U aprilu ove godine, španska atletičarka Beatriz Flamini izašla je na svetlost dana nakon 500 dana boravka u pećini. Njeno spuštanje ispod zemlje je verovatno najduže koje je preduzeto na dužem delu. Flamini kaže da je izgubila svaki osećaj za vreme 65. dana. Ali može li zaista biti sigurna da je to bio 65. dan? Poređenja radi, 1962. godine Francuz Mišel Sifre izronio je iz ponora Skarason u Italiji nakon što je tamo proveo, kako je mislio, 33 dana. U stvari, proveo je 58 dana pod zemljom.
Kako izolovana ljudska bića mogu redovno da prate vreme, čak i kada su odvojena od svog okruženja? Jednostavno, zato što su biološki ritmovi u srcu života i regulišu ga sve od molekularnog do nivoa celog tela. To uključuje ne samo naše cikluse spavanja/budnosti, već i telesnu temperaturu, hormone, metabolizam i kardiovaskularni sistem, da spomenemo samo neke.
A ovi ritmovi imaju mnoge posledice, ne samo u smislu javnog zdravlja. Zaista, brojne bolesti su epizodne – na primer, astma je teža noću, dok su kardiovaskularni udesi češći ujutru. Drugi primer je smenski rad, koji ljude odvaja od njihovog okruženja. Može biti povezan sa povećanim rizikom od raka kod radnika, što je navelo SZO da ga označi kao verovatan kancerogen.
Ritmovi takođe utiču na to kako komuniciramo sa drugim vrstama. Na primer, afrička tripanosomijaza, koja se naziva i bolest spavanja, je poremećaj našeg dnevnog ritma uzrokovan parazitom Tripanosoma brucei, čiji je metabolizam takođe svakodnevni — baš kao i naš imunitet.
Rotacije Zemlje, Meseca i Sunca stvaraju cikluse životne sredine koji su favorizovali odabir bioloških satova.
Biološki sat je unutrašnji mehanizam organizama koji, u odsustvu signala iz okoline, radi na sopstvenoj frekvenciji. Redovno smenjivanje dana i noći je, na primer, pogodovalo evoluciji cirkadijalnog sata (circa, što znači „približno“, i diem, „dan“).
Mehanizam cirkadijanskog sata je prvi put otkriven u voćnoj mušici, takođe poznatoj kao Drosophila, 1970-ih. Zasnovan je na povratnim petljama u transkripciji i translaciji nekoliko gena – gen A promoviše ekspresiju gena B, koji zauzvrat inhibira ekspresiju gena A – stvarajući oscilaciju. Tokom dana, svetlost indukuje smanjenje specifičnih faktora petlje preko fotoreceptora zvanog kriptohrom. Zanimljivo je da ključni faktori u mehanizmu u suštini obuhvataju samo nekoliko gena pod nazivom period, bezvremenski, sat i ciklus. Međutim, fino podešavanje i regulacija sata zasniva se na složenoj molekularnoj i neuronskoj mreži koja obezbeđuje njegovo vreme i preciznost.
Ne postoji jedinstveni, sveobuhvatni cirkadijalni sat koji bi organizovao ceo život, pošto se geni sata razlikuju od vrste do vrste. Ali princip ostaje isti: geni čija ekspresija osciluje. Biološki ritmovi su opisani u svim do sada proučavanim taksonima (grupama organizama) koje obuhvataju cijanobakterije (vrsta bakterija koje dobijaju energiju fotosintezom), gljive, biljke i životinje, uključujući ljude.
Pored toga, različiti davaoci vremena (zeitgebers) sinhronizuju organizam sa okolinom: svetlošću (najviše proučavana do sada), temperaturom i hranom, posebno.
Jedna vrlo konkretna implikacija ovog cirkadijalnog sata tiče se mlaznog kašnjenja. Ovo je odstupanje unutrašnjeg ritma pojedinca od vremena vremenske zone u kojoj se nalazi.
Signali životne sredine uopšte, a posebno svetlost, pomažu da se ponovo sinhronizuje pojedinac: svetlost koja se opaža na kraju noći pomera sat unapred, dok svetlost primećena na početku noći odlaže. Svetlost uočena tokom dana nema efekta. Kod ljudi, svetlost se ne percipira direktno od strane molekularnog sata, već se hvata u mrežnjaču i zatim se prenosi putem retino-hipotalamusnog puta do centralnog sata, gde modulira sintezu proteina sata. Sistem, međutim, nije beskonačno skalabilan: ljudskom telu je potreban otprilike jedan dan da se prilagodi na jednosatnu vremensku razliku.
Sa unutrašnjim cirkadijalnim periodom Homo sapiensa koji traje u proseku 24,2 sata, lakše nam je putovati na zapad i produžiti dane nego putovati na istok i skratiti ih. Ovo je takođe razlog zašto sportisti i istraživači koji se izoluju u dubinama Zemlje na kraju nisu sinhronizovani sa vremenom na površini i na kraju primećuju manje dana od 24-časovnih solarnih dana.
Cirkadijalni sat nije jedini satni mehanizam koji postoji u prirodi. Mnogi biološki procesi su sezonski, kao što su migracija mnoštva ptica i insekata, razmnožavanje i hibernacija mnogih životinjskih vrsta i cvetanje biljaka. Ovu sezonalnost generalno diktira nekoliko faktora, uključujući ono što je poznato kao cirkanualni sat u slučaju mnogih vrsta. Mehanizam ovog sata još nije utvrđen.
Mehanizmi sata u morskim vrstama takođe su nepoznati, delimično zbog složene vremenske strukture okeana. Morski organizmi su izloženi solarnom ciklusu naizmeničnog dana i noći, koji je superponovan nizom lunarnih ciklusa, od kojih je najistaknutiji ciklus plime i oseke (sa periodom od 12,4 sata ili 24,8 sati). Polumesečevi i lunarni ciklusi (14,8 dana/29,5 dana), povezani sa mesečevim fazama, takođe snažno moduliraju morsko okruženje, putem svetlosti i plime. Godišnja doba takođe utiču na ove ekosisteme.
Iako je složena, vremenska struktura morskog okruženja je predvidljiva, a biološki ritmovi povezani sa svim ovim ciklusima opisani su u morskim vrstama. Na primer, mnogi korali sinhronizuju svoju reprodukciju, polažući jaja jednom godišnje u veoma kratkom vremenskom periodu. Neki morski crvi roje se tačno jednom mesečno, u najmračnijim noćnim satima, da bi započeli svoj reproduktivni ples pre nego što se mreste i umru.
Zanimljivo je da je 2020. naš tim naučnika otkrio da biološki ritmovi nisu ograničeni na priobalno okruženje. Zaista smo pokazali ritmove u ponašanju i ekspresiji gena na dubini od 1.700 metara, u dagnji koja živi u hidrotermalnim otvorima srednjeatlantskog grebena. Naš rad naglašava da je vremenska koordinacija u fiziologiji verovatno kritična, čak iu najekstremnijim životnim sredinama kao što je duboki okean.
