Ciepło i światło mogą zaburzyć zegar biologiczny

Zmiany światła i ciemności wywołują zakłócenia w zegarze biologicznym człowieka skutkując zmęczeniem jak po długiej podróży. Tymczasem w toku finansowanych ze środków UE prac nad muszkami owocowymi Drosophilia odkryto, że zmiany w temperaturze otoczenia także mogą rozregulować naturalny rytm dobowy, czyli inaczej zegar biologiczny.

Poziom temperatury za dnia wiąże się często z godzinami światła słonecznego i w tym kontekście naukowcy odkryli, że niedopasowanie ciepła i światła skutkuje radykalnymi zmianami w poziomie aktywności muszek owocowych, która normalnie rośnie w ciągu 12 godzin światła dziennego, a jej szczyt przypada na wieczór tuż przed spadkiem intensywności światła i temperatury.

Zważywszy na fakt, że wpływ temperatury na rytm dobowy nie został tak starannie przeanalizowany jak oddziaływanie światła, naukowcy pracujący pod kierunkiem University College London (UCL) i finansowani za pośrednictwem projektu CLOCK MECHANICS mogli pomóc w optymalizacji warunków pracy – takich jak regulacja ogrzewania i klimatyzacji, aby podnieść wydajność i poprawić zdrowie psychiczne pracowników.

„Nasze ustalenia wskazują na większe znaczenie biologiczne oddziaływania temperatury na codzienny rytm behawioralny niż dotychczas sądzono” – napisali naukowcy w artykule opublikowanym w październikowym numerze czasopisma Cell Reports.

Desynchronizacja ciepła i światła

W ramach serii doświadczeń, naturalny cykl 12 godzin światła i ciepła, po których następuje 12 godzin ciemności i chłodu został zdesynchronizowany, w taki sposób, aby cykl światła był opóźniony o 2 do 10 godzin w stosunku do cyklu temperatury. Niewielkie opóźnienie poniżej czterech godzin między cyklem ciepła i światła wywarło stosunkowo niewielki efekt na zegar biologiczny, a sygnały temperaturowe zdominowały poziom aktywności.

Jednak w przypadku dużego przesunięcia między dwoma cyklami, zegar biologiczny ustawiał się według światła, ignorując temperaturę – to wskazówka, że zegar biologiczny muszki może w pewnym zakresie „rozporządzać” zmianami w multisensorycznym środowisku, a nie tylko traktować światło i temperaturę całkowicie odrębnie.

Doświadczenia pokazały także, że „umiarkowane” opóźnienie o około sześć godzin między ciepłem a światłem wywołuje zamęt w zegarze biologicznym, skutkując poważnymi zakłóceniami w zachowaniu muszki – efekt jak dotąd nieodnotowany. Muszki pozostawały aktywne tylko w ciągu sześciu godzin, kiedy było chłodno i widno.

Skutki odporności

W przypadku niedopasowania faz, zegar biologiczny muszki jest na niektóre z nich odporny, a do innych się dostosowuje wykazując w pewnych okolicznościach odporność. To może sugerować, że nawyki behawioralne również odgrywają pewną rolę w sprawności dostosowywania się muszek do zakłóceń.

Oznaki odporności mogą mieć istotne znaczenie, gdyż zostały już wykazane przez innych naukowców powiązania między dysfunkcją zegara biologicznego a zaburzeniami psychicznymi, aczkolwiek leżący u ich podstaw związek przyczynowo-skutkowy jest nadal niejasny. Lepsze zrozumienie zakłócenia zegara biologicznego może także „otworzyć drogę do nowatorskich metod leczenia i profilaktyki zaburzeń psychicznych” – zdaniem naukowców.

Chociaż ludzie, podobnie jak inne ssaki i w odróżnieniu od owadów, regulują swoją temperaturę wewnętrznie, replikacja tych wyników badań u ssaków może mieć implikacje dla bardziej optymalnej regulacji środowiska pracy człowieka, między innymi ogrzewania i klimatyzacji, mogących wpływać na pracę i jej wydajność.

Prace nad projektem CLOCK MECHANICS, który został dofinansowany kwotą niemal 2 mln EUR ze środków UE, zakończą się w sierpniu 2020 r.

Więcej informacji:
strona projektu w serwisie CORDIS