Śpij, jedz i ruszaj się zgodnie ze swoim rytmem okołodobowym. Satchin Panda

zacząć wyobrażać sobie, jak proste zmiany w użytkowaniu żarówek, ekranów komputerowych czy okularów mogą na dłuższą metę przyczynić się do poprawy naszego samopoczucia lub do uleczenia nas z różnych dolegliwości.

      1 Mowa o temperaturze wewnątrz organizmu, nie zaś mierzonej na skórze [przyp. tłum.]. [wróć]

      Rozdział 2

Rozdział 2

      Jak działają rytmy okołodobowe – liczy się odpowiedni moment

      Dalsza część moich badań pozwoliła uzyskać nowe informacje na temat naszego wewnętrznego zegara. Wszystkie istoty żywe na naszej planecie doświadczają codziennej zmiany w środowisku, nieuniknionej i przewidywalnej: dzień przeistacza się w noc. Nieważne, czy organizmy te bytują na pustyni, czy w lesie tropikalnym albo czy żyły miliard lat temu bądź żyją obecnie. By poradzić sobie z tą łatwą do przewidzenia przemianą światła w ciemność, niemal każdy żywy organizm wykształcił wewnętrzny system pomiaru czasu, czyli zegar okołodobowy.

      Każdy żywy organizm w ciągu doby:

       pozyskuje energię (pożywienie),

       optymalizuje zużycie energii poprzez częściowe wykorzystywanie jej dla podtrzymania codziennego funkcjonowania – i oszczędzanie zapasu na później,

       chroni się przed szkodliwymi czynnikami oraz przed drapieżnikami,

       regeneruje się lub rośnie,

       rozmnaża się.

      Funkcje te sterowane są zegarem okołodobowym, który usprawnia zdolność wszystkich istot żywych do wykonywania owych kluczowych zadań, przydzielając każdemu z nich najlepszą porę dnia lub nocy.

      Rośliny żyją według zegara liczącego z grubsza 24 godziny; przewiduje on wschód i zachód słońca, tak aby organizmy te mogły w najlepszy możliwy sposób korzystać ze światła słonecznego oraz dwutlenku węgla, które przetwarzają na składniki odżywcze. Zegar zapewnia im odpowiedni rytm działania: roślina wie, że musi unieść liście na godzinę lub dwie przed wschodem słońca i aktywować szereg genów, by pozyskać światło już z pierwszych promieni słonecznych. Pod koniec dnia rośliny wyłączają mechanizm poboru światła mniej więcej na godzinę czy dwie, zanim słońce zajdzie, by bezproduktywnie nie napędzać fabryki pożywienia w czasie, gdy światła już nie będzie. Pod wieczór ich liście opadają, jakby rośliny szykowały się do snu.

      Rośliny kierują się też rytmami dobowymi, które mówią im, kiedy mają kwitnąć, zgodnie z porą roku lub czasem w ciągu dnia czy nocy. Rytmy te są zsynchronizowane z rytmem aktywności zapylających rośliny pszczół i owadów, które szukają pożywienia w kwiatach. Duże zwierzęta roślinożerne, takie jak krowy czy wielbłądy, pasą się w ciągu dnia; małe gryzonie żywią się owocami i warzywami w nocy, by uniknąć drapieżników. Innymi słowy, używają zegara wewnętrznego, by obudzić się, rozpocząć aktywność i pobierać pokarm wtedy, gdy jest najbezpieczniej. Nawet pleśń z rodzaju Neurospora, która rozwija się na żywności, ma swój dwudziestoczterogodzinny zegar biologiczny, instruujący ją, kiedy rosnąć i wytwarzać więcej zarodników. Ta ostatnia funkcja jest przypisana do odpowiedniej pory dnia, by zapewnić możliwie najlepsze roznoszenie zarodników przez wiatr.

      Jak dowiedziałeś się z poprzedniego rozdziału, może się wydawać, że owo doskonałe wyczucie czasu jest sterowane światłem. Tymczasem jednak to badania z zakresu genetyki pokazały naukowcom mojego pokroju, jak właściwie działają zegary okołodobowe. Dowiedzieliśmy się, że – chociaż światło wywiera wpływ na rytmy dobowe – to precyzyjne sterowanie kontrolowane jest wewnętrznie: przez geny.

      Zegar okołodobowy i genetyka

      Ciało ludzkie składa się z milionów wyspecjalizowanych komórek, których funkcja zależy od ich umiejscowienia. Cały twój organizm, od palców u nóg aż po mózg, tworzą konkretne klasy wyspecjalizowanych komórek. Każda z nich ma jednak ten sam genom, który zawiera całą informację odziedziczoną przez ciebie po rodzicach. Informacja ta zakodowana jest w DNA, którego poszczególne segmenty noszą nazwę genów. Niektóre geny odpowiadają za widoczne cechy organizmu, takie jak kolor oczu. Inne związane są z cechami biologicznymi, jak grupa krwi, ryzyko zapadnięcia na określone choroby, a także tysiące procesów biochemicznych, włączając w to mechanizm zegara okołodobowego.

      Procesy te są realizowane przez różnego typu proteiny, czyli białka. Niektóre proteiny są enzymami i działają niby narzędzia (wiertarka, młotek, dłuto itd.). Wykonują wiele zadań wewnątrz każdej komórki, na przykład wytwarzają cholesterol albo rozkładają tłuszcz. Inne są proteinami strukturalnymi – budują poszczególne elementy komórek niczym cegiełki, jakby chodziło o dom (ściany, okna itd.). Niektóre maleńkie proteiny są zaś hormonami (chociaż nie wszystkie hormony są niewielkimi proteinami) – to chemiczni posłańcy, kontrolujący funkcjonowanie narządów. Jedne proteiny istnieją długo, żywot innych jest natomiast krótki.

      Zdrowie naszych organów oraz to, czy cierpimy na jakąś dolegliwość, zależy od posiadanych przez nas genów i ich ekspresji – to znaczy od tego, czy dany gen jest aktywny, czy też nie, albo czy jest to gen normalny, czy zmutowany. Na pewno zauważyłeś, że niektórzy ludzie mogą jeść, co tylko chcą, inni zaś skarżą się, że pewne produkty – często mleczne – powodują u nich kłopoty trawienne, takie jak gazy, wzdęcia lub zaparcia. Otóż okazało się, że osoby z dolegliwościami trawiennymi mają mutację genu odpowiedzialnego za rozkład i absorpcję składników odżywczych z mleka.

      Porównując geny zmutowane z normalnymi, możemy nauczyć się wiele o tym, jak powinny działać geny i jakie są konsekwencje ich anomalii. W dziedzinie chronobiologii naukowcy zrozumieli, jak działa nasz wewnętrzny zegar dopiero wtedy, gdy przyjrzeli się organizmom, których zegary chodziły zbyt szybko lub zbyt wolno. W 1971 roku profesor Seymour Benzen, genetyk z Kalifornijskiego Instytutu Technologicznego (California Institute of Technology) specjalizujący się w muszkach owocówkach, oraz doktorant Ron Konopka przebadali tysiące takich muszek, trzymanych w izolacji i w kompletnych ciemnościach. Młode muszki zwykle są aktywne o świcie i o zmierzchu; w dzień odpoczywają, a w nocy śpią. Muszki owocówki utrzymują ten niemal dwudziestoczterogodzinny rytm nawet wtedy, gdy przez cały czas przebywają w ciemności. Benzer i Konopka skonstruowali kilka bardzo pomysłowych narzędzi, by nawet w tych warunkach móc monitorować, kiedy młode muszki zasypiają i kiedy się budzą. Poddawszy badaniom tysiące muszek, odkryli trzy typy mutacji: niektóre muszki szły spać wcześnie, inne późno, a jeszcze inne nie przejawiały określonego wzorca1. Badacze zorientowali się też, że potomstwo zmutowanych muszek dziedziczyło lub podtrzymywało te same typy zaburzeń zegara okołodobowego: badane zjawisko miało więc komponent genetyczny. Ta sama mutacja wpływała również na moment, kiedy muszki się wykluwały, co sugeruje, że mają one tylko jeden zegar biologiczny. Benzer i Konopka ten zmutowany gen nazwali genem period (Period gene), w skrócie genem per.

      Proces dokonywania odkryć naukowych przypomina rozwiązywanie zagadek kryminalnych. Na podstawie kilku wskazówek można stworzyć profil zabójcy – ale zanim znajdzie się podejrzanego i udowodni, że popełnił on zbrodnię, mogą upłynąć miesiące lub nawet lata. Potrzeba było trzynastu lat i pracy dwóch niezależnych zespołów badawczych, by dojść do tego, jak gen per faktycznie wygląda. A potem minęło jeszcze kilka lat, zanim dowiedziano się, w jaki sposób ów gen wytwarza mechanizm zegara biologicznego.

      Dziś wiemy, że każda komórka otrzymuje od genu per instrukcje, by wytworzyć pewne białko (białko PER), które powoli rośnie, po czym po 24 godzinach się rozpada. Dzieje się tak w każdym organizmie: glony tworzące kożuch na powierzchni wody mają trzy geny kontrolujące zegar biologiczny, zwierzęta i ludzie – przeszło tuzin. Zobaczmy, jak to działa. Wyobraź sobie, że wspomniane białko jest kostką lodu wytworzoną w twojej lodówce. Gen