Evolucija sna: 700 miliona godina melatonina

Koliko god pokušavali da negiramo, Zemljin ciklus dana i noći vlada našim životima.

U trenucima kada sunce zalazi, nadiruća tama pokreće lanac ‘molekularnih događaja’ šireći se posvuda, od očiju do epifize, i ispuštajući u naš mozak hormon melatonin. Kada neuroni ‘prepreče put’ melatoninu, ovaj menja ritam njihove električne aktivnosti, ‘gurajući’ mozak u carstvo sna.

U zoru, melatonin ‘nanjuši’ sunčevu svetlost, primoravajući mozak da se ponovo vrati u budno stanje.

Borimo se protiv sopstvenih, prirodom nam datih ciklusa svaki put kada zaglavimo do kasno u noć, čeprkajući po svojim pametnim telefonima i, istovremeno, suzbijajući našu noćnu dozu melatonina – pa se zato, narednog dana, i budimo prgavi i ‘na levu nogu’. Letimo preko kontinenata, ali nas izdaje fiziologija: naši unutrašnji satovi ne mogu se tek tako, odmah, resetovati, i u trenutku podesiti na neku drugu vremensku zonu.

Ciklus našeg sna pokretanog melatoninom, međutim, zaostaje, ostavljajući nas pospanima usred dana.

Naučnici su se dugo pitali kako je ovaj moćni fiziološki ciklus uopšte nastao. Nova studija o melatoninu nagoveštava da je naš mehanizam počeo da evoluira pre oko 700 miliona godina. Autori studije sugerišu da su naše noćne ‘dremke’ evoluirale usponom i padom naših malenih, okeanskih predaka. Jer, oni bi u sumrak isplivali na morsku površinu da bi, potom, opet krenuli ka dnu, tonuvši u miran san tokom ostatka noći.

Kako bi istražili evoluciju sna, naučnici Evropske laboratorije za molekularnu biologiju u Nemačkoj proučavali su aktivnost gena uključenih u izradu melatonina i drugih molekula povezanih sa procesom sna. Tokom proteklih nekoliko godina poredili su aktivnost ovih gena kod kičmenjaka (poput nas), sa njihovim aktivnostima kod naših dalekih srodnika, među beskičmenjacima – kod morskog crva pod nazivom Platynereis dumerilii.

Naučnici su proučavali morske crve u ranoj fazi, dok su još uvek bili u obliku loptice – dva dana stare larve. Okean vrvi ovakvim mladuncima – životinjicama nalik ovima. Mnogi od njih provode noći blizu površine okeana, hraneći se algama. A onda, svoj dan nastave da provode na manjim dubinama, gde se mogu sakriti od predatora i sunčevog ultraljubičatog zračenja.

Marija Antoaneta Toš (Maria Antonietta Tosches) i njene kolege ispitivali su način na koji različiti setovi gena postaju aktivni u larvi morskog crva. Otkrili su da neke ćelije na vrhu larve čine proteini koji ‘hvataju’ svetlo – isti oni koje danas imamo u svojim očima i koji pale/ gase proizvodnju melatonina. Te iste ćelije, takođe, aktiviraju gene potrebne za proizvodnju melatonina.

Naučnici su se pitali da li su crvi koristili ovu mrežu melatoninskih gena na način na koji mi to danas radimo. Da bi to saznali, dr Toš i njene kolege pratili su aktivnost gena tokom 24-satnog perioda.

Ustanovili su da crvi nisu proizvodili melatonin sve vreme. Umesto toga, proizvodili su ga samo noću, baš kao i mi.

Fig1_15final

Cirkadijalni 24-satni ritam “melatoninskih plima i oseka” funkcioniše po istim principima u morskom crvu kao i u nama

Naučnici su otkrili da ovaj ‘noćni talas’ melatonina dozvoljava morskim crvima da se svakodnevno kreću gore-dole, od dubine do površine okeana i obratno.

Morski crvi ‘putuju’ ka površini tako što ‘veslaju’ pomoću dlačica, napred-nazad. Tokom dana se podižu ka površini okeana, a u vreme kada su već stigli tamo – sunce je već toliko nisko palo a njegov sjaj toliko oslabio da crvi počinju da luče melatonin.

Ovaj hormon ‘presreće’ neurone koji kontrolišu pokretanje ovih pipaka tj. ‘vlasi’, izazivajući u njima proizvođenje stalnog ritma električnih ‘rafala’. Naleti nadjačavaju aktivnost ‘zaveslaja’ ovih vlasi, pruzrokujući zastoj njihove aktivnosti, pa crv onda počinje da tone (ka dnu, ali i u san). Kada dođe zora, crvi gube melatonin i počinju da ponovo ‘veslaju’ na gore, ka površini.

Kada je u pitanju melatonin, ljudi i crvi su toliko nalik jedni drugima da obe vrste bića mogu patiti od džet-lega to jest ‘avionske pospanosti’. Njihovi ciklusi lučenja melatonina i ‘fiziološki časovnici’ ne mogu se tek tako resetovati i prebaciti na novu vremensku zonu.

“Ako larve tokom dana stavite u mrak, one će i dalje ostati u svom dnevnom režimu ponašanja”, kaže Tošova. Ciklus pokretan melatoninom nastavlja da i dalje pokreće larvu na plivanje. “Poseduju sat koji ovo kontroliše”, dodaje ona.

To što ‘melatoninska mreža’ funkcioniše na način tako sličan kako crvima tako i ljudima, sugeriše da je ovaj melatoninski mehanizam potekao od njihovog zajedničkog pretka. “Ovo bi mogli biti početni oblici sna i spavanja”, izjavio je Detlef Arent (Detlev Arendt), koautor nove studije.

Dejvid Plačecki (David C. Plachetzki), evolucioni biolog sa Univerziteta u Nju Hempširu koji nije bio uključen u ovu studiju, nazvao je ovo otkriće “uzbudljivim dokumentom koji bi zaista mogao zaokružiti čitavu ovu priču.”

Ipak, on je dodao da – iako su sličnosti između crva i ljudi u ovim rezultatima više nego upadljivi – ima još posla koji se mora obaviti kako bi se ova evoluciona veza potvrdila. I dalje je potrebno pronaći igra li melatonin sličnu ulogu i kod drugih životinja.

“Upravo smo dobili jednu očaravajuću hipotezu”, rekao je dr Plačecki. “Iako (još uvek) samo hipoteza, ona je zaista velika”.

Nova studija nudi intrigantne ideje o tome kako se kod naših predaka kičmenjaka prilagođavao melatoninski gen, tokom svoje evolucije – unutar složenog mozga kakav je naš.

Prvobitno je, kako tvrde naučnici, ciklus dan – noć vođen svenamenskim tj. nediferenciranim ćelijama, koje su mogle da ‘uhvate’ svetlost i stvore melatonin. Ali, onda se ova funkcija, evolucijom, proširila na specijalizovane ćelije. A onda je došao trenutak da oči, na primer, postanu onaj organ koji se brinuo o hvatanju svetla, dok je epifiza (pinealna žlezda), bila ta koja je preuzela ulogu stvaranja melatonina. Ćelije 5
su se, desetinama i stotinama miliona godina, postepeno diferencirale, specijalizujući se za određene funkcije.

Nova studija, takođe, može doprineti razjašnjenju pitanja: kako nas utonulost u san “odseca” od okolnog sveta? Kada smo budni, signali iz naših očiju i ostalih čula prolaze kroz talamus, tu ‘kapiju mozga’. Melatonin zatvara talamus, podstičući njegove neurone na redovno i ritmičko proizvođenje naleta melatonina, svojevrsne “plime i oseke” ovog hormona. “Neuroni su zauzeti, radeći samo svoju stvar, tako da ostatku mozga (tokom noćne faze) ne mogu prenositi informacije”, pa, na taj način, izostaju signali iz spoljašnje sredine, kaže dr Tosches.

Nije slučajno to što i melatonin u crva takođe proizvodi električne ritmove koji su usklađeni sa ciklusom dan-noć.

Možemo utonuti u san onako kako su naši preci tonuli u dubine okeana.

 

Njujork Tajms

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s