Zegarek nie na rękę


   Jeżeli nie pracujesz na zmiany lub w nocy, nie latasz samolotem na duże odległości w kierunku wschód-zachód, to najprawdopodobniej rzadko o nim myślisz. Przypomina ci o swoim istnieniu tylko dwa razy w roku – przy wiosennej i jesiennej zmianie czasu. Wtedy przez kilka dni być może czujesz, że potrzeby twojego ciała nie są najlepiej zgrane w czasie z tym, co pokazują zegary. A to dlatego, że przestawienie go na nowy czas trwa trochę dłużej, niż przestawienie zegarka na rękę. Jego – czyli twojego wewnętrznego zegara biologicznego.


   Ziemia, jako miejsce do życia, stawia przed swoimi mieszkańcami poważny problem do rozwiązania – dwukrotnie w ciągu doby, o świcie i o zmierzchu, bardzo gwałtownie zmieniają się warunki środowiska. Pomiędzy dniem i nocą występuje ogromna różnica oświetlenia, środowiska i – mniejsza –  temperatury. Skutkiem obiegu Ziemi wokół Słońca są stopniowe, ale znacznie poważniejsze zmiany – długości dnia i nocy, temperatury, wilgotności, dostępności pożywienia i wyglądu otoczenia. Sytuacja ta zmusza organizmy żywe zamieszkujące Ziemię do rytmicznie powtarzających się zmian w zachowaniu, w przebiegu procesów fizjologicznych i biochemicznych tak, aby możliwie najlepiej przystosować się do panujących w danym momencie warunków otoczenia. Te cyklicznie powtarzające się zmiany procesów biologicznych nazwano rytmami biologicznymi. Jürgen Aschoff, niemiecki badacz rytmów biologicznych, określał je jako odbicie zmian świata zewnętrznego w wewnętrznym środowisku organizmu.

   Wiele z tych rytmów, mimo że odzwierciedla rytmy środowiskowe, nie jest tylko prostą na nie odpowiedzią. Są one kontrolowane przez wewnętrzny zegar, który odmierza upływ czasu i "przewiduje" zmiany w otoczeniu. Pozwala to żywym organizmom płynnie, z wyprzedzeniem, przystosowywać swoje zachowanie i funkcje fizjologiczne do gwałtownych zmian środowiskowych o świcie i o zmierzchu. Obecność wewnętrznego zegara umożliwia ponadto pomiar długości dnia, rejestrację jego skracania się i wydłużania, a dzięki temu – zapadanie w sen zimowy, rozmnażanie się i migracje w odpowiedniej porze roku oraz właściwe dla warunków środowiska zmiany koloru i gęstości sierści. 
   Najpowszechniej znanym rytmem okołodobowym jest rytm snu i czuwania, ale w ciągu doby rytmiczne zmiany wykazuje też temperatura ciała, częstość akcji serca, ciśnienie tętnicze oraz stężenia wielu hormonów we krwi. W ostatnich latach udowodniono, że u ludzi sezonowym zmianom, niewielkim ale zauważalnym, podlegają – ilość snu w ciągu doby, apetyt, masa ciała i nastrój. Amplituda rytmu płodności, bardzo dobrze widocznego jeszcze 400 lat temu, obecnie uległa znacznemu spłaszczeniu, chociaż nadal więcej poczęć następuje w czasie przesilenia letniego niż przesilenia zimowego.

   Zegar biologiczny jest zbudowany z trzech elementów. Jego centralną częścią jest oscylator – układ, który regularnie odchylając się od położenia równowagi pozwala odmierzać stałe odstępy czasu. Praca oscylatora musi być zsynchronizowana z rytmiką środowiska. Umożliwiają to szlaki wejściowe doprowadzające do oscylatora informacje z zewnątrz. Sygnały środowiskowe regulujące pracę zegara, to tzw. wskazówki lub dawcy czasu. Aby wewnętrzny zegar był przydatny dla organizmu musi on mieć szlaki wyjściowe, tłumaczące "tykanie" zegara na sygnał zrozumiały dla wszystkich narządów i tkanek.
   U ssaków główny oscylator organizmu jest zlokalizowany w jądrach nadskrzyżowaniowych podwzgórza (SCN, z ang. suprachiasmatic nuclei) – niewielkich parzystych strukturach położonych symetrycznie po obu stronach III komory mózgu, tuż nad skrzyżowaniem nerwów wzrokowych. Ciasno upakowane neurony SCN należą do najmniejszych w ośrodkowym układzie nerwowym. Wykazują one rytmiczne zmiany aktywności elektrycznej i zużycia glukozy – są bardziej aktywne w dzień, niż w nocy. Rytm ten jest niezależny od trybu życia zwierzęcia – i jest taki sam u gatunków dziennych i nocnych. Zatem wysoka aktywność SCN może być dla organizmu sygnałem do działania lub do spoczynku. Rytm aktywności SCN utrzymuje się u zwierząt przebywających przez wiele dni w warunkach stałej ciemności, pozbawionych sygnałów synchronizujących jego pracę z rytmiką środowiska. Długość pojedynczego okresu pracy zegara ma wówczas skłonność do zwiększania się. Podobnie zachowują się także inne podstawowe rytmy biologiczne – snu i czuwania, temperatury ciała, uwalniania kortyzolu i melatoniny. Zjawisko to nazwano dryfowaniem rytmów, a rytmy tak przebiegające – dryfującymi lub swobodnie biegnącymi (ang. free-running rhytm). Przywrócenie wskazówek powoduje ponowną synchronizację wewnętrznych rytmów z rytmiką środowiska.

   Zjawisko dryfowania rytmów obserwowano w warunkach doświadczalnych u osób przebywających przez wiele dni w pomieszczeniach odizolowanych od otoczenia, pozbawionych zewnętrznych wskazówek pozwalających określić upływ czasu. Pojawia się ono także u ludzi przebywających przez dłuższy czas w warunkach, w których brak wyraźnej różnicy natężenia światła między dniem a nocą – w takiej sytuacji znajdują się pracownicy stacji polarnych, załogi łodzi podwodnych, załogi stacji kosmicznych. Dryfowanie rytmów występuje również u części osób niewidomych, u których oscylator w SCN jest pozbawiony informacji świetlnej.
   Wskazówką synchronizującą pracę oscylatora z rytmiką środowiska mogą być zmiany temperatury (szczególnie dla bezkręgowców), dostępność pokarmu (dostarczając prowadzącym nocny tryb życia gryzoniom pokarm tylko w ciągu dnia można zmienić przebieg wielu z ich rytmów biologicznych) czy też interakcje społeczne (na ten temat wiele mogłyby powiedzieć osoby z wyraźnym chronotypem sowy, zmuszone do życia w świecie urządzonym przez skowronki). Jednak najważniejszym sygnałem środowiskowym wpływającym na pracę biologicznego zegara jest światło. Synchronizacja zegara z rytmem oświetlenia środowiska jest możliwa u wielu osób niewidomych (pozbawionych zdolności widzenia obrazu, a nawet poczucia światła) dzięki temu, że w oku występują dwa, w pewnym stopniu niezależne od siebie, układy fotorecepcji. Za widzenie obrazu odpowiedzialne są, położone w zewnętrznej warstwie siatkówki oka, czopki i pręciki. Jeszcze do niedawna sądzono, że są to jedyne światłoczułe komórki w oku. Kilka lat temu pośród komórek zwojowych, uważanych wyłącznie za komórki przewodzące informacje z czopków i pręcików, wykryto grupę komórek zdolnych do odpowiedzi na światło. Komórki te mają charakterystyczną morfologię – ich długie, wijące się, wypustki (dendryty) pozwalają zbierać informacje z dużego obszaru siatkówki. Pola recepcyjne poszczególnych komórek zachodząc na siebie, tworzą pokrywającą siatkówkę światłoczułą sieć. Układ ten ma małą rozdzielczość, nie nadaje się więc do widzenia obrazów, natomiast bardzo dobrze "widzi" ogólne oświetlenie środowiska. Wypustki (aksony) światłoczułych komórek zwojowych tworzą szlak siatkówkowo-podwzgórzowy, opuszczający oko w obrębie nerwu wzrokowego i przewodzący do SCN informację o aktualnych warunkach oświetlenia.

   Informacje z głównego oscylatora docierają szlakami nerwowymi do ośrodków w mózgu kontrolujących pracę narządów wewnętrznych i wydzielanie hormonów, dzięki czemu możliwe jest odpowiednie dostosowanie funkcji organizmu do pory doby. Poprzez wieloneuronalny szlak SCN wpływa na syntezę szyszynkowej melatoniny – hormonu pełniącego istotną rolę w przekazywaniu informacji z SCN do tkanek całego organizmu. Gdyby główny oscylator musiał bezpośrednio oddziaływać na wszystkie przebiegające w organizmie procesy, wymagałoby to obecności bardzo wielu różnych szlaków sygnalizacyjnych. Prawdopodobnie, aby uniknąć takiej sytuacji, w toku ewolucji rozwinęła się dwustopniowa regulacja rytmów tkankowych. Powstały oscylatory obwodowe, bezpośrednio regulujące procesy tkankowe, kontrolowane przez SCN. Dzięki istnieniu zegarów obwodowych, SCN steruje tylko ich pracą, przekazując informację o porze doby, a one regulują odpowiednie procesy w tkankach.

   Przez wiele lata badania nad zegarem biologicznym u zwierząt były prowadzone w warunkach laboratoryjnych. W takich warunkach zwierzęta pozbawione głównego oscylatora mogły przeżyć kilka lat, nie wykazując poważnych zaburzeń. Nasuwało to wątpliwości co do istotnego znaczenia zegara dla przeżycia w środowisku naturalnym. W połowie lat 90 ubiegłego wieku wykonano doświadczenie, które udowodniło, że w środowisku naturalnym posiadanie sprawnego zegara jest życiowo niezwykle ważne. U grupy odłowionych z dziko żyjącej kolonii pręgowców amerykańskich (Tamias striatus, ang. chipmunk) wykonano zabieg operacyjny – u części zwierząt usunięto jądra nadskrzyżowaniowe. Po okresie rekonwalescencji zwierzęta wypuszczono do macierzystej kolonii. Okazało się, że zwierzęta pozbawione SCN zatraciły okołodobowy rytm aktywności i często były aktywne w nocy, podczas gdy normalnie pręgowiec jest zwierzęciem ściśle dziennym. W czasie 80-dniowej obserwacji śmiertelność w grupie zwierząt pozbawionych SCN wyniosła 80% i była znacznie wyższa niż w grupie kontrolnej. Doświadczenie to wyraźnie wykazało, że w warunkach naturalnych prawidłowa praca zegara biologicznego ma niezwykle istotne znaczenie dla przeżycia zwierzęcia.
 
   Wszystkie organizmy żywe zamieszkujące Ziemię, aby przeżyć, podporządkowują się rytmowi dnia i nocy i zmianom pór roku. Człowiek jest jedynym gatunkiem, który usiłuje uciec od życia zgodnego z biologicznym zegarem. Stworzyliśmy społeczeństwo funkcjonujące 24 godziny na dobę przez 7 dni w tygodniu. Konsekwencje tego bywają dramatyczne – od wpadania w pętlę uzależnienia od środków pobudzających i nasennych przez ludzi zmuszonych wykonywaną pracą do życia niezgodnego z wewnętrznym zegarem, poprzez wypadki drogowe powodowane przez zasypiających kierowców, siadających za kierownicą w porze, kiedy ich organizm domaga się snu, aż po wielkie katastrofy, takie jak ta w Czernobylu, będące efektem łańcucha błędów popełnionych przez ludzi zmuszonych do działania w czasie, kiedy ich zdolność oceny sytuacji i reagowania na błędy była najniższa w ciągu doby. Najprawdopodobniej ucieczka od społeczeństwa określanego jako społeczeństwo 24/7 nie jest już możliwa. Powinniśmy jednak zdawać sobie sprawę z tego, że nie jest to dla ludzkiego organizmu sytuacja normalna i starać się postępować tak, aby minimalizować jej negatywne skutki, zarówno dla pojedynczego człowieka, jak i dla nas wszystkich. Pamiętajmy, że niestety nasz zegar biologiczny nie daje się przestawić równie łatwo, jak zegarek na rękę.


Ilustrowała: Joanna Titeux/pinezka.pl

{jos_sb_discuss:22}

 

Komentarze (0)

Zapisz się do RRS feed tego komentarza

Pokaz/Ukryj Komentarze

Napisz Komentarz

mniejsze | większe

Powered by Azrul's Jom Comment for Joomla!
busy
 
}

info dla autorów

Szanowny Autorze, zapraszamy do współpracy z magazynem pinezka.pl. 
> Tutaj znajdziesz informację < dotyczącą warunków publikacji tekstów oraz współpracy z nami. 

Info i kontakt


 

Kontakt:  
{
logowanie dostępne tylko dla członków redakcji Pinezka.pl