De ce căldura nu dereglează ceasul nostru biologic

Stabilitatea ritmurilor biologice se păstrează, în ciuda accelerării reacțiilor chimice odată cu creșterea temperaturii, relatează naukatv.ru.

Cum știe organismul nostru când trebuie să dormim sau să ne trezim? Acest lucru nu mai este un mister, corpul nostru are un ceas biologic intern, care funcționează într-un ciclu de aproximativ 24 de ore. Majoritatea reacțiilor chimice se accelerează atunci când temperatura crește, de aceea rămânea o enigmă modul în care organismul compensează variațiile sezoniere de temperatură, sau trecerile de la căldura verii la răcoarea camerelor cu aer condiționat.

Pentru a înțelege mecanismele stabilității ceasului biologic, cercetători japonezi au folosit metode ale fizicii teoretice, iar rezultatele obținute au fost verificate prin experimente pe șoareci și musculițe de oțet. Studiul a fost publicat în revista PLOS Computational Biology.

Ceasul biologic funcționează datorită oscilațiilor ciclice ale nivelului de ARNm, molecule care codifică producerea proteinelor, generate de activarea și dezactivarea ritmică a anumitor gene. Matematic, acest ritm al producției și scăderii nivelului de ARNm poate fi descris printr-o sinuzoidă, la fel ca mișcarea unui pendul.

Pentru a analiza aceste oscilații, cercetătorii de la Centrul RIKEN pentru Științe Teoretice și Matematice Interdisciplinare (iTHEMS) au aplicat metoda grupului de renormalizare din fizica teoretică, pentru a evidenția procesele lente și esențiale din sistemul ritmurilor ARNm.

Rezultatele au arătat că la temperaturi mai ridicate, nivelul de ARNm ar trebui să crească mai rapid și să scadă mai lent, dar durata unui ciclu ar trebui să rămână constantă. Grafic, acest ritm apare ca o undă asimetrică și ușor „înclinată”.

Dar se produce acest efect și în organismele reale? Pentru a verifica teoria, cercetătorii au analizat date experimentale de la musculițe și șoareci. S-a observat că la temperaturi mai mari, forma undei suferă exact deformarea prezisă, confirmând astfel validitatea calculelor teoretice. Concluzia a fost că această deformare a undei, în special încetinirea scăderii nivelului de ARNm, este un mecanism-cheie de compensare a temperaturii în ceasul biologic.

De asemenea s-a constatat că această deformare influențează și modul în care ceasul biologic se sincronizează cu semnalele externe, cum ar fi lumina și întunericul. Analiza a prezis că, pe măsură ce deformarea undei se accentuează, ceasul devine mai stabil și este mai puțin influențat de factorii externi. Această predicție teoretică se potrivește cu observațiile experimentale făcute pe musculițe și ciuperci, și este relevantă mai ales în contextul ciclurilor neregulate de lumină din viața modernă.

„Rezultatele noastre arată că deformarea undei joacă un rol crucial în menținerea preciziei și sincronizării ceasului biologic chiar și în condiții de temperatură variabilă”, a explicat fizicianul Gen Kurosawa de la RIKEN iTHEMS.

Potrivit lui, mecanismele moleculare exacte care controlează producerea ARNm urmează să fie stabilite în cercetările viitoare. Oamenii de știință intenționează, de asemenea, să afle cum diferă această deformare a undei la diferite specii și chiar la indivizi, deoarece vârsta și particularitățile personale pot influența funcționarea ceasului intern.

„Pe termen lung, gradul de deformare a undei în genele ceasului ar putea deveni un biomarker util pentru înțelegerea tulburărilor de somn, a decalajului de fus orar (jet lag) și a efectului îmbătrânirii asupra ceasului nostru intern. Acest fenomen ar putea, de asemenea, să scoată la iveală tipare universale în funcționarea ritmurilor, nu doar în biologie, ci și în multe alte sisteme bazate pe cicluri repetitive”, a concluzionat Kurosawa.

Acum ne puteți urmări și pe Telegram, Facebook și Instagram pentru a fi la curent cu ultimele știri.