مکانیسم ژنتیکی: ساعت های داخلی ما چگونه کار می کنند

2024 نویسنده: Malcolm Clapton | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 03:54

همه در مورد ساعت داخلی شنیده اند، اما تعداد کمی از مردم می دانند که چگونه کار می کنند. دو گروه از دانشمندان از ایالات متحده مطالعات گسترده ای را انجام داده اند تا بفهمند ساعت ما چگونه کار می کند و تأثیر آن بر بدن چیست.

در طول روز، ما به "تیک تاک" ساعت درون بدنمان گوش می دهیم. همین است که صبح ها ما را از خواب بیدار می کند و شب ها احساس خواب آلودگی می کند. این است که دمای بدن ما را در زمان مناسب افزایش و کاهش می دهد، تولید انسولین و سایر هورمون ها را تنظیم می کند.

ساعت درونی بدن، همان تیک تاک که ما احساس می کنیم، ریتم شبانه روزی نیز نامیده می شود.

این ریتم ها حتی بر افکار و احساسات ما نیز تأثیر می گذارد. روانشناسان با وادار کردن داوطلبان به انجام تست های شناختی در ساعات مختلف روز، تأثیرات آنها را بر مغز انسان مطالعه می کنند.

معلوم شد که صبح بهترین زمان برای انجام کارهایی است که مغز را ملزم به انجام چند کار می کند. اگر نیاز دارید چندین لایه اطلاعات را به طور همزمان در ذهن خود نگه دارید و این داده ها را به سرعت پردازش کنید، باید از ابتدای روز شروع به کار کنید. اما نیمه دوم روز برای پردازش کارهای ساده و قابل درک مناسب است.

ریتم‌های شبانه‌روزی تأثیر زیادی بر افرادی که از افسردگی یا اختلال دوقطبی رنج می‌برند نیز دارد. افراد مبتلا به این مشکلات خواب خوبی ندارند و در طول روز میل به نوشیدن دارند. برخی از بیماران زوال عقل "اثر غروب آفتاب" ویژه ای را تجربه می کنند: در پایان روز آنها تهاجمی می شوند یا در فضا و زمان گم می شوند.

هدی آکیل، عصب شناس در دانشگاه میشیگان می گوید: چرخه های خواب و فعالیت بخش مهمی از بیماری روانی هستند. بنابراین، دانشمندان علوم اعصاب در تلاش هستند تا بفهمند ساعت داخلی ما چگونه کار می کند و چه تأثیری بر مغز ما می گذارد. اما محققان نمی توانند فقط جمجمه را باز کنند و سلول ها را به صورت شبانه روزی تماشا کنند.

چندین سال پیش، دانشگاه کالیفرنیا مغزهایی را برای تحقیقات اهدا کرد که پس از مرگ اهداکنندگان با دقت حفظ شد. برخی از آنها صبح زود، برخی دیگر در بعدازظهر یا شب مردند. دکتر آکیل و همکارانش تصمیم گرفتند بررسی کنند که آیا یک مغز با مغز دیگر متفاوت است و آیا این تفاوت بستگی به لحظه ای که اهداکننده در آن مرده است یا خیر.

دکتر آکیل می گوید: «شاید حدس ما برای شما ساده به نظر برسد، اما به دلایلی هیچ کس قبلاً به آن فکر نکرده بود.

او و همکارانش نمونه های مغزی را از 55 فرد سالمی که در یک تصادف ناگهانی مانند تصادف رانندگی جان باختند، انتخاب کردند. از هر مغز، محققان نمونه‌های بافتی از آن لوب‌هایی که مسئول یادگیری، حافظه و احساسات هستند، برداشتند.

در زمان مرگ اهداکننده، ژن‌های سلول‌های مغزی به طور فعال پروتئینی را کدگذاری می‌کردند. به لطف این واقعیت که مغز به سرعت حفظ شد، دانشمندان قادر به ارزیابی فعالیت ژن ها در لحظه مرگ هستند.

بیشتر ژن‌هایی که محققان آزمایش کردند هیچ الگوی در عملکرد خود در طول روز نشان ندادند. با این حال، بیش از 1000 ژن یک چرخه روزانه فعالیت را نشان می دهند. مغز آن دسته از افرادی که در همان ساعت از روز جان خود را از دست داده اند، همان ژن ها را در کار نشان می دهد.

الگوهای فعالیت تقریباً یکسان بودند، به طوری که می توان از آنها به عنوان مهر زمانی استفاده کرد. به لطف اندازه‌گیری فعالیت این ژن‌ها، تشخیص اینکه در چه لحظه‌ای مرده است، تقریباً غیرقابل انکار بود.

سپس محققان مغز اهداکنندگانی را که از افسردگی بالینی رنج می بردند، آزمایش کردند. در اینجا مهر زمان صرفاً از بین نرفت: به نظر می رسید که این بیماران یا در آلمان یا ژاپن زندگی می کردند، اما نه در ایالات متحده.

نتایج کار انجام شده در سال 2013 منتشر شد.محققان دانشگاه پیتسبورگ از آنها الهام گرفتند و سعی کردند این آزمایش را بازتولید کنند.

کالین مک‌کلانگ، متخصص مغز و اعصاب، می‌گوید: «قبلاً نمی‌توانستیم چنین مطالعه‌ای را تصور کنیم. دکتر مک کلانگ و همکارانش توانستند 146 نمونه مغز را از برنامه اهدایی دانشگاه آزمایش کنند. نتایج این آزمایش به تازگی منتشر شده است.

اما تیم دکتر مک کلنگ نه تنها توانستند نتایج آزمایش قبلی را تکرار کنند، بلکه به داده های جدیدی نیز دست یافتند. آنها الگوهای فعالیت ژن را در مغز افراد جوان و مسن مقایسه کردند و تفاوت جالبی پیدا کردند.

دانشمندان امیدوار بودند که پاسخی برای این سوال بیابند: چرا ریتم شبانه روزی انسان با افزایش سن تغییر می کند؟ از این گذشته، با افزایش سن افراد، فعالیت کاهش می یابد و ریتم ها تغییر می کند. دکتر مک‌کلانگ دریافت که برخی از ژن‌هایی که در چرخه‌های روزانه بیشترین فعالیت را داشتند تا سن 60 سالگی دیگر مورد استفاده قرار نگرفتند.

ممکن است برخی از افراد مسن تولید پروتئین مورد نیاز برای فعال نگه داشتن ساعت داخلی خود را متوقف کنند.

همچنین، محققان با شگفتی متوجه شدند که برخی از ژن‌ها تنها در سنین بالا در کار روزانه فعال هستند. دکتر مک‌کلانگ می‌گوید: «به نظر می‌رسد که مغز در تلاش است تا با فعال کردن ساعت اضافی، خاموشی برخی از ژن‌ها را با کار برخی دیگر جبران کند. شاید توانایی مغز برای ایجاد ریتم های شبانه روزی ذخیره ای دفاعی در برابر بیماری های عصبی باشد.

تغییر به ساعت داخلی یدکی می تواند توسط پزشکان برای درمان اختلالات ریتم شبانه روزی استفاده شود. اکنون محققان در حال آزمایش ژن‌های حیوانی هستند و تلاش می‌کنند بفهمند که چگونه ژن‌های ساعت داخلی فعال و خاموش می‌شوند.

به عبارت دیگر، دانشمندان به "تیک" گوش می دهند و می خواهند بفهمند: مغز می خواهد به ما چه بگوید؟