Seperti yang telah anda ketahui, pada tahun 2017, Hadiah Nobel dalam bidang perubatan atau fisiologi pergi ke Dewan Amerika Jeffrey C, Michael Rosbash, Michael W Young untuk penemuan mereka dalam bidang irama sirkadian - mekanisme sel yang mengatur jam dalaman manusia, haiwan dan tumbuhan.
Saintis, misalnya, berjaya mengasingkan gen yang mengatur irama sirkadian lalat Drosophila.
Jam dalaman bertanggungjawab untuk kitaran tidur, tekanan darah, tahap hormon, dan suhu badan. Mereka mempengaruhi semua kehidupan di bumi, dari cyanobacteria uniselular hingga vertebrata yang lebih tinggi, termasuk kita manusia.
Matahari dan Zeitgebers yang lain
Kajian jam dalaman telah menjadi cabang sains yang sepenuhnya bebas, yang disebut kronobiologi.
Kronobiologi, seperti namanya, mengacu pada kajian irama biologi dan bagaimana ia berkaitan dengan alam sekitar: orang Jerman memanggil mereka Zeitgebers, iaitu penyegerak.
Zeitgeber yang paling jelas, tentu saja, adalah cahaya matahari dan kitarannya.
Video promosi:
Kita manusia, sejak dulu lagi, telah memerhatikan reaksi alam terhadap kenaikan dan penurunan sinar matahari, terutama bagaimana tanaman membuka dan menutup bunga dan daunnya sesuai dengan jumlah cahaya yang diterima.
Tetapi hanya pada abad ke-18 seseorang dapat membuktikan bahawa itu bukan hanya mengenai isyarat luaran: sesuatu di dalam organisma itu sendiri mengungkapkan rahsia jam biologi, yang tidak hanya bergantung pada seberapa tinggi matahari terbit di langit.
Naik, mimosa
Salah satu yang pertama membuat pemerhatian saintifik mengenai fenomena ini ialah ahli astronomi Perancis Jean Jacques d'Ortous de Mairan.
Ia adalah tahun 1729 ketika dia meletakkan semak mimosa dalam kegelapan dan melihatnya masih terbuka dan menutup daunnya, bergantung pada waktu siang dan apakah matahari bersinar di suatu tempat, yang tidak berdekatan.
Mimosa di bawah sinar matahari / flickr.com, Ben Blash
Dari sini dia menyimpulkan bahawa dorongan tanaman untuk membuka dan menutup daun dihubungkan dengan mekanisme dalaman dan bukan akibat dari reaksi slavish terhadap rangsangan luaran dalam bentuk perubahan cahaya matahari.
Tetapi jelas bahawa jika turun naik siang hari dikeluarkan dari persamaan untuk jangka masa yang lebih lama, tentu saja jam biologi akan salah cepat atau lambat.
Penebat di bawah tanah
Salah satu saintis pertama yang pada masa kita secara aktif mengkaji pengaruh jam biologi pada manusia adalah ahli geologi dan speleologi Perancis Michel Siffre pada awal tahun 60-an.
Ini adalah pada awal era perjalanan angkasa dan semasa Perang Dingin, ketika seseorang menjadi tertarik dengan reaksi tubuh terhadap pengasingan yang lama, misalnya, dalam kapsul ruang angkasa atau di tempat perlindungan bom setelah perang atom.
Pada tahun 1962, Sifr yang berusia 23 tahun membuat terobosan dengan eksperimen berani di mana dia dapat membuktikan bahawa kita mempunyai jam terbina dalam, sama seperti tanaman.
Dia mengasingkan diri dari dunia dari 18 Julai hingga 14 September 1962 di Gua Glacier Scarasson, yang terletak di Pegunungan Alpen Perancis pada kedalaman 100 meter di bawah tanah.
Sifr menjalin hubungan dengan dunia luar hanya melalui saluran telefon, yang biasa dia laporkan ketika dia tidur dan ketika dia bangun.
Disorientasi teruk
Ketiadaan rangsangan dan jam dari luar, dari masa ke masa, benar-benar membingungkan Sifr dari segi peredaran masa (dan, ketika dia kemudian mengakui dirinya, hampir membuatnya gila).
Sifr sendiri percaya bahawa dia tidur dalam masa 15 jam dan dia benar-benar kehilangan sentuhan dengan irama sirkadian semula jadi. Tetapi ternyata tubuhnya mengikuti catatan waktu dengan sempurna, hidup selama berhari-hari dengan panjang rata-rata 24.5 jam.
Setelah Sifr menghabiskan 63 hari di sebuah gua es, dia akhirnya muncul di siang hari, dengan mempercayai bahawa itu adalah 20 Ogos di kalendar. Dengan kata lain, dia kehilangan satu bulan dalam fikirannya.
Tetapi badan itu lebih tahu. Dan Sifr dapat membuktikan sekali dan selamanya bahawa kita, manusia, dilengkapi dengan jam biologi.
Semakin banyak saintis menyelidiki topik ini
Beberapa tahun kemudian, Michel Sifre melakukan eksperimen serupa yang lain, tetapi kali ini sebagai pemerhati untuk dua orang lain, Josie Laures dan Antoine Senni. Mereka juga membiarkan diri mereka terpencil di bawah tanah, masing-masing di gua mereka sendiri, yang jaraknya sekitar seratus meter.
Satu-satunya orang di permukaan bumi yang berhubungan dengan Lores dan Senny melalui telefon adalah saintis, mencatat waktu tidur, petunjuk fizikal dan makanan mereka.
Lores dan Senny tidak harus menderita kemalasan, tujuan eksperimen ini adalah untuk tidak sepenuhnya merangsang mereka dari rangsangan deria, mereka diizinkan, untuk mengatakan, mendengar muzik atau melakukan beberapa pekerjaan manual: misalnya, Lores rajutan.
Lores menghabiskan 88 hari di gua, sementara Senny menghabiskan 126 hari di gua. Ketika akhirnya mereka keluar dari sana, kedua-duanya berada dalam keadaan fizikal yang agak baik, tetapi lebih bingung daripada Sifr setelah percubaan.
Antoine Senny percaya, misalnya, bahawa dia meninggalkan gua pada 4 Februari, ketika tarikh yang tepat adalah 5 April. Josie Lores secara amnya dalam keadaan fizikal yang baik, tetapi memerlukan masa yang sangat lama untuk memulihkan kitaran tidur semula jadi.
05 April 1965. Antoine Senny (tengah) meninggalkan gua setelah 125 hari sahaja. Dia disambut oleh Josie Lores (kanan), peserta lain dalam eksperimen yang menghabiskan 88 hari dalam pengasingan / Foto AP
Pada masa itu, pengasingan berjaya menipu bahkan jam biologi.
Ternyata Senny mengalami irama di mana dia dapat tidur selama 30 jam berturut-turut, walaupun dia sendiri percaya bahawa dia hanya berbaring untuk tidur siang.
Keindahan tidur dari realiti
Kajian yang lebih baru secara terpisah menunjukkan bahawa orang dapat memperpanjang kitaran tidur mereka sebanyak 48 jam jika mereka tidak terdedah kepada rangsangan luaran.
Tetapi eksperimen berulang dengan pengasingan telah menunjukkan bahawa jam dalaman seseorang, irama sirkadian kita, secara semula jadi berlaku dalam satu kitaran lebih dari 24 jam. Tetapi di manakah jam ini, secara fizikal?
Semua ini dikaitkan dengan kawasan kecil di otak - inti suprachiasmatic dari hipotalamus. Ini kira-kira seukuran sebiji beras. Dalam praktiknya, jam biologi inilah yang mengatur irama harian kita.
Dan ia mendapat maklumat masa asas dari matahari. Pada waktu malam, ketika cahaya memudar, ia mengirimkan isyarat ke kelenjar pineal untuk mula menghasilkan melatonin, yang menyuruh tubuh untuk tidur.
Pada musim panas, mekanisme ini berfungsi sebaliknya, tahap melatonin menurun, apabila jumlah cahaya meningkat, yang antara lain meningkatkan pengeluaran prolaktin pada wanita, yang meningkatkan kesuburan.
Oleh itu, setiap orang yang dilahirkan di wilayah ekuinoks vernal, mungkin, harus berterima kasih kepada matahari musim panas, yang sembilan bulan sebelumnya menempatkan ayah dan ibu dalam suasana hati yang tepat.
Mereka yang tidak melihat
Nukleus suprachiasmatic, yang mengatur jam dalaman kita, keluar, menerima isyarat dari mata, melalui penglihatan. Tetapi bagaimana dengan orang buta? Bagaimana jam biologi mereka dikawal?
Sebenarnya, orang buta sering mengalami masalah tidur dan perlu mengambil melatonin untuk menghilangkan gejala.
Tetapi ada kajian Amerika dan Britain yang menunjukkan bahawa walaupun pada orang yang benar-benar buta yang telah memusnahkan sel visual retina sendiri, iaitu apa yang disebut batang dan kerucut, mata dapat mendaftarkan cahaya, termasuk jika orang itu sendiri tidak mengetahui tentangnya.
Dengan kata lain, isyarat masih boleh memasuki hipotalamus melalui saraf optik. Jadi jam biologi anda mungkin berfungsi walaupun anda tidak dapat melihatnya. Dan walaupun jam dalaman kita terus berfungsi dalam masa yang lama secara terpisah, tanpa cahaya kita jatuh sakit.
Eksperimen dengan tikus makmal menunjukkan bahawa tikus yang ditempatkan dalam kegelapan untuk jangka masa yang lama menderita gejala yang serupa dengan kemurungan.
Kekurangan cahaya mengurangkan rembesan dopamin, mempengaruhi tahap gula dalam darah dan bahkan merosakkan ingatan. Baik pada tikus dan manusia.
Rusa Cunning
Namun, rusa yang merumput di utara di Lapland telah mengatasinya dengan cara yang sangat pintar. Bagaimanapun, mereka hidup dalam kegelapan yang berterusan, kemudian dalam cahaya yang berterusan, bergantung pada musim, jadi mereka harus berada dalam tekanan yang berterusan.
Tetapi ternyata jam biologi rusa berfungsi agak berbeza daripada jam rusa kita. Jam dalaman kami memastikan bahawa melatonin dilepaskan pada kitaran 24 jam yang agak biasa.
Pada rusa, penghasilan melatonin lebih berkaitan langsung dengan jumlah cahaya yang diterima, dan bukannya dengan jam biologi yang ditentukan secara genetik.
Maksudnya, tahap hormon meningkat ketika gelap, dan menurun ketika cahaya. Dengan kata lain, rusa tidak mempunyai irama diurnal; sebaliknya, kita boleh mengatakan bahawa mereka mempunyai irama tahunan.
Ini membolehkan mereka terus mengunyah lichen mereka jika mereka dapat menjumpainya, tanpa mengira waktu siang dan tanpa terganggu oleh jam dalaman yang mengatakan bahawa sudah waktunya untuk tidur.
Dan nampaknya ini adalah pilihan yang tepat untuk mereka. Fikirkan sendiri, adakah anda pernah melihat rusa yang mengalami kemurungan?
Marcus Rosenlund
