Функции биологических часов могут нарушаться, когда уровни освещенности и температуры в течение дня не синхронизируются, обнаружено новое исследование UCL (Университетский колледж Лондона) на плодовых мушках.
В исследовании, опубликованном в Cell Reports, изучались уровни активности мух, когда они подвергались воздействию света и тепла в разное время. «Естественный» цикл включал 12 часов света и тепла, а затем 12 часов темноты и холода. Затем световые и температурные циклы менялись так, чтобы световой цикл длился от двух до 10 часов после температурного цикла в каждом эксперименте.
Когда временная задержка была небольшой, влияние на биологические часы было относительно низким, по усредненным показаниям света и температуры. Когда временная задержка была большой, температура игнорировалась, а биологические часы выставлялись по свету. Однако умеренная временная задержка, составляющая около шести часов, вызвала сбой в работе часов, что привело к серьезным сбоям в поведении и контролируемых часами молекулярных сигналах.
"Биологические часы – это естественный организм, поэтому они лучше всего работают в естественных условиях," объясняет ведущий автор Росс Харпер (UCL CoMPLEX). "Изменения солнечного света вызывают изменения температуры, и оба используются для определения времени. Разница во времени между светом и температурой естественно варьируется, поэтому часы могут вычислить среднее время для меньших изменений. Для очень больших различий, таких как всплеск тепла в полночь, система игнорирует температуру, поскольку она больше не является надежным индикатором «дневного времени». Между ними лежит зона замешательства, где часы больше не могут комбинировать реплики, но и не могут их игнорировать. Поскольку млекопитающие, включая человека, подвержены аналогичным эволюционным ограничениям, вполне вероятно, что аналогичные системы применимы и к нашим часам."
В естественном цикле мухи становились все более активными в течение 12 часов дневного света с пиком вечером, непосредственно перед тем, как уровни света и температуры упали. Однако, когда разница во времени между температурой и светом составляла шесть часов, мухи были активны только в шестичасовом окне, когда было и холодно, и светло. Пиков активности не было, просто плато умеренной активности.
"Свет – хорошо известная движущая сила биологических часов, но до недавнего времени другие факторы, включая температуру, не принимались во внимание," говорит соавтор исследования профессор Йорг Т. Альберт (Институт слуха UCL). "Недавние исследования показали, что суточный температурный ритм важен для настройки биологических часов человека, и наше исследование предполагает, что разница между светом и температурой также может иметь значение. Искусственное воздействие источников света и нерегулярные режимы сна / бодрствования, такие как посменная работа, несут большую часть вины за нарушение биологических часов, но искусственный контроль температуры, такой как кондиционер и центральное отопление, возможно, также имеет влияние."
Одна из сложностей при изучении температуры у людей и других млекопитающих заключается в том, что наши тела регулируют температуру изнутри, в то время как температура тела насекомого зависит исключительно от температуры окружающей среды. В настоящее время неясно, как внутренняя и внешняя температуры связаны друг с другом и с биологическими часами, поэтому необходимы дальнейшие исследования, чтобы лучше определить их относительный вклад в человеческий организм.
"Современная жизнь предполагает искусственный контроль над многими аспектами нашей окружающей среды, но более естественные условия могут принести пользу нашим биологическим часам," объясняет соавтор исследования профессор Ральф Станевски (UCL Cell & Биология развития). "Есть простые способы имитировать более естественные условия, такие как более низкая температура в спальне и как можно больше света по утрам. Людям с трудностями следует по возможности избегать кофе и энергетических напитков, употреблять меньше алкоголя, избегать еды и физических упражнений поздно ночью и стараться регулярно ложиться спать. Цель должна состоять в том, чтобы хорошо выспаться ночью и естественно просыпаться “вовремя” утром без будильника. Биологические часы важны, и их нарушение может вызвать не только проблемы со сном, но и определенные психические и когнитивные расстройства."