Savci včetně člověka mají vnitřní hodiny. Stroj času máme v suprachiasmatickém jádře (SCN). Jde o chronometr, který nám téměř s 24 hodinovou pravidelností řídí spaní, bdění a časuje nám hormonální sekreci spojenou s chutí k jídlu, trávením, teplotou těla,...

Zvětšit obrázek

Naše cirkadiální rytmy jsou řízeny ze střední části mozku, místa zvaného suprachiasmatické jádro (SCN). Dosud se myslelo, že buňky SCN ve dne „pracují a v noci odpočívají. To, že nejvyšší hodinář jede podle jiného itineráře a že hlavní roli v něm hrají soumrak a svítání, odhalilo nejprve matematické modelování a až následně potvrdily výsledky biologických pokusů. (Kredit: The Brain)

Opáčko z chronobiologie
Návyk na cirkadiánní rytmus vzniká již u slepých mláďat.  Děje se tak prostřednictvím obsahu melatoninu v mateřském mléce, které kolísá podle toho, zda je noc (vysoká hladina), či den (nízká hladina). Tím se narozený jedinec postupně synchronizuje s vnějším dnem. Sesouladění biologických procesů je pro fungování těla věc důležitá. U dospělých živočichů se biologické hodiny dolaďují  automaticky podle vjemů, mezi nimiž nejdůležitější roli hraje doba a intenzita denního svitu. Je známo, že rozhádání cyklů zvyšuje riziko vzniku rakoviny, onemocnění srdce, depresí a dalších podobných radostí. Vlastní hodiny, v anglické literatuře někdy nazývané „pacemaker“, sídlí v  suprachiasmatickém jádře (SCN). Lidský časovač  se nachází se v mozku za zkřížením zrakových nervů a skládá se ze zhruba z deseti tisíc neuronů

Stará a nová teorie řízení cirkadiálních rytmů
Dosud panuje názor, že to je rychlost elektrických impulsů, kterou buňky suprachiasmatického jádra (SCN) ovlivňují dění v našem těle a že to je právě tato rychlost impulsů, co nám udržuje povědomí o tom, že je den. Ve školách se učí, že náš metronom tiká rychle přes den, zato v noci se zpomalí, aby nám nerušil noční klid. Věříme tomu už dvacet let. Nyní přichází matematik Daniel Forger a prohlašuje, že všechno je špatně.  Je přesvědčen, že se mu s kolegy z Velké Británie podařilo prolomit kód, kterým mozek cirkadiální rytmy řídí. Nabízí nové vysvětlení ve kterém skutečný signalizační mechanismus má být signál vycházející z SCN kódovaný do komplexních vzorů, které jsme dosud měli přehlížet. 

Zvětšit obrázek

Daniel Forger: „Prolomení kódu nás posunulo o kus vpřed k novým způsobům léčby nespavosti, depky vznikající při cestování napříč časovými pásmy a možná i dalších poruch o nichž víme, že jsou ve spojení s časováním (Alzheimerova choroba a některé typy rakoviny).“ Kredit UM. 

Aby si svojí teorii k níž Forger dobral pomocí matematiky ověřil, dohodnul se s biology, kteří snímali elektrické impulsy vysílané více než čtyřmi sty myších SCN buněk. Naměřenými daty potom  nakrmil matematický model, který měl imitovat situaci v mozku, při níž by řídící orgán vysílal signály v podobě vzorů. V reálu získaná data se prakticky na chlup kryla s těmi, co předpověděl počítač. Ačkoli pokus probíhal na myších, podle autorů je pravděpodobné, že stejným mechanismem se řídí čas i u lidí, protože systém pracuje podobně u všech savců.

Za všechno mohou dva druhy buněk
Suprachiasmatické jádro obsahuje dva druhy buněk. Jedny čas registrují (presentují se produktem genu per1) a druhé, jež s „chronometrem“ nic do činění nemají. Léta vědci zkoumající cirkadiální rytmy zaznamenávali signály (elektrické impulsy)ze suprachiasmatického jádra jako celku. Dostávali tedy změť informací od obou typů buněk. To pochopitelně vytvářelo zkreslený obraz toho, jak naše vnitřní  hodiny pracují.

Forgerovi angličtí kolegové byli schopni oddělit čas sledující buňky od těch druhých. Využili k tomu právě onen spuštěný gen per1. Signály od stejného typu buněk (oproštěné od „šumu“ způsobovaného druhým typem buněk) získaly na specifičnosti a přivedly vědce k odvážné teorii: „Všechno je jinak a to, jak jsme si představovali řízení našeho cirkadiálního rytmu, bylo špatně“.  

Zvětšit obrázek

Oscilace je charakteristický rys pro mnoho dějů řízených geny. Jejich řízení patří nyní k nejvíce matematicky studovaným oblastem. Takto vypadá jeden ze vzorců kterým Forger zjišťoval periody oscilace systému. Vysvětlení a podrobnosti ZDE a v říjnovém čísle časopisu Science.

Matematik Forger si v souvislosti s novým objevem neodpustil přihřát svojí polívčičku – podle něj to je zářný příklad toho, jak vzorce můžou předpovědět něco, co je zcela v rozporu s pozorováním a na co biologové přicházejí až se zpožděním. Britským vědcům se podle Forgerovy předpovědi podařilo ověřit, že během dne SCN buňky (ty, jež mají spuštěný gen per1)  udržují elektricky excitovaný stav, ale svými impulsy neplýtvají. „Palbu“ signálů spouští tyto buňky až v době okolo soumraku. Poté se na celou noc buňky zklidní, aby „stakato“ vysílaných povelů znovu rozjely při rozbřesku. Tento vzor, nebo chcete-li kód, vysílá mozek „zbytku“ těla, aby synchronizoval jeho veškerou další činnost.
Podstata řízení vnitřních hodin tedy nespočívá v tom, že bychom ve dne měly buňky aktivní a v noci ne. Elektricky aktivní buňky řídící cirkadiální rytmus jsou i ve dne prakticky „zticha“. Švitoří v době, kdy je potřeba jít na kutě a nebo vylézt z pelíšku.  

Pramen: University of Michigan