Простые истины
Циклические колебания интенсивности различных биологических процессов, связанные со сменой дня и ночи, наблюдаются у всех созданий на нашей планете — от людей до растений. Их период обычно близок к 24 часам, что связано с солнечной активностью. У людей это выражено наиболее ярко. Работает этот механизм благодаря специальным клеткам сетчатки глаза, которые фиксируют уровень освещенности вокруг нас и посылают сигналы прямо в супрахиазматическое ядро в передней области гипоталамуса — центр контроля циркадных ритмов. В течение суток активность нейронов ядра периодически изменяется, подстраиваясь под внешние световые показатели. Грубо говоря, утром глаза видят солнечный свет, и мозг дает команду просыпаться и начинать активничать. А вечером, когда солнце садится, следует другая команда — успокаиваться и готовиться ко сну. Причем значение имеет и сама природа света, так как изначально мозг запрограммирован реагировать на ультрафиолетовое излучение. Именно поэтому нам так трудно вставать на работу в холодное время года, когда мы вынуждены делать это при электрическом освещении. Кстати, Томас Эдисон и его лампочки серьезно изменили суточные ритмы людей. Нынешний восьмичасовой сон — это, по сути, изобретение индустриальной эпохи. С давних времен люди жили по совершенно другой программе, которая была ориентирована за солнечный цикл. Стемнело — пора на боковую, едва рассвело — вставай и принимайся за дела. Важность этого механизма подтверждает и тот факт, что у половины полностью слепых людей суточные ритмы сбиты — мозг не получает полноценных данных от сетчатки и вынужден выстраивать график работы, так сказать, по индивидуальной, а не 24-часовой схеме.
Но биологические часы — это не только сон. Известно, что днем и ночью у нас разная температура тела, по-разному работают сердце и сосуды и происходит обмен веществ. Есть данные, что из-за сбоя «внутреннего хронометра» повышается вероятность онкологических заболеваний. Расстроенные биологические часы способствуют накоплению лишнего жира со всеми вытекающими метаболическими проблемами и т.д. Грубо говоря, часики тикают, но они должны делать это правильно.
Ген за всё в ответе
В 2017 году за изучение суточных ритмов человека (то есть за попытку понять, как именно устроены наши биологические часы) присудили Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Кстати, это была первая премия, которая касалась циркадных ритмов вообще, хотя исследования в этой области последние десятилетия шли семимильными шагами. Например, в начале 1970-х годов был открыт ген period, отвечающий за составление программы «сон — бодрствование». Позднее у млекопитающих было открыто целое семейство циркадных генов: Bmal1, Clock, Cry1-2, Per1-3 и другие.Нобелевские лауреаты получили награду в том числе за изучение работы этого генного механизма. Не углубляясь в тонкости, отметим только один любопытный факт: оказывается, циркадные гены способствуют выработке специального белка PER, который накапливается ночью и расходуется днем, помогая нам, помимо всего прочего, не клевать носом.
Был обнаружен еще один ген — doubletime («двойное время»), который может корректировать накапливание белка PER, как бы смещая его во времени. Благодаря этому мы худо-бедно можем подстроиться к изменению часового пояса, например, когда путешествуем. Кстати, если это происходит очень быстро (например, при трансатлантических перелетах), белок просто не успевает вырабатываться. Результат — так называемый синдром быстрой смены часовых поясов: нарушение цикла «сон — бодрствование», слабость, усталость и дезориентация. Причем симптомы выражаются сильнее при перелете с запада на восток, так как для организма сложнее адаптироваться к короткой продолжительности светового дня. Адаптация к новым условиям обычно занимает до нескольких дней. Именно по этой причине и советуют летать с пересадками. Если перелет предстоит в несколько этапов, приспособиться к смене поясов будет легче, так как она произойдет не так быстро.
Четыре сезона
Кроме суточных, существуют и менее известные широкой публике сезонные ритмы. Молекулярные, клеточные, физиологические параметры меняются у нас в зависимости от времен года, которых, как известно, четыре: зима, весна, лето и осень. Впрочем, как выяснили исследователи Стэнфордского университета, для нашего организма все гораздо проще. В статье для журнала Nature Communications они констатируют: вместо четырех времен года он различает всего два.
В эксперименте участвовали 105 человек в возрасте от 25 до 75 лет. Четыре года у них брали кровь и анализировали множество разных молекул, указывавших на состояние иммунной и сердечно-сосудистой систем, обмена веществ, кишечной микрофлоры и т.д. Дело в том, что многие изменения имеют четко выраженный временной интервал и цикличность. Например, в конце весны начинает резко расти уровень «воспалительных» молекул, которые часто связаны с аллергиями. А с наступлением зимы увеличивается число частиц, противодействующих вирусам. У испытуемых, как и положено, изменения периодически происходили в течение года, но четко выраженных «сезонных точек» оказалось всего две: конец весны — начало лета и конец осени — начало зимы. По сути, это означает, что наше восприятие времен года — чисто умозрительное явление. А организм на молекулярном уровне воспринимает все несколько по-другому и переключается всего между двумя режимами работы — условно говоря, «теплым» и «холодным».
ФАКТ
Биологические часы, как и прочие системы организма, со временем меняются и «стареют». Например, с возрастом человек начинает меньше спать, раньше просыпаться по утрам. А температура его тела, которая тоже подчиняется суточным ритмам, уже не меняется днем и ночью так же сильно, как в молодости. Очевидно, какие-то возрастные изменения касаются и генов, контролирующих биологические часы, но о том, что это за изменения, что именно происходит с циркадными генами, особенно с теми, которые работают в мозге, до сих пор мало что известно.
В ТЕМУ
bebenina@sb.by
Фото pexels.com
