Jak zwierzęta odmierzają czas?
W organizmie zwierząt i ludzi istnieje odmierzający czas zegar biologiczny. Dzięki niemu organizm "przewiduje" co się może stać i adaptuje procesy fizjologiczne do zmiennych warunków otoczenia - opowiadała prof. Krystyna Skwarło-Sońta z Wydziału Biologii Uniwersytetu Warszawskiego podczas wykładu w ramach X Festiwalu Nauki.
Jak wyjaśnia badaczka, dzięki zegarowi biologicznemu, organizmy zwierząt mogą wyczuwać nadchodzące zmiany w środowisku i zawczasu się do nich dopasować - na przykład mogą rozmnażać się w najbardziej sprzyjających dla potomstwa porach roku, gdy dostępny jest pokarm i dogodne schronienie. Mogą też rozpocząć migrację zimową we właściwym czasie - dodaje.
Jak to się dzieje? _Nadrzędnym mechanizmem zegara biologicznego w organizmie jest zegar centralny, którego praca synchronizowana jest przez czynniki zewnętrzne (głównie światło) oraz wewnętrzne (hormon melatoninę)
_ - przypomina prof. Skwarło-Sońta. Naukowcom udało się zidentyfikować także kilka innych zegarów - tzw. peryferyjnych, położonych w narządach obwodowych.
Zegar biologiczny pracuje w tzw. rytmie okołodobowym, czyli reguluje aktywność w cyklu ok. 24-godzinnym. Rytmy okołodobowe są wszechobecne w świecie żywym, występują od najprymitywniejszych bakterii, aż po człowieka. Przeciętny okres okołodobowy ludzi wynosi 24,2 godziny. Może jednak być dłuższy (jak u ludzi zwanych skowronkami, wcześnie kładących się spać i wcześnie wstających) lub krótszy (jak u tzw. sów).
Jednym z najważniejszych czynników synchronizujących pracę zegara biologicznego jest światło, a ściślej cykle światła i ciemności. Sygnały te określa się mianem dawców czasu.
Jak tłumaczy prof. Skwarło-Sońta, informacje o naświetleniu i dostępności światła są odbierane przez siatkówkę oka i za pośrednictwem nerwu wzrokowego przekazywane do neuronów.
Pod wpływem tych sygnałów neurony zegara rytmicznie wydzielają neuroprzekaźniki i regularnie wysyłają sygnały do komórek i narządów. W ten sposób wpływają na wydzielanie hormonów, odpowiedzialnych za pobudzanie lub hamowanie aktywności konkretnych genów i regulację pracy zegarów peryferyjnych. To dlatego procesy fizjologiczne naszego organizmu przebiegają w sposób cykliczny.
Dobrze odzwierciedlają to np. dobowe zmiany temperatury ciała, rytmu wzrostu (w nocy rośniemy szybciej), potencjału intelektualnego. Badania wykazały na przykład, że w ciągu doby zmienia się nasza zdolność koncentracji. Najwięcej błędów popełniamy w nocy, o świcie oraz w porze obiadowej. Wiadomo też, że wiele poważnych katastrof wydarzyło się z powodu ludzkiego błędu w późnych godzinach nocnych - np. katastrofa w Czernobylu miała miejsce o godz. 1:23 w nocy.
Innym ważnym czynnikiem wpływającym na pracę zegara jest czynnik wewnętrzny. Jest nim hormon melatonina, wydzielany przez szyszynkę. Można powiedzieć, że melatonina synchronizuje zewnętrzne informacje o świetle z tym, co dzieje się w naszym organizmie. W okresie ciemności produkcja tego hormonu wzrasta, dzięki czemu komórki naszego organizmu wiedzą, że jest noc. W dzień natomiast produkcja melatoniny ustaje.
Na podobnej zasadzie nasz organizm wyczuwa zmiany pór roku. Gdy nadchodzi zima, długość dnia maleje, a więc średni poziom melatoniny we krwi rośnie. Można więc powiedzieć, że hormon ten działa w organizmie jak zegar i kalendarz.
Bardzo ważną cechą nadrzędnego zegara biologicznego jest to, że działa on również wtedy, gdy organizm zostanie odizolowany od sygnałów zewnętrznych, na przykład gdy zwierzę lub człowieka zamkniemy w bunkrze, bez dostępu naturalnego oświetlenia, telewizji, radia itd. Innymi słowy, nadrzędny zegar sam podtrzymuje swą pracę.
Jak podkreśla badaczka, wyniki licznych badań dowodzą, że rytmy okołodobowe są zdeterminowane genetycznie - a więc wrodzone - i nie można się ich nauczyć.
W ramach X Festiwalu Nauki w Warszawie, do 24 września ponad 100 naukowców prezentuje warszawiakom swoje dokonania i zainteresowania badawcze. Warszawskie spotkania z nauką obejmują ponad 500 imprez.