پژوهشگران ژاپنی مکانیسم جالبی را شناسایی کرده‌اند که نشان می‌دهد چگونه ساعت زیستی بدن انسان، علی‌رغم تغییرات دمایی محیط، همچنان ریتم ۲۴ ساعته خود را حفظ می‌کند.
به گزارش تکناک، چگونه بدن ما با وجود گرمای تابستان یا سرمای زمستان، همچنان در همان ساعت همیشگی بیدار می‌شود و به خواب می‌رود؟ چرا که واکنش‌های شیمیایی در دماهای بالاتر، سریع‌تر انجام می‌شوند، پس چگونه بدن در برابر این تغییرات دمایی مقاومت می‌کند؟ این پژوهش جدید با بهره‌گیری از فیزیک نظری نشان داده که «تغییرات موجی» در ریتم فعالیت ژن‌ها، راز این پایداری ساعت زیستی است. این کشف می‌تواند باعث درک عمیق‌تری از اختلالات خواب، جت‌لگ و حتی پیری شود.
فهرست مطالب
راز پایداری ساعت زیستی بدن چگونه کشف شد؟
پژوهشگران به رهبری گن کوروساوا در مرکز iTHEMS مؤسسه RIKEN ژاپن، با استفاده از روش‌های فیزیک نظری توانستند سازوکار این پدیده را کشف کنند. آنها نشان دادند که بدن در دماهای بالا، ریتم فعالیت ژن‌ها را به‌گونه‌ای خاص تغییر می‌دهد؛ به‌نحوی که مدت‌زمان چرخه ثابت باقی می‌ماند.
پژوهشگران دریافته‌اند که تغییرات دما باعث ایجاد «تغییر شکل موجی» در الگوی تولید مولکول‌های mRNA (حامل دستورات ساخت پروتئین‌ها) می‌شود. این مولکول‌ها در دمای بالا، به جای الگوی متقارن معمول، الگوی نامتقارنی پیدا می‌کنند که به ساعت زیستی کمک می‌کند علی‌رغم نوسانات دمایی، ریتم ۲۴ ساعته خود را حفظ کند.
تحلیل ریاضی ریتم ژنتیکی با روش RG
کوروساوا و همکاران او با همکاری دانشگاه کیوتو، از روشی موسوم به Renormalization Group برای تحلیل الگوهای ریاضی نوسانات mRNA استفاده کردند.
نتایج نشان داد که در دماهای بالا، سطح mRNA سریع‌تر افزایش و کندتر کاهش می‌یابد. اگرچه این شکل نامتقارن، ظاهر نوسان را تغییر می‌دهد، اما مدت‌زمان چرخه را ثابت نگه می‌دارد.
تأیید تئوری در بدن موجودات زنده
برای سنجش عملی این نظریه، داده‌های به دست‌آمده روی مگس‌های سرکه و موش‌ها آزمایش شد. نتایج به طور دقیق با پیش‌بینی‌های تئوریک همخوانی داشتند: در دمای بالا، تغییر شکل موجی همان‌طور که مدل‌ها پیش‌بینی کرده بودند، در ریتم ژنتیکی دیده شد.
این یافته نشان داد که کاهش کند سطح mRNA در دماهای بالا، کلید پایداری ساعت زیستی است.
ثبات بیشتر، حساسیت کمتر به نور
همچنین تحلیل‌ها آشکار کردند که با افزایش تغییر شکل موجی، ساعت زیستی بدن ثبات بیشتری می‌یابد و کمتر تحت تأثیر سیگنال‌های محیطی مانند نور و تاریکی قرار می‌گیرد.
یافته‌های این تحقیق با آزمایش‌های عملی روی مگس‌ها و قارچ‌ها تأیید شد. این موضوع اهمیت ویژه‌ای دارد، چرا که در زندگی امروزی که الگوهای نامنظم خواب و بیداری به مشکلی رایج تبدیل شده است، چنین کشفی می‌تواند بسیار ارزشمند باشد.
پیامدهای بالینی پایداری ساعت زیستی بدن
کوروساوا بیان کرد: «یافته‌های ما نشان می‌دهد که تغییر شکل موج، بخش مهمی از پایداری ساعت زیستی در برابر تغییرات دما است.»
پژوهشگران امیدوار هستند که بررسی تفاوت‌های این تغییر شکل امواج در بین گونه‌ها یا حتی بین افراد مختلف، باعث درک بهتر اختلالات خواب، جت‌لگ و تأثیرات پیری بر ساعت درونی بدن شود.
میزان تغییرات موجی در ژن‌ها در بلندمدت می‌تواند به‌عنوان یک شاخص زیستی در بررسی عملکرد ریتم بدن، اختلالات خواب و پیری مورد استفاده قرار گیرد. حتی ممکن است این معیار، الگوهای جهانی‌تری از عملکرد چرخه‌ها را در سیستم‌های مختلف آشکار کند.
