Modré svetlo a melatonín, hormón noci: Chronobiologička poodkrýva (nielen) temnú stránku svetla

Kedy si vedci prvýkrát uvedomili, že existuje chronobiológia, ako sa odborne hovorí vplyvu striedania dňa a noci na živé organizmy?

Vôbec prvýkrát tento jav opísal v 18. storočí Jean-Jacques Mairan. Jeho experiment demonštroval existenciu cirkadiánnych rytmov na rastlinách, konkrétne na kvetine Mimosa pudica (rastlina so slovenským systematickým názvom mimóza citlivá alebo citlivka hanblivá, pozn. red.). Vystavil ju neustálej tme, pričom denné rytmické otváranie a zatváranie listov pretrvávalo aj pri absencii slnečného svetla. Tento objav na dlhý čas zapadol, ale nasledoval rad ďalších experimentov, z ktorých prelomový objav v roku 1971 odhalil, že v mozgu všetkých cicavcov existujú nejaké centrálne hodiny, odborne nazývané suprachiazmatické jadrá (ide o akési nervové „hodiny“, u človeka sú tvorené asi dvadsaťtisíc neurónmi, zhromaždenými dole v mozgu v úrovni očí, pozn. red.), ktoré fungujú ako samostatný cirkadiánny pacemaker, teda generátor, a sú spojené so sietnicou oka, takže vnímajú svetlo. V päťdesiatych a šesťdesiatych rokoch sa tiež začala intenzívnejšie skúmať chronobiológia cicavcov a človeka a vyústilo to do objavu genetického základu cirkadiánneho mechanizmu v 90. rokoch, za ktorý bola v roku 2017 trom vedcom z USA udelená Nobelova cena.

Genetický základ znamená, že tento mechanizmus máme vrodený?

Áno, títo páni potvrdili, že časovú reguláciu máme zakódovanú vo svojich génoch. A nielen my, ľudia, ale aj všetky živočíchy a rastliny. Znamená to, že sme vybavení vnútornými hodinami, ktoré generujú cirkadiánne rytmy, avšak tie musia byť synchronizované so solárnym cyklom. Inými slovami, táto génová podstata je niečo ako naštartovaný motor, ale na optimálne fungovanie je potrebné synchronizovať ju so solárnym cyklom, teda rotáciou Zeme okolo svojej osi a so svetlom, ktoré tomu dá pevný poriadok.

Na začiatku svojej profesijnej kariéry ste sa venovali najmä základnému výskumu cirkadiánnych rytmov cicavcov a ich synchronizácii svetlom. Máte nejaké zaujímavosti z tejto oblasti zo sveta zvierat?

To je veľmi ťažká otázka, pretože kamkoľvek sa v živočíšnej ríši pozriete, tam je tento mechanizmus trochu iný. V laboratóriách napríklad pracujeme s nočnými zvieratami, ktoré majú obrovskú citlivosť na svetlo, v porovnaní s človekom rádovo tisíckrát väčšiu. Potom sú tu živočíšne druhy, ako napríklad ryby, ktoré na synchronizáciu cirkadiánnych rytmov v orgánoch tela svetlom nepotrebujú oči. Všetky bunky ich tela reagujú na svetlo samostatne, takže ak by ste rozkrájali rybu, dali jednotlivé kúsky jej tela na Petriho misku a udržali tieto bunky pri živote, zistíte, že všetky budú citlivo reagovať na to, či je svetlo alebo nie. Vtáky majú zase troje cirkadiánne hodiny, každé majú svoj fotoreceptorový systém (fotoreceptor je orgán, bunka a pod. reagujúca na svetlo, pozn. red.). Morské cicavce spia iba na polovicu mozgu, druhú zachovávajú bdelú, pretože potrebujú plávať a nadýchnuť sa. Ich cirkadiánny systém preto musí riadiť obe polovice mozgu, teda každú hemisféru samostatne. Podobne to majú pravdepodobne aj niektoré migrujúce alebo vodné vtáky. Podzemné živočíchy, ktoré majú zakrpatené oči, dokážu napriek tomu vnímať striedanie svetla a tmy, avšak tiež tušíme, že môžu svoje hodiny nastavovať podľa zmeny teploty v pôde počas dňa a noci.

Ako prebieha synchronizácia cirkadiánnych hodín so svetlom a s tmou u nás ľudí?

Ako už bolo povedané, našimi vnútornými hodinami, teda hlavným časovačom, je suprachiazmatické jadro uložené v hypotalame. Funguje autonómne, teda do istej miery nezávisle od okolia, zároveň však prijíma svetelné signály zo sietnice oka, kde sú fotoreceptory, ktoré zachytávajú zmeny intenzity a spektra svetla. Jadro teda komunikuje s okom, a keď vyhodnotí, že je noc, vyšle signál do epifýzy (mozgový podvesok, pineálna žľaza alebo šišinka, endokrinná žľaza produkujúca hormóny, pozn. red.), aby začala produkovať melatonín (prezývaný „hormón noci“, pozn. red.). S jeho vyplavením sa v organizme začnú diať veci prislúchajúce nočným, odpočinkovým dejom.

Napríklad?

Zatiaľ čo imunitný systém je v dennej fáze orientovaný prevažne na obranu proti akútnym