Mózg pyta inne tkanki, która jest godzina

Skąd ludzkie ciało wie, że mija czas i z jaką dokładnością jest w stanie oceniać jego upływ, jeśli nie otrzymuje żadnych informacji z zewnątrz? Te pytania nurtowały uczonych w zasadzie od zawsze, ale pierwsze precyzyjne odpowiedzi zaczęły się pojawiać dopiero w XX stuleciu. Można powiedzieć, że był to złoty wiek „eksperymentów jaskiniowych”. Najpierw zajmujący się snem Nathaniel Kleitman i Bruce Richardson z University of Chicago, a później geolog i grotołaz Michel Siffre, odizolowali się od bodźców zewnętrznych i przez kilka tygodni żyli w całkowitej ciemności. Chcieli sprawdzić, czy bez zegarków i naturalnego cyklu świetlnego ich ciała będą prawidłowo odmierzały czas. Wnioski z tych doświadczeń bywały różne i nie zawsze spójne. Dostarczyły jednak jednej pewnej odpowiedzi: ludzie posiadają wewnętrzny zegar dobowy, który kontroluje procesy snu i czuwania.

Od czasu eksperymentów prowadzonych w jaskiniach wiedza na temat biologicznych mechanizmów pomiaru i kontroli czasu bardzo się rozwinęła. Wiemy już, że w ciele człowieka istnieje nie jeden, lecz wiele zegarów biologicznych. Centralny czasomierz zlokalizowany jest w mózgu, w podwzgórzu, ale dodatkowo istnieje wiele obwodowych. Ta biochemiczna aparatura bazuje na dobowych zmianach stężeń różnych związków (np. melatoniny i kortyzolu), ale jednocześnie nieustannie kalibruje się w oparciu o bodźce środowiskowe (np. świetlne) i wewnątrzustrojowe (np. czy układ pokarmowy jest wypełniony żywnością czekającą na trawienie, czy nie). Najnowsze doniesienia – opublikowane równolegle w „Science” oraz „Cell Stem Cell” – nie tylko rozwijają i doprecyzowują dotychczasową wiedzę na ten temat, ale też ujawniają nowe konteksty oraz zastosowania dobowych zegarów biologicznych.

Autorzy tych prac wykazali, że synchronizacja pracy zegarów centralnego i obwodowych odgrywa kluczową rolę w spowalnianiu procesów starzenia się oraz w zapobieganiu degeneracji tkanek. Przykładowo, czasomierz znajdujący się w skórze „informuje” podwzgórze, że zapadłą noc. Dzięki temu centralny zegar np. „wie”, że może zaordynować procesy replikacji DNA w komórkach skóry. Gdyby wydał polecenia przeprowadzenia tych działań za dnia, światło UV emitowane przez słońce mogłoby zniszczyć wrażliwy materiał genetyczny i doprowadzić do degeneracji oraz przyspieszyć procesy starzenia skóry.

Podobna synchronizacja zegarów zachodzi pomiędzy podwzgórzem a tkanką mięśniową. Jeśli centralny i obwodowy czasomierz są ze sobą dobrze skalibrowane, procesy utraty mięśni związane z wiekiem zachodzą wolniej i na mniejszą skalę, a ogólna sprawność tej tkanki zostaje zachowana na dłużej.

Uczeni oszacowali również, że poziom autonomii obwodowych zegarów biologicznych jest znacznie większy, niż do tej pory przypuszczano i może on wynosić 15 proc. To oznacza, że taki odsetek aktywności dobowej tkanek regulowany jest bez jakiejkolwiek ingerencji centralnego zegara umieszczonego w mózgu.

Nowe dane są jeszcze nieco fragmentaryczne, ale mają duży potencjał: być może w przyszłości posłużą do stworzenia zintegrowanej teorii, która połączy wcześniejsze doniesienia w spójną całość. Wykaże na przykład, dlaczego prawidłowy sen (a więc i cykl dobowy) pełni istotną funkcję w tak wielu procesach i w profilaktyce licznych schorzeń (np. naczyniowych, psychicznych, metabolicznych itp.).

Dziękujemy, że jesteś z nami. To jest pierwsza wzmianka na ten temat. Pulsar dostarcza najciekawsze informacje naukowe i przybliża najnowsze badania naukowe. Jeśli korzystasz z publikowanych przez Pulsar materiałów, prosimy o powołanie się na nasz portal. Źródło: www.projektpulsar.pl.