Meie sisemine kell kontrollib meie võimeid
Kui te ei suuda kuidagi hommikuti vara ärgata ning õhtuti varem uinuda, siis ei tähenda see veel, et midagi oleks valesti. Lihtsalt teie ööpäevarütmi määrav bioloogiline ehk tsirkadiaankell ongi selline. Gröningeni ülikooli käitumisbioloogia doktor Martha Merrow lööb Tartus Vanemuise kohvikus mu ees lahti suureekraanilise sülearvuti ja manab sinna pildi noorest magavast naisest. On päine päev, koht naise kõrval tühi, aga lohkus, justkui oleks sealt äsja tõustud. See foto illustreerib bioloogilise kella erinevustest elukaaslaste vahel tekkida võivaid pingeid.
Kellatüübi määrab une keskaeg
Merrow püüab tsirkadiaankella uurida pigem molekuli tasemel, kasutades selleks näiteks hiiri, kellel on mõni kellageen välja lülitatud. Kuid mudelsüsteemideks kõlbavad ka klassikalised geneetikute lemmikud nagu seened, müürlook ja äädikakärbes.
Eriti huvitavad teda varajaste kella- ehk kronotüüpide võimalikud geenimuudatused. Neid on mõni üksik ka leitud. “Kuid kronotüüp päritakse palju keerukamate tunnuste koostööna,” ütleb Merrow.
Igas meie rakus tiksub justkui miniatuurne seinakell. See hoiab ennast ööpäeva vaheldumisega samas rütmis ning määrab kõik meie ainevahetuse, aga ka paljud psüühikaga seotud protsessid. “Bioloogilisel kellal on võime kontrollida meie võimeid,” teeb kronobioloog Till Roenneberg kokkuvõtte. Tema käsitluse kohaselt määrab kronotüübi meie une keskaeg. Kel see nihutatud õhtu poole, sellel on varane, kel hommiku suunas – hiline kronotüüp.
Kui inimesed sulgeda pimedasse ruumi, hakkab bioloogiline kell valetama – tavaliselt ette käima. Nii et sidet valgusega on vaja. Ning isegi vananedes muutub bioloogilise kella rütm.
Roenneberg juhib tähelepanu ühele sotsiaalselt väga olulisele nähtusele, mida ta nimetab ajavaheväsimuseks. “Kui olen hiline kronotüüp, siis pean igal nädalavahetusel justkui Bostonisse lendama ja sealt tagasi tulema ning sellise ajavahega hakkama saama, et uuel nädalal jälle õigel ajal tööle jõuda,” ütleb ta. Ajavaheväsimusest võib koolilastel tekkida õppimist raskendav stress ja see võib soodustada ka mõnda ohtlikku harjumust.
“Et õppimine oleks tulemuslikum, peaksid koolid sellise asjaga rohkem tegelema,” arvab Roenneberg, “näiteks talvel ei tohiks tunnid küll pimedas alata.” Kuid mida siis ikkagi teha, kui õues on pime? “Ei tohi sisevalgustuse pealt kokku hoida, muidu läheb bioloogiline kell sassi,” hoiatab ta.
Millal saab inimene täiskasvanuks? Kas selle määrab luustiku kasvu kiirus või aju küpsemine? Muude tunnuste seas on määrav une keskaeg. 20. eluaasta juures toimub une ajastuses hüppeline muutus. Une keskaeg nihkub oluliselt varasemaks (vt graafik). “Arvan, et seda võib pidada täiskasvamise bioloogiliseks markeriks,” ütleb Roenneberg.
Välja arvatud eriti varajased kronotüübid, koguvad inimesed une puudujäägi nädala jooksul kokku ja magavad siis nädalalõpul välja. Roenneberg juhib tähelepanu ka sellele, et maa- ja linnainimeste kronotüüpides on oluline erinevus. “Linnainimene viibib õues vaid paarkümmend minutit ja on valgusest eraldatum,” põhjendab ta seda.
Veidi erinev on meeste ja naiste bioloogiline kell.
Naised vanuses 20–50 aastat kalduvad ärkama varem kui mehed. Umbes 52. eluaastal bioloogilised kellad ühtlustuvad. “Võib-olla sellepärast kipuvadki mehed nooremate naistega abielluma, et oleks, kes hommikusööki teeks,” naerab Till Roenneberg. Muidugi pole põhjuseks see, vaid võib-olla hoopis ajalooline tõsiasi, et naised on miljoneid aastaid hoolitsenud järelkasvu eest, kes loomuldasa varem ärkab. “Mehed jälle pidid öösiti valvama, et kiskjad liiga ei teeks,” spekuleerib Roenneberg.
Muidugi ei tegele kronobioloogia spekulatsioonidega, vaid ikka tõsiasjadega. Ent seisemise kella protsessid on väga keerulised ja raku tasemel on neid raske uurida.
Üks võimalus on korraldada inimestele lihtsaid küsitlusi, kust põhiliselt unega seotud karakteristikute järgi peilitakse välja kronotüüp. See on üks ettevõtmisi, millega tegeleb Müncheni Ludwig-Maximiliani ülikooli kronobioloogia professor Roenneberg. Oma tulemustest kõneles ta Tartus möödunud nädalavahetusel toimunud geenifoorumil.
Pendlite süsteem
Kuidas meie kell ennast rütmis hoiab? Väga keeruliselt ja teisalt väga lihtsalt. See toimub üldjoontes samal põhimõttel, mille Huygens tuvastas seinakellade puhul. Kui kaks seinakella on samas toas, siis varem või hiljem nende pendlite käik ühtlustub. Seda nimetatakse füüsikas ostsillaatorite ehk võnkujate ühtlustumiseks ning see toimib ka näiteks augustiöödel aasal mängivate rohutirtsude puhul, kui nende saagimine omandab üha korrapärasema iseloomu.
Kuid kuidas sätivad oma bioloogilist kella mereelukad, kes kunagi valgust ei näe – kas neil see üldse on? “Arvan, et on, kuid täpselt pole see veel teada,” tunnistab Roenneberg.
Bioloogilise kella tööd juhib ajus üks kindel piirkond. Kui rottidel, keda hoiti erinevates valgustingimustes, see piirkond operatsiooniga ära vahetati, siis sattusid loomad segadusse. Asi on veelgi keerulisem. Martha Merrow kinnitab, et bioloogilise kella tsükkel on seotud naise menstruaaltsükliga.
Mida kõrgem on kehatemperatuur, seda aeglasemalt käib kell. Ja lõpuks on ju ka veel aastaajad. Kindel see, et bioloogiline kell sõltub neistki, ent kuidas, pole teada. Tundub küll, et hooajalisus üha väheneb. “Kuust ja planeetidest see nüüd küll ei sõltu,” on Roenneberg kindel, “sest miks peaks selline sõltuvus suurendama reaalses maailmas ellujäämist?”
Kronobioloogia
Kronobioloogia tegeleb organismi sisekella uurimisega. Ööpäeva rütmidega kooskõlas kulgevat kella nimetatakse tsirkadiaankellaks. Näiteks seene rakkudes sõltub RNA tootmine kellaajast. Sama lugu on ka meie aju juhtivate hormoonide, näiteks melatoniiniga.
Sünkroniseerimine
Rakkude bioloogilised kellad on üsna erinevad. Mõni käib 20-tunnise, mõni 25-tunnise tsükliga. Kuid kokku sünkroniseerib selline süsteem paremini oma tööd kui juhul, mil kõik rakud töötaksid unisoonis. Sellele tõsiasjale juhtis tähelepanu juba küberneetika rajaja Norbert Wiener.
Luud-kondid ja bioloogiline kell
Kui tahate endale tugevamaid luid, siis lülitage kell välja. Kuid äratuskella purustamisest ei piisa, välja tuleb lülitada tsirkadiaankell.
Geenid, mis juhivad keha tsirkadiaankella ehk siis ööpäevase bioloogilise rütmi käiku, on seotud ka luude kasvamisega. USA Houstoni meditsiinikolledi teadlase Gerard Karsenty juhitav uurimisrühm teadis, et luu moodustub kindla igapäevase rütmi järgi. Seepärast hakati uurima hiiri, kes olid geneetiliselt muundatud nõnda, et kellageenid lülitusid välja. Selgus, et sellistel hiirtel kasvavad raskemad luud, kuna neil on rohkem luid ehitavaid rakke. Kellageeni valgud vastavad hormoon leptiini signaalidele ja kontrollivad nende rakkude arengut. Kui nüüd kellageenid välja lülitada, kasvavad luud kogu ööpäeva. Teadlased loodavad oma avastuse põhjal leida ravimi luuhõrenemise ehk osteoporoosi leevendamiseks.
