W zasadzie nie nasz – ludzki, tylko nasz – organizmów żywych. Trzech naukowców: Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash i Michael W. Yong opisało proces, dzięki któremu jesteśmy w stanie funkcjonować w środowisku, w którym panują zmienne warunki oświetleniowe.

Kosmos w medycynie

Ta nagroda w pewnym sensie łączy medycynę, a właściwie fizjologię, z astronomią. Czasami chyba zapominamy, że życie nie funkcjonuje w oderwaniu od otoczenia. Podział szkolnych zajęć na przedmioty nie pomaga zrozumieć złożoności tego świata. Jak funkcjonowałyby organizmy żywe, gdyby na Ziemi było cały czas jasno? Albo cały czas ciemno? Na to ostatnie pytanie akurat znamy odpowiedź, bo w wielu bogatych w życie miejscach na naszej planecie panuje nieustanna ciemność. Na przykład na dnach mórz i oceanów, w jaskiniach albo pod ziemią. Jest sporo organizmów żywych, które światła do funkcjonowania nie potrzebują. Ale jest też wiele takich, dla których pory dnia i nocy są niezbędne. Jak to się dzieje, że czujemy się senni, gdy zapada zmrok? Jak to się dzieje, że inne zwierzęta budzą się wtedy, gdy zachodzi słońce? Co dzieje się w naszym organizmie, gdy za krótko śpimy? Dlaczego gdy podróżujemy samolotem i zmieniamy strefy czasowe, nasz biologiczny zegar ulega rozregulowaniu? Na te pytania bardzo długo nie znano konkretnej odpowiedzi. Teraz już są. I – co może zadziwiać – udało się je uzyskać m.in. dzięki badaniom muszek owocówek. Swoją drogą, tym małym niepozornym owadom ktoś powinien wystawić pomnik. Niewiele jest organizmów żywych, które bardziej przysłużyły się nauce. I to wielu dziedzinom równocześnie. No ale to inny temat.

A wracając do pór dnia i nocy. Pór niższej temperatury i wyższej. Pór odpoczynku i aktywności. Te pory są skutkiem obrotu Ziemi wokół własnej osi. Ziemia wiruje od samego początku funkcjonowania tutaj życia. Mieliśmy (mam na myśli organizmy żywe) grubo ponad 3 miliardy lat na dostosowanie się do tego cyklu. Więcej, wzrastaliśmy, ewoluowaliśmy w świecie, który jest cykliczny. Różnych cykli mamy wiele, ale ten, który ma na nas największy wpływ, to właśnie cykl dnia i nocy. Nawet najbardziej prymitywne bakterie mają biologiczny zegar. Działa na tyle dobrze, że my mamy go w zasadzie w niezmienionej wersji.

Jak u zegarmistrza

W zegarze, o którym mowa, nie chodzi tylko o to, żeby wiedzieć, kiedy mamy się położyć do łóżka. W zasadzie w przypadku ludzi jest to tylko skutek uboczny. Biologiczny zegar steruje tym wszystkim, co w naszym ciele dzieje się poza naszą świadomością. Metabolizmem, temperaturą ciała, produkcją i wydzielaniem hormonów, a także aktywnością seksualną, cyklami życiowymi czy nawet poczuciem głodu i sytości. Tegoroczni laureaci Nagrody Nobla zostali uhonorowani za opisanie, jak ten skomplikowany system działa. Badacze już w latach 70. przeprowadzali testy na muszkach owocówkach. Odkryli mechanizmy, dzięki którym w zależności od pory dnia (natężenia światła) produkowane są specyficzne białka. Te gromadzą się w ciągu nocy, a rozpadają za dnia.

Ale badania na muszkach owocówkach to nie był początek naukowych dociekań na temat biologicznego zegara. Już kilkaset lat wcześniej zauważono, że rośliny pozbawione dostępu do światła zachowują się tak, jak gdyby to światło cały czas na nie świeciło. Tak jak gdyby kiedyś nastawiony (nakręcony) zegar teraz tykał i działał niezależnie od tego, czy światło pada na liście, czy też nie. Podobnie zachowują się zwierzęta, w tym ludzie. Gdybyśmy wyregulowali swoją aktywność, nawet bez dostępu światła będziemy budzili się o tej samej godzinie i czuli się zmęczeni o innej. Muszki owocówki pomogły w odkryciu tego biologicznego zagar. Badacze odkryli u tych prostych owadów gen, który, gdy zostanie uszkodzony, zaburza rytm dobowy. To był pierwszy krok. Ten gen został wyizolowany dopiero w połowie lat 80. XX wieku. To w nim znajdował się przepis na produkcję wspomnianego wcześniej białka PER. Tego, które gromadzi się w nocy, a rozpada w dzień. Dziesięć lat później odkryto drugi gen kodujący „zegarowe” białko. I gen, i białko nazwano TIM. Białka TIM i PER łączą się ze sobą wtedy, gdy noc przechodzi w dzień. To sygnał, żeby komórka wstrzymała produkcję biała PER.

Mamy więc produkcję białka i wiemy, co powoduje, że ta produkcja jest wstrzymywana. A jaki czynnik powoduje, że produkcja PER znowu rusza z kopyta? Skąd komórka wie, że dzień zamienia się w noc? Pod koniec lat 90. odkryto trzeci gen odpowiedzialny za tykanie biologicznego zegara – gen DBT. I tak zamyka się 24-godzinny cykl. Zegar tyka nawet wtedy, gdy przez jakiś czas organizm odcięty jest od światła. Dłuższe odcięcie powoduje, że tryby zegara zaczynają się zacierać. Cykl nie działa także wtedy, gdy według zegara powinna być noc, a jest dzień. To zdarza się np. w trakcie dłuższych podróży lotniczych. Sercem naszego zegara nie jest jednak pojedyncza komórka, tylko szyszynka, czyli ta cześć mózgu, która „widzi”, czy jest dzień, czy noc. To ona daje sygnał, który jest podchwytywany przez miliardy drobnych zegarków. Gdyby tykały jak zegarki ze wskazówkami, wydawalibyśmy dźwięki jak zakład zegarmistrza. 

„Sonda 2”, środa 11 października godz. 9.05.