Biologiczny zegar przeciwko wahanianom temperatury

Każdy z nas posiada wewnętrzny zegar, który reguluje rytm naszego życia, podpowiadając, kiedy jeść, spać, czy budzić się. Fascynujące jest to, że dostosowuje się on do 24-godzinnego cyklu światła i ciemności, nie tracąc przy tym swojej precyzji, nawet w obliczu nagłych zmian temperatury – od upalnych letnich dni po chłodne pomieszczenia klimatyzowane. Jak to możliwe?

Sekret stabilności: kompensacja temperatury

Odpowiedzią na to pytanie jest zjawisko znane jako kompensacja temperatury. Naukowcy z Japonii odkryli tajemnicę tego mechanizmu. Ich badania sugerują, że pewne wzorce aktywności genów są kluczowe do utrzymania naszego biologicznego zegara w niezawodnym funkcjonowaniu, niezależnie od ekstremalnych warunków atmosferycznych.

W większości reakcji chemicznych w organizmie wzrost temperatury przyspiesza ich przebieg, jednak zegar biologiczny jest wyjątkiem. Jego cykl – około 24 godziny – pozostaje stabilny dzięki rytmicznej aktywacji i deaktywacji odpowiednich genów. To generuje i rozkłada mRNA, czyli cząsteczki kluczowej do produkcji białek, w co dnia praktycznie w tym samym rytmie.

Złożony model matematyczny jako narzędzie badawcze

Zespół naukowy, pod kierownictwem Gena Kurosawy z RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences, opracował model matematyczny, zwany modelem Goodwina, który pomógł opisać wyżej wymieniony ruch fal mRNA. Okazało się, że pod wpływem temperatury, kształt fali mRNA ulega zmianom – spadek jest wolniejszy, a wzrost bardziej stromy. Dzięki tym modyfikacjom, nasz biologiczny zegar zachowuje 24-godzinny rytm nawet w zmieniających się warunkach.

Zegar biologiczny a synchronizacja z otoczeniem

Jednak to jeszcze nie wszystko! Nasz biologiczny zegar musi być też zsynchronizowany z otaczającym nas światem. Badania pokazują, że wszelkie zniekształcenia sygnałów zewnętrznych również wpływają na jego pracę. Gdy kształt fali staje się bardziej wykrzywiony, zegar ten jest mniej podatny na zewnętrzne sygnały, takie jak światło, co pozwala zachować jego regulację, nawet przy nieregularnych porach snu.

Znaczenie zdrowego rytmu biologicznego

Dlaczego to wszystko jest tak ważne? Nasz biologiczny zegar wpływa na każdy aspekt naszego życia – od snu i nastroju po metabolizm i pamięć. Gdy zostanie rozregulowany, mogą wystąpić poważne problemy, w tym zaburzenia snu.

- W dłuższej perspektywie, stopień zniekształcenia fali w genach zegara może stać się biomarkerem, który pomoże nam lepiej zrozumieć zaburzenia snu, jet lag oraz wpływ starzenia się na nasze wewnętrzne zegary – mówi Kurosawa.

Badania w PLOS Computational Biology

Najnowsza praca badawcza, która zgłębia te złożone mechanizmy, została opublikowana w renomowanym czasopiśmie PLOS Computational Biology, przynosząc nowe światło na złożoność biologicznych rytmów, które rządzą naszym życiem.