Ciekawa koincydencja. W dniach w których zmieniamy czas letni na zimowy, Komitet Nagrody Nobla ogłosił, że tegorocznymi laureatami z dziedziny fizjologii i medycyny są badacze, którzy zrozumieli jak działa nasz biologiczny zegar.

Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash and Michael W. Young

for their discoveries of molecular mechanisms controlling the circadian rhythm

Ta nagroda w pewnym sensie łączy medycynę, a właściwie fizjologię z astronomią. Czasami chyba zapominamy, że życie nie funkcjonuje w oderwaniu od otoczenia. Podział szkolnych zajęć na przedmioty (biologia, fizyka, chemia,…)  nie pomaga zrozumieć złożoności tego świata. Jak to się dzieje, że czujemy się senni gdy zapada zmrok? Jak to się dzieje, że inne zwierzęta budzą się wtedy gdy zachodzi słońce? Co dzieje się w naszym organizmie gdy za krótko śpimy? I wtedy gdy podróżując samolotem, zmieniając strefy czasowe nasz biologiczny zegar totalnie się pogubi? Na te pytania bardzo długo nie było konkretnej odpowiedzi. Teraz już jest. I to – co może zadziwiać – udało się je uzyskać m.in dzięki badaniom muszek owocówek. Swoją drogą, tym małym niepozornym owadom, ktoś powinien wystawić chyba pomnik. Niewiele jest organizmów żywych, które bardziej przysłużyły się nauce. I to wielu dziecinom równocześnie. No ale to inny temat.

A wracając do pór dnia i nocy. Pór niższej temperatury i wyższej. Pór odpoczynku i aktywności. Te pory są skutkiem obrotu Ziemi wokół własnej osi. Mieliśmy (my czyli ziemskie życie) grubo ponad 3 miliardy lat na dostosowanie się do tego cyklu. Więcej, wzrastaliśmy, ewoluowaliśmy w świecie który jest cykliczny. Różnych cykli mamy wiele, ale ten który bodaj ma n nas największy wpływ to właśnie cykl dnia i nocy. Nawet najbardziej prymitywne bakterie mają biologiczny zegar. Działa na tyle dobrze, że my mamy go w zasadzie w niezmienionej wersji.

W zegarze o którym mowa nie chodzi tylko o to żeby wiedzieć kiedy mamy się położyć do łóżka. W zasadzie – w przypadku ludzi – to jest tylko skutek uboczny. Biologiczny zegar taktuje tym wszystkim co w naszym ciele dzieje się poza naszą świadomością. Metabolizmem, temperaturą ciała, produkcją i wydzielaniem hormonów a także aktywnością seksualną, cyklami życiowymi czy nawet poczuciem głodu i sytości. Tegoroczni laureaci Nagrody Nobla zostali uhonorowani za opisanie tego jak ten skomplikowany system działa.

Już kilkaset lat temu zauważono, że rośliny pozbawione dostępu światła zachowują się tak, jak gdyby to światło cały czas okresowo do nich docierało. Tak jak gdyby kiedyś nastawiony (nakręcony) zegar teraz tykał i działał niezależnie od tego czy światło pada na liście czy też nie. Podobnie zachowują się zwierzęta, w tym ludzie. To dlatego mamy kłopoty z zaśnięciem i koncentracją gdy szybko zmienimy strefę czasową. Tych kłopotów by nie było, gdyby nasz wewnętrzny zegar automatycznie dostosowywał się do pory dnia i nocy.

W latach 70tych XX wieku zaczęto poszukiwać źródeł (mechanizmu) tego biologicznego zegara. Najpierw – a jakże – u muszek owocówek. Poszukiwano i znaleziono – w największym skrócie – mechanizmy w którym w zależności od pory dnia (natężenia światła) produkowane są specyficzne białka (nazwane PER). Te gromadzą się w ciągu nocy, a rozpadają się w ciągu dnia. Badacze odkryli u muszek gen, który gdy zostanie uszkodzony zaburza rytm dobowy. Gen został wyizolowany dopiero w połowie lat 80tych XX wieku. To w nim był przepis na produkcję wspomnianego wcześniej białka PER. Tego, które gromadzi się w ciagu nocy a rozpada w ciagu dnia. Dziesięć lat później, w połowie lat 90tych odkryto drugi gen kodujący „zegarowe” białko. I gen i białko nazwano TIM. Białka TIM i PER łączą się z sobą wtedy gdy noc przechodzi w dzień. To sygnał żeby komórka wstrzymała produkcję biała PER. Mamy wiec produkcję białka i wiemy co powoduje że wstrzymywana jest jego produkcja. A jaki czynnik powoduje, że produkcja PER znowu rusza z kopyta? Skąd komórka wie, że dzień zamienia się w noc? Pod koniec lat 90tych odkryto trzeci gen odpowiedzialny za tykanie biologicznego zegara. gen DBT. I tak zamyka się 24godzinny cykl.

Zegar tyka nawet wtedy gdy przez jakiś czas organizm odcięty jest od światła. Z czasem, zegar się jednak rozregulowuje. U roślin ten okres swego rodzaju bezwładności wynosi kilka dni. U człowieka od 2-3 dni (stąd niektórzy są w stanie dość łatwo przestawiać się na pracę w nocy) do kilkudziesięciu (dlatego istnieją osoby, które nie są w stanie przyzwyczaić się do zmiany czasu o godzinę). Gdy zegar się zatrze, nie staje w miejscu, tylko zaczyna odmierzać czas nieprawidłowo. Np.  u niektórych wydłużając dobę dwukrotnie a u innych skracając o kilka godzin. Wiemy to, bo kilku śmiałków w ramach eksperymentu zamknęło się w kompletnych ciemnościach na czas od kilkunastu do kilkudziesięciu dni. W naszym przypadku sercem zegara nie jest jednak pojedyncza komórka, tylko szyszynka, czyli ta cześć mózgu, która „widzi” czy jest dzień czy noc. To ona daje sygnał, który jest podchwytywany przez miliardy drobnych zegarków już na poziomie komórkowym. Gdyby tykały jak zegarki ze wskazówkami, wydawalibyśmy dźwięki jak zakład zegarmistrza.