بدن ما از کجا می داند که زمان در حال گذر است؟ - وبلاگ بیازیان

به گزارش وبلاگ بیازیان، بئاتریز فلامینی ورزشکار اسپانیایی در آوریل امسال پس از 500 روز اقامت در غار در نهایت از آن جا خارج شد و نور را دید. حضور داوطلبانه او در غار احتمالا طولانی ترین مدت زمانی بوده که یک انسان در زیرزمین و دور از نور خورشید قرار گرفته است.

به گزارش وبلاگ بیازیان به نقل از کانورسیشن، فلامینی می گوید که در روز شصت و پنجم زندگی در غار حس زمان را به طور کامل از دست داده بود و شمارش روز ها را متوقف کرد. با این وجود، آیا او واقعا می تواند مطمئن باشد که روز شصت و پنجم بود؟ برای مقایسه با شرایط او می توان به شرایط میشل سیفره فرانسوی در سال 1965 میلادی اشاره نمود که پس از گذراندن 33 روز از غار اسکاراسون در ایتالیا بیرون آمد. در واقع، او 58 روز را در زیر زمین گذرانده بود.

تیک تاک ساعت های زندگی

انسان های منزوی چگونه می توانند به طور منظم زمان را پیگیری نمایند حتی زمانی که ارتباط شان با محیط اطراف شان قطع شده است؟ پاسخ بسیار ساده است. ریتم های بیولوژیکی در قلب زندگی قرار دارند و آن را از سطح مولکولی تا سطح کل بدن تنظیم می نمایند. این موضوع نه تنها چرخه خواب و بیداری بلکه دمای بدن، هورمون ها، متابولیسم و سیستم قلبی - عروقی را نیز شامل می گردد.

این ریتم ها از جمله از نظر سلامت عمومی بازتاب زیادی دارند. در واقع، تعدادی از بیماری ها اپیزودیک هستند برای مثال، آسم در شب تشدید می گردد در حالی که حملات قلبی - عروقی عموما در ساعات صبحگاهی رخ می دهند. مثال دیگر شیفت های کاری و تغییر آن است که ارتباط افراد با محیط شان را قطع می نماید و می تواند با افزایش خطر ابتلا به سرطان در کارکنان مرتبط باشد و سازمان بهداشت جهانی را متقاعد نموده تا آن مورد را به عنوان یک عامل سرطان زای احتمالی معرفی کند.

ریتم ها هم چنین بر نحوه تعامل ما با گونه های دیگر تاثیر می گذارند. برای مثال، تریپانوزومیاز آفریقایی یا بیماری خواب نوعی بیماری انگلی در انسان و دیگر حیوانات که از انگل نوع تریپانوزوما به وجود می آید باعث ایجاد اختلال در ریتم روزانه مان می گردد که متابولیسم آن نیز مانند ایمنی ما روزانه است.

چرخش زمین، ماه و خورشید چرخه های محیطی ایجاد می نماید که هماهنگ با ساعت های بیولوژیکی است. ساعت بیولوژیکی سازوکاری درونی برای موجودات است که در غیاب سیگنال محیطی با فرکانس خاص خود عمل می نماید. برای مثال، تناوب منظم روز و شب به تکامل ساعت شبانه روزی یاری نموده است.

سازوکار ساعت شبانه روزی برای اولین بار در مگس میوه که به نام مگس سرکه نیز شناخته می گردد در دهه 1970 میلادی کشف شد. مگس میوه معمولی مدلی عالی برای تجزیه و تحلیل بسیاری از فرآیند های رشدی و فیزیولوژیکی مانند ساعت داخلی یا سیستم ایمنی در سطوح مولکولی و سلولی در اختیار دانشمندان قرار می دهد.

این سازوکار براساس بر اساس حلقه های بازخورد در رونویسی و ترجمه چندین ژن است: ژن A بیان ژن B را تقویت می نماید که به نوبه خود از بیان ژن A جلوگیری می نماید که ایجاد نماینده نوسان است. در طول روز، نور به وسیله یک گیرنده نوری به نام کریپتوکروم* باعث کاهش عوامل خاصی از حلقه می گردد. جالب توجه است که عوامل کلیدی در این سازوکار صرفا شامل چند ژن است. با این وجود، نظم دقیق و تنظیم ساعت بر اساس یک شبکه مولکولی و عصبی پیچیده صورت می گیرد که زمان و دقت آن را تضمین می نماید.

هیچ ساعت شبانه روزی واحد و فراگیری وجود ندارد که بتواند کل زندگی را سازماندهی کند، زیرا ژن های ساعت از گونه ای به گونه دیگر فرق دارد، اما اصل یکسان است: ژن هایی که بیان شان در نوسان است. ریتم های بیولوژیکی در تمام گونه ها (گروه های موجودات) که تا به امروز مورد مطالعه قرار گرفته توصیف شده اند که شامل سیانو باکتری ها (نوعی باکتری که انرژی را به وسیله فتوسنتز به دست می آورند)، قارچ ها، گیاهان و حیوانات و هم چنین انسان ها هستند. علاوه بر این، زمان دهنده های مختلف (Zeitgebers) ارگانیسم را با عواملی محیطی آن هماهنگ می سازند: نور (که بیش ترین مطالعه تا به امروز در این باره صورت گرفه است)، دما و به طور خاص غذا.

یک ساعت داخلی هماهنگ با محیط

یکی از مفاهیم بسیار ملموس این ساعت شبانه روزی مربوط به جت لگ* (Jet Lag) است که انحراف ریتم درونی یک فرد از زمان منطقه زمانی می باشد که در آن واقع شده است. سیگنال های محیطی به طور کلی و نور به طور خاص به همگام سازی مجدد فرد یاری می نمایند: نور درک شده در سرانجام شب ساعت را به جلو حرکت می دهد در حالی که نور درک شده در ابتدای شب آن را به تاخیر می اندازد. نور درک شده در طول روز تاثیری ندارد. در انسان نور به طور مستقیم به وسیله ساعت مولکولی درک نمی گردد، اما در شبکیه چشم جذب شده و سپس به وسیله مسیر شبکیه - هیپوتالاموس به یک ساعت مرکزی منتقل می گردد جایی که سنتز پروتئین های ساعت را تعدیل می نماید. با این وجود، این سیستم مقایسه پذیری بی نهایت ندارد: تقریبا یک روز به طول می انجامد تا بدن انسان با اختلاف زمانی یک ساعته سازگار گردد.

از آنجایی که دوره شبانه روزی ذاتی هوموساپینس (انسان خردمند) به طور میانگین 24.2 ساعت به طول می انجامد برای ما آسان تر است که به سمت غرب سفر کنیم و روز های خود را طولانی تر نماییم تا آن که به شرق سفر کنیم و آن را کوتاه نماییم. هم چنین، بدین خاطر است که ورزشکاران و محققانی که داوطلبانه خود را در اعماق زمین منزوی می سازند در نهایت با زمان روی سطح زمین هماهنگ نیستند و روز های کم تری را نسبت به روز های 24 ساعته خورشیدی درک می نمایند.

زمان های دیگر، ساعت های دیگر

ساعت شبانه روزی تنها سازوکاری نیست که در طبیعت وجود دارد. بسیاری از فرآیند های بیولوژیکی فصلی هستند مانند مهاجرت انبوهی از پرندگان و حشرات، فراوری مثل و خواب زمستانی بسیاری از گونه های جانوری و گلدهی گیاهان. این فصلی بودن به طور کلی به وسیله چندین عامل معین می گردد از جمله آن چه در خصوص بسیاری از گونه ها به عنوان ساعت چرخشی شناخته می گردد. سازوکار این ساعت هنوز معین نشده است.

سازوکار های ساعت در گونه های دریایی نیز تا حدی به دلیل ساختار زمانی پیچیده اقیانوس ها ناشناخته است.

نمونه برداری از اعماق اقیانوس همیشه یک چالش فنی است: دسترسی به این نقاط عمیق سخت است چرا که در تاریکی فرو رفته و تحت فشار های بسیار بالا قرار دارند. برای کشف آن احتیاج به شناور زیردریایی وجود دارد.

موجودات دریایی در معرض چرخه خورشیدی متناوب روز و شب قرار می گیرند که بر روی مجموعه ای از چرخه ماه قرار می گیرد که برجسته ترین آن چرخه جزر و مدی (با دوره زمانی 12.4 ساعت یا 24.8 ساعت) است. چرخه های نیمه قمری و قمری (14.8 روز / 29.5 روز) که با فاز های ماه مرتبط هستند هم چنین شدت محیط دریایی را به وسیله نور و جزر و مد تعدیل می نمایند. فصول نیز بر این زیست بوم ها تاثیر می گذارد.

ساختار زمانی محیط های دریایی قابل پیش بینی است هر چند پیچیده به نظر می آید اما ریتم های بیولوژیکی مرتبط با تمام این چرخه ها در گونه های دریایی توصیف شده اند. برای مثال، بسیاری از مرجان ها فراوری مثل خود را همزمان می نمایند و سالی یک بار در مدت زمان بسیار کوتاهی تخم می گذارند. بعضی از کرم های دریایی دقیقا یک بار در ماه در تاریک ترین ساعات شب ازدحام نموده و تا پیش از تخم ریزی و مرگ پایکوبی فراوری مثلی شان را شروع می نمایند.

نکته جالب اینجاست که در سال 2020 میلادی تیمی از دانشمندان فاش ساختند که ریتم های بیولوژیکی به محیط ساحلی محدود نمی شوند. در واقع، ریتم هایی در رفتار و بیان ژن در عمق 1700 متری در صدفی که در دریچه های گرمابی خط الراس میانی اقیانوس اطلس زندگی می کرد مشاهده شده بود.

این موضوع نشان می دهد که هماهنگی زمانی در فیزیولوژی حتی در شدیدترین محیط های زندگی مانند اعماق اقیانوس احتمالا عنصری حیاتی است. برای مطالعه ریتم های بیولوژیکی صدف های گرمابی در شرایط واقعی آن ها با استفاده از زهپاد* (ROV) نمونه برداری شدند و سپس به طور مستقیم در کف اقیانوس در عمق 1700 متری در محلولی که زمان بیولوژیکی آن ها را منجمد ساخته بود نگهداری شده بودند. این نمونه ها زیر نور قرمز و بسیار دقیق هر 2 ساعت و 4 دقیقه و در مجموع 24 ساعت و 48 دقیقه برداشت شدند.

* دسته ای از فلاوپروتئین ها هستند که به نور آبی حساس هستند. آن ها در گیاهان و جانوران یافت می شوند. کریپتوکروم ها در ریتم ساعت شبانه روزی بیولوژی گیاهان و جانوران و احتمالا در سنجش میدان های مغناطیسی در بعضی از گونه ها نقش دارند.

*جت لگ یا پرواززدگی یک شرایط فیزیولوژیک است که از تغییرات ریتم شبانه روزی بدن اتفاق می افتد و ناشی از مسافرت های طولانی (از شرق به غرب یا برعکس) است که در آن تنظیم خواب فرد به دلیل اختلاف ساعت مبداء با مقصد پرواز به هم می ریزد.

*زهپاد یا زیردریایی راهنمایی پذیر از راه دور وسایلی هستند که به وسیله یک کابل به سطح آب (که می تواند یک شناور باشد) متصل بوده و کنترل می شوند.