alates üherakulistest tsüanobakteritest kuni kõrgemate selgroogseteni, ka meie, inimesed.
Päike ja teised Zeitgeberid
Sisekellade uurimisest on saanud täiesti iseseisev teadusharu, mida nimetatakse kronobioloogiaks.
Kronobioloogia, nagu nimigi ütleb, taandub bioloogiliste rütmide uurimisele ja nende suhtele keskkonnaga: sakslased kutsuvad neid Zeitgeberiteks ehk sünkroniseerijateks.
Kõige ilmsem Zeitgeber on muidugi päikesevalgus ja selle tsüklid.
Reklaamvideo:
Meie, inimesed, oleme iidsetest aegadest alates jälginud looduse reaktsioone päikesevalguse suurenemisele ja vähenemisele, peamiselt seda, kuidas taimed avavad ja sulgevad oma õisi ja lehti vastavalt saadud valguse hulgale.
Kuid alles 18. sajandil õnnestus inimesel tõestada, et see pole seotud ainult väliste signaalidega: miski organismi sees paljastab bioloogilise kella saladuse, mis sõltub mitte ainult sellest, kui kõrgele päike taevas tõusis.
Üles, mimoos
Üks esimesi, kes tegi selle nähtuse kohta teaduslikke vaatlusi, oli prantsuse astronoom Jean Jacques d'Ortous de Mairan.
See oli 1729. aasta, kui ta pani pimedas mimoosapõõsa ja märkas, et see avab ja sulgeb endiselt oma lehti, sõltuvalt kellaajast ja sellest, kas päikest paistab kuskil, mida polnud läheduses.
Mimosa päikese käes / flickr.com, Ben Blash
Sellest järeldas ta, et taime impulss lehtede avamiseks ja sulgemiseks on seotud pigem sisemise mehhanismiga kui orjaliku reaktsiooni tagajärjega välistele stiimulitele päikesevalguse muutuste näol.
Kuid on selge, et kui päevavalguse kõikumine eemaldatakse võrrandist pikemaks ajaks, läheb bioloogiline kell muidugi varem või hiljem valesti.
Soojustus maa all
Üks esimesi teadlasi, kes meie ajal uuris aktiivselt bioloogilise kella mõju inimesele, oli 60ndate alguses Prantsuse geoloog ja speleoloog Michel Siffre.
See oli kosmosereiside ajastu alguses ja külma sõja ajal, kui inimest tundis pärast aatomisõda huvi keha reageerimine pika isolatsiooni perioodile, näiteks kosmosekapslis või pommivarjendis.
1962. aastal tegi 23-aastane Sifr läbimurre julge eksperimendiga, kus ta suutis tõestada, et meil on sisse ehitatud kell, täpselt nagu taimed.
Ta eraldas end maailmast 18. juulist 14. septembrini 1962 Scarassoni liustikukoopas, mis asub Prantsuse Alpides 100 meetri sügavusel maa all.
Sifr hoidis kontakti välismaailmaga ainult telefoniliini kaudu, millest ta teatas magama minnes ja püsti tõustes.
Tõsine desorientatsioon
Väliste stiimulite ja kellade puudumine muutis Sifri aja möödudes täielikult desorienteerituks (ja nagu ta ise hiljem tunnistas, ajas ta peaaegu hulluks).
Sifr ise uskus, et magas 15-tunniste tsüklitena ja et loomuliku ööpäevarütmiga oli side täielikult kadunud. Kuid selgus, et tema keha jälgis suurepäraselt aega, elades päevi keskmiselt 24,5 tundi.
Pärast seda, kui Sifr veetis 63 päeva jääkoobas, tuli ta lõpuks päevavalgusele, uskudes, et kalendris on 20. august. Teisisõnu kaotas ta oma mõtetes terve kuu.
Kuid keha teadis paremini. Ja Sifr suutis lõplikult tõestada, et meie, inimesed, oleme varustatud bioloogiliste kelladega.
Üha rohkem teadlasi uurib seda teemat
Paar aastat hiljem viis Michel Sifre läbi veel ühe sarnase katse, kuid seekord vaatlejana veel kahele koopale, Josie Lauresele ja Antoine Senni. Ka nemad lasid end maa all isoleerida, igaüks oma koopas, umbes saja meetri kaugusel üksteisest.
Ainsad inimesed maakeral, kellega Lores ja Senny telefoni teel ühendust pidasid, olid teadlased, kes registreerisid oma uneaegu, füüsilisi näitajaid ja sööki.
Lores ja Senny ei pidanud tühikäigu käes vaevlema, eksperimendi eesmärk ei olnud neilt sensoorsetest stiimulitest täielikult ilma jätta, neil lubati, ütleme, muusikat kuulata või mingisugust käsitsi tööd teha: näiteks kudus Lores.
Lores veetis oma koopas 88 päeva, Senny aga 126 päeva. Kui nad sealt lõpuks välja tulid, olid mõlemad suhteliselt heas füüsilises seisundis, kuid pärast eksperimenti veel segasem kui Sifr.
Antoine Senny uskus näiteks, et lahkus koopast 4. veebruaril, kui õige kuupäev oli 5. aprill. Josie Lores oli üldiselt heas füüsilises vormis, kuid loomuliku unetsükli taastamine võttis väga kaua aega.
5. aprill 1965. Antoine Senny (keskel) lahkub koopast pärast üksi 125 päeva möödumist. Teda tervitab Josie Lores (paremal), teine katses osaleja, kes veetis 88 päeva isolatsioonis / AP Photo
Sel ajal suutis isolatsioon petta isegi bioloogilist kella.
Selgus, et Senny langes sellisesse rütmi, kus ta sai 30 tundi järjest magada, kuigi ta ise uskus, et heitis pikali vaid kergel uinakul.
Reaalsuse magav ilu
Värskemad eraldi tehtud uuringud on näidanud, et inimesed võivad oma unetsüklit pikendada kuni 48 tunni võrra, kui nad ei puutu kokku väliste stiimulitega.
Kuid ka korduvad isoleerimiskatsed on näidanud, et inimese sisemine kell, meie ööpäevane rütm, toimub loomulikult veidi üle 24 tunni jooksul. Aga kus see kell on, puhtfüüsiliselt?
Kõik see on seotud väikese aju piirkonnaga - hüpotalamuse suprakiasmaatilise tuumaga. See on umbes riisitera suurune. Praktikas reguleerib just see bioloogiline kell meie igapäevast rütmi.
Ja see saab põhiteavet päikeselt. Õhtuti, kui tuled kustuvad, saadab see käbinäärmele signaali melatoniini tootmise alustamiseks, mis käsib kehal magama minna.
Suvel töötab see mehhanism vastupidi, melatoniini tase väheneb, kuna valguse hulk suureneb, mis muu hulgas suurendab naiste prolaktiini tootmist, mis suurendab viljakust.
Seega peaksid kõik, kes on sündinud kevadise pööripäeva piirkonnas, tänama suvepäikest, mis üheksa kuud varem viis isa ja ema õigesse meeleolu.
Need, kes ei näe
Meie sisemist kella reguleeriv suprachiasmaatiline tuum väljub, saab signaali silmadest, nägemise kaudu. Aga kuidas on pimedatega? Kuidas reguleeritakse nende bioloogilist kella?
Tegelikult kannatavad pimedad inimesed sageli uneprobleemide all ja sümptomite leevendamiseks peavad nad võtma melatoniini.
Kuid on üks Ameerika ja Suurbritannia uuring, mis näitab, et isegi täiesti pimedal inimesel, kes on võrkkesta nägemisrakud ise hävitanud, see tähendab nn vardad ja koonused, suudab silm valgust registreerida, sealhulgas kui inimene ise sellest ei tea.
Teisisõnu võib signaal hüpotalamusse ikkagi siseneda nägemisnärvi kaudu. Nii et teie bioloogiline kell võib töötada ka siis, kui te seda ei näe. Ja kuigi meie sisemised kellad töötavad pika aja vältel eraldi, haigestume ilma valgustamata.
Katsed laborihiirtega näitasid, et pikka aega pimedas seisnud hiirtel olid depressioonile sarnased sümptomid.
Valguse puudumine vähendab dopamiini sekretsiooni, mõjutab veresuhkru taset ja kahjustab isegi mälu. Nii hiirtel kui inimestel.
Hirve kavalus
Lapimaal põhjaosas karjatavad põhjapõdrad on sellega aga väga nutikalt hakkama saanud. Lõppude lõpuks elavad nad pidevas pimeduses, seejärel pidevas valguses, sõltuvalt aastaajast, nii et nad pidid olema pidevas stressis.
Kuid selgus, et hirvede bioloogiline kell töötab mõnevõrra teisiti kui meie oma. Meie sisemine kell tagab melatoniini vabanemise suhteliselt korrapärase 24-tunnise tsüklina.
Hirvedes on melatoniini tootmine otseselt seotud vastuvõetud valguse hulga, mitte geneetiliselt määratud bioloogilise kellaga.
See tähendab, et hormooni tase tõuseb pimedal ajal ja langeb, kui see on hele. Teisisõnu, hirvedel puudub ööpäevane rütm, pigem võime öelda, et neil on aastane rütm.
See võimaldab neil jätkata oma samblike närimist, kui nad neid leiavad, olenemata kellaajast ja häirimata sisekellast, mis ütleb, et on aeg magada.
Ja tundub, et see on nende jaoks üsna toimiv variant. Mõelge ise, kas olete kunagi näinud depressiooniga hirve?
Marcus Rosenlund
