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

z naszym zegarem. Jedyna droga, jaką światło wpływa na nasz rytm, przebiega przez oczy. Zobaczmy więc, jak one funkcjonują.

      Ludzkie oko działa jak kamera. Zawiera miliony komórek, zwanych pręcikami i czopkami, które rejestrują szczegóły obrazu w wysokiej rozdzielczości i wysyłają tę informację do mózgu za pośrednictwem długich, podobnych do kabli komórek nerwowych. Siatkówka, światłoczuła tkanka wyściełająca wnętrze tylnej części naszego oka, zawiera kilka milionów fotoreceptorów w postaci wspomnianych pręcików i czopków. Promienie świetlne padają na siatkówkę, pokonawszy rogówkę, źrenicę i soczewkę. Siatkówka przekształca promienie w impulsy elektryczne, które przez nerw optyczny docierają do mózgu, gdzie interpretowane są jako obrazy. Gdy pręciki i czopki obumierają, tracimy zdolność widzenia, jak dzieje się w niektórych przypadkach wrodzonej ślepoty.

      A jednak osoby niewidome także posiadają zegar biologiczny sterowany światłem. Co zadziwiające, wielu niewidomych potrafi „wyczuwać” światło. Gdy idą w kierunku słońca, wielu z nich zgłasza, że czują, że ich oczy wypełnia jasność, a ich źrenice faktycznie zwężają się w jasnym świetle i rozszerzają, gdy osoby te znajdą się z powrotem w pomieszczeniu. Owi ludzie, podobnie jak niektóre niewidzące zwierzęta, potrafią dostosować swój rytm snu i czuwania do sezonowych zmian długości dnia.

      Zjawisko to uświadomiono sobie na początku dwudziestego wieku i przez niemal 80 lat większość naukowców sądziła, że niewidomi mogą nadal posiadać działające pręciki i czopki, które mogłyby dawać im poczucie światła. Bardzo skrupulatne eksperymenty pokazały jednak, że w oczach znajduje się trudno wykrywalny fotoreceptor, o którym nic nie wiedzieliśmy17. W 2002 roku trzy niezależne zespoły badawcze, w tym mój, odkryły światłoczułą proteinę znajdującą się poza komórkami czopków i pręcików, która okazała się fotoreceptorem synchronizującym cykl snu i czuwania ze światłem18. Została ona nazwana melanopsyną19. Spośród 100 tysięcy komórek siatkówki, które przewodzą całą informację o świetle do mózgu, tylko pięć tysięcy zawiera melanopsynę. Pręciki i czopki również mogą dostrajać zegar biologiczny, ale tylko pod nieobecność melanopsyny, przy czym nie są tak wydajne. Dlatego właśnie ludzie niewidomi, którzy utracili pręciki i czopki, ale wspomniane komórki w ich siatkówce pozostały nietknięte, mogą nadal mieć poczucie światła. Komórki te są jednak na tyle nieliczne, że nie wystarczają do wytworzenia obrazu świata zewnętrznego.

      By zrozumieć, jak działa opisywany fotoreceptor, przeprowadziliśmy eksperyment z myszami, które były pozbawione albo genu kodującego melanopsynę, albo komórek melanopsynowych, ale poza tym ich oczy były najzupełniej w porządku; zwierzęta widziały dobrze i bez trudu odnajdywały się w świecie. Kiedy gen jest uszkodzony, komórki melanopsynowe pozostają żywe, ale kiedy brak komórek, ustaje również ekspresja genu. U myszy pozbawionej genu kodującego melanopsynę informacja o świetle nadal płynie do mózgu przez komórki melanopsynowe. Gdy jednak ich zabraknie, wszelkie połączenia pomiędzy okiem a mózgowym systemem regulującym zegar okołodobowy zanikają.

      Normalne myszy zazwyczaj budzą się wieczorem (są zwierzętami nocnymi), w dzień zaś śpią. Ale myszy pozbawione komórek melanopsynowych nie mają poczucia światła i ciemności. Jeśli jednak trzymane są w całkowitym mroku, ich zegar okołodobowy mimo wszystko działa normalnie: zasypiają i budzą się jak zwykłe myszy, w cyklu powtarzającym się co 23 godziny i 45 minut. Niemniej myszy pozbawione melanopsyny mają większe trudności w dostosowaniu się do niewielkich zmian dobowych zachodzących na przestrzeni tygodnia. Podczas gdy normalne myszy potrafią w ciągu tygodnia dostroić swój rytm snu i czuwania do cyklu światła i ciemności, myszom pozbawionym genu kodującego melanopsynę zajmowało to cały miesiąc lub dłużej. Co więcej, normalne myszy – tak samo jak jelenie – zastygają w bezruchu, jeśli w nocy zobaczą jasne światło. Ale myszy pozbawione melanopsyny nie reagują w ten sposób i na widok jasnego światła nie przestają biegać tu i tam. Ponadto u myszy pozbawionych zarówno genu melanopsyny, jak i komórek melanopsynowych, ekspozycja na światło w nocy nie wpływa na system wytwarzania melatoniny.

      Ponieważ myszy i ludzie dzielą większość genów, łącznie z genem kodującym melanopsynę, eksperymenty z tymi gryzoniami mają oczywiste przełożenie na zagadnienie ludzkiego rytmu okołodobowego. Sugerują, że melanopsyna może wpływać na nasz zegar okołodobowy, cykl snu i czuwania oraz produkcję melatoniny. Następnym krokiem naszego zespołu była próba dowiedzenia się, jaki typ światła najbardziej i najmniej skutecznie aktywuje melanopsynę – tak abyśmy mogli zapewnić sobie właściwe światło o danej porze doby, w celu optymalizacji naszego zegara biologicznego.

      Światło widzialne zawiera wszystkie kolory tęczy. Każdemu kolorowi odpowiada inna długość fali. Światłem o najdłuższej fali jest czerwień, o najkrótszej – fiolet. Gdy widzimy naraz wszystkie długości fal, postrzegamy światło białe, czyli słoneczne. Różne kolory zawarte w tym świetle aktywują trzy różne typy białek zwanych opsynami (reagują one na światło czerwone, zielone i niebieskie), białka te z kolei identyfikują widziane kolory pojedynczo lub zbiorczo (jako światło białe). Melanopsyna jest najbardziej wrażliwa na fale światła niebieskiego, a mniej czuła na światło czerwone. Gdy melanopsyna jest stymulowana obecnością światła niebieskiego, wysyła do mózgu sygnał o obecności światła w ogóle, mózg zaś interpretuje to zjawisko jako dzień, bez względu na to, która tak naprawdę jest godzina. Jeśli w nocy wejdziesz do sklepu spożywczego, melanopsyna w twoich komórkach wzrokowych zarejestruje oświetlenie na suficie, a twój mózg uzna, że jest dzień i nie powinieneś teraz spać.

      Wyobraź sobie, że masz dwie żarówki o identycznej jasności – niebieską i pomarańczową. Jeśli w środku nocy zapalisz żarówkę pomarańczową, światło pobudzi opsyny w czopkach odpowiedzialnych za postrzeganie światła zielonego (czopki te mogą po części reagować na światło pomarańczowe, jako że kolor pomarańczowy w tęczy leży blisko zieleni), a twój mózg będzie mógł rozpoznać, co znajduje się w pokoju. Jeśli zapalisz światło niebieskie, pobudzeniu ulegną czopki odpowiedzialne za postrzeganie tej właśnie barwy i zobaczysz w pokoju te same przedmioty. Ale komórki melanopsynowe słabo reagują na światło pomarańczowe i wyślą do mózgu sygnał, że jest noc, podczas gdy światło niebieskie zostanie zinterpretowane jako dzień. Tak więc, jeśli spędzisz godzinę przy zapalonym świetle pomarańczowym, działanie twojego zegara okołodobowego nie zostanie nadmiernie zakłócone, jeśli zaś spędzisz godzinę w świetle niebieskim, zostanie on zrestartowany jak o poranku.

      Wraz ze zmianami pór roku i długości dnia nasz rytm okołodobowy dostosowuje się do przesuwających się godzin wschodu i zachodu słońca. Przez długi czas nie mieliśmy pojęcia, jak ten rytm przestawia się na nowy czas wschodów i zachodów ani jak reaguje na światło. Ale nasze badania wykazały, że te same fotoreceptory wrażliwe na światło niebieskie resetują zegar mózgowy zarówno wtedy, gdy wraz ze zmianą pór roku zmienia się długość dnia, jak i wtedy, gdy podróżujemy przez różne strefy czasowe. Fotoreceptory te łączą się również bezpośrednio lub pośrednio z obszarami w mózgu kontrolującymi depresję, czujność, sen, produkcję hormonu snu – melatoniny, a nawet z tymi ośrodkami, które regulują pojawianie się bólu głowy, w tym migrenowego.

      Melanopsyna ma jeszcze jedną osobliwą cechę: aby ją aktywować, potrzeba bardzo dużo światła. Jeśli na przykład na kilka sekund otworzysz oczy w słabo oświetlonym pokoju, twoje pręciki i czopki zarejestrują obraz pomieszczenia, ale komórki melanopsynowe zareagują tak, jakby było zbyt ciemno, by cokolwiek zobaczyć.

      Dzięki tym odkryciom zaczęliśmy rozumieć, jak światło wpływa na nasze zdrowie. Współczesny tryb życia, w ramach którego większość czasu spędzamy w budynkach, patrząc na jasne ekrany monitorów i włączając w nocy jasne światła, aktywuje melanopsynę o niewłaściwych porach dnia i nocy, co zaburza nasz rytm okołodobowy i obniża produkcję melatoniny. W rezultacie sen nie przynosi nam regeneracji sił. Gdy budzimy się