Vedci dekódujú ľudský biorytmus
Pre prírodu samotnú to nebolo príliš odlišné: keďže jednobunkové organizmy pred viac ako miliardou rokov vynašli vnútorné hodiny, evolúcia priniesla infláciu najrôznejších hodín z užitočnej myšlienky. Vedci identifikovali potomkov prvých hodín u cicavcov takmer v každej časti organizmu. Napríklad v apríli molekulárni biológovia Charles Weitz a Kai-Florian Storch z Harvardskej univerzity v Amerike uviedli, že zachytili veľkú časť vnútorných hodín srdca, pečene a pľúc. Genetická analýza ukázala dvom výskumníkom, že vývoj vnútorných hodín nebol skúpy na kreativitu. Takže môžete jasne vidieť, že všetky hodiny v rôznych orgánoch majú spoločný pôvod. Ale akoby inžinieri vynález po kúskoch upravovali postupne, hodinky majú napriek podobným úlohám iba niekoľko bežných komponentov.
V usilovnej štúdii Weitz a Storch skúmali rytmy génovej aktivity v orgánoch myší. Skúmali takmer tretinu všetkých myších génov pomocou najmodernejších génových sond. V každom orgáne našli asi päťsto génov, ktoré rezonujú s rytmom dňa. Gény a hra bunkových proteínov, ktoré pomáhajú riadiť, vykonávajú podobné funkcie vo všetkých orgánoch, ale každý takt obsahuje viac ako deväťdesiat percent veľmi individuálnych hodinových génov.
Napriek tomu všetky chronometre v tele bežia synchrónne. Podobným spôsobom, ako presný čas v Nemecku centrálne vydáva Physikalisch-Technische Bundesanstalt v Braunschweigu, sa zdá, že v tele existuje aj akési časové centrum. Prichádza do úvahy štruktúra v mozgu s veľkosťou zrnka ryže. Nachádza sa približne na úrovni mostíka nosa za očami, nad spojom dvoch optických nervov v tvare x. Vedci ho nazývajú „suprachiasmatické jadro“, čo znamená niečo ako „jadro nad krížom“. Zasvätení tiež krátko hovoria o „SCN“.
Nervové povrazy vedú z SCN do epifýzy, kde sa okrem iného vytvára spánkový hormón „melatonín“. V súlade s tým riadi „jadro nad krížom“ spánkový rytmus a vo výsledku rozmanité biorytmy tela. Ak vezmete ráno ako východiskový bod, SCN začne sériu znížením hladiny melatonínu v krvi okolo šiestej ráno. Vďaka tomu stúpa krvný tlak, pulz a teplota tela. Zvyšuje sa schopnosť reagovať a okolo siedmej hodiny je telo zaplavené aktivujúcimi pohlavnými hormónmi. Okolo poludnia je telo optimálne zásobované kyslíkom, pretože to je doba, kedy je koncentrácia červených krviniek najvyššia.
Popoludní je dychová frekvencia najvyššia, sila úchopu najsilnejšia a reflexy rýchlejšie ako zvyčajne. O 16:00 dosahuje telesná teplota, krvný tlak a pulz najvyššiu úroveň. Okolo 18:00 sa telo akoby začalo regenerovať po celodennej práci chcieť - aspoň v tomto čase je tok moču najsilnejší. Citlivosť na bolesť postupne stúpa smerom k noci a asi dve hodiny predtým, ako zaspíme, dáva SCN epifýze povel opäť zvýšiť hladinu melatonínu.
Odpojiť sa od týchto rytmov je takmer nemožné. Každý, kto sa o to aj tak pokúsi - napríklad ako pracovník v noci, zvyčajne ochorie častejšie a je menej psychicky odolný. Aj keď je to známe už dlho, ešte pred niekoľkými týždňami mohli vedci iba špekulovať, ako sa telu darí pevne spájať vnútorné rytmy s cyklom dňa a noci.
Ešte pred niekoľkými desaťročiami niektorí vedci dokonca predpokladali, že to nemusí byť striedanie svetla a tmy, ktoré určuje priebeh vnútorných hodín. Pozorovalo sa, že vnútorné hodiny nevidiacich prebiehajú do značnej miery synchronizovane s hodinami všetkých ostatných ľudí. V 60. rokoch však došlo k prekvapivému objavu: nevidiaci, ktorým kvôli kozmetickým zjavom nefungovali oči, dostali z kozmetických dôvodov sklovité telá, stratili obvyklý denný rytmus. Aj keď si do značnej miery udržiavali normálne striedanie medzi fázami spánku a bdenia, ich deň bol celkovo o niečo dlhší ako 24 hodín. Vaše vnútorné hodiny bežali „zadarmo“, ako hovoria chronobiológovia: každý deň sa pokazili o určitý počet minút bez toho, aby boli nastavené späť na správny čas.
Vedec zaoberajúci sa výskumom mozgu David Berson z americkej Brown University v Providence objavil fyziologický dôvod tohto pozorovania: Vo februári tohto roku uviedol v časopise „Science“, že okrem buniek kužeľa a tyčiniek známych takmer 150 rokov v oku, zodpovedné je čiernobiele a farebné videnie, nachádza sa tretí typ fotoreceptorovej bunky. Objavil bunky, keď pomocou dôkladných analýz sledoval cestu nervových povrazov z SCN späť do sietnice očí. Bunky vyzerajú ako rozvetvený baldachýn starého stromu a menia svoju činnosť, keď vychádza a zapadá slnko. Vďaka tomu sú ideálne vhodné na zosúladenie rytmu suprachiasmatického jadra s chodom slnka.
SCN však nie sú slnečné hodiny - jadro potrebuje na kalibráciu svojich hodín iba slnko. Vedci v súčasnosti pracujú na podrobnom dešifrovaní mechanizmu tohto generátora hodín. Zrejme to funguje tak, že sa navzájom aktivujete a deaktivujete znova a znova. Medzi aktiváciou a deaktiváciou uplynie asi pol dňa, takže niektoré proteíny prichádzajú a odchádzajú v bunkách SCN ako príliv a odliv: niektoré proteíny sú aktívne cez deň, iné v noci. Bez vplyvu slnka sa však zmena trochu spomalí, zvyčajne o hodinu denne. Minulý rok Urs Albrecht z Max Planck Institute v Hannoveri spolu s americkými kolegami z Hustonu zistili, ako gény v SCN synchronizujú svoj rytmus s cestou slnka. V hlavnej úlohe sú dva varianty génu s anglickým názvom „Period“. Napríklad génový variant „Period1“ zaisťuje, že vnútorné hodiny sú nastavené trochu dopredu, zatiaľ čo variant „Period2“ nastavuje hodiny späť. Signálne látky v krvi a kolísanie metabolizmu potom zaisťujú, aby aj ostatné hodiny v tele dodržiavali rytmus stanovený SCN.