Спеціальний нейронний механізм у мозку денних ссавців пригнічує «сонні» команди з більш стародавніх мозкових центрів, які змушують нічних тварин засипати на світанку.
Найнаочніший прояв біологічних ритмів - це чергування сну і пильнування: з наближенням ночі наш внутрішній годинник нагадує нам, що пора спати, а вранці, підкоряючись тому ж годинниковому механізму, ми прокидаємося. Однак є тварини, які не сплять, навпаки, в темний час доби, і день для них - час відпочинку, як для нас ніч. Як виходить, що одна і та ж система циркадних ритмів здатна віддавати протилежні команди?
Головною деталлю у внутрішніх годинниках служить так зване супрахіазмальне, або супрахіазматичне ядро - особлива область в гіпоталамусі. Супрахіазматичне ядро генерує циркадні ритми, управляє рівнем гормонів, від яких залежать цикли сну і пильнування, і синхронізує роботу всіх інших «годинникових відділів» в тканинах і органах.
Очевидно, наші внутрішні ритми повинні якось звірятися з тим, що відбувається зовні, і саме ядро отримує інформацію про те, день на дворі або ніч, від фоточутливих гангліонарних клітин сітківки. Від інших гангліонарних клітин вони відрізняються якраз тим, що можуть відчувати світло, причому переважно в синій області спектру. Нагадаємо, що фоточутливими клітинами в сітківці є палички і колбочки, а гангліонарні клітини проводять сигнал, що надходить від них. Але фоточутливі гангліонарні клітини виявилися особливими - вони, як ми щойно сказали, можуть самі сприймати світло, і пов'язані з супрахіазматичним ядром. Вважається, що саме за допомогою них ядро орієнтується в часі доби.
Раніше вважали, що відмінності в системі біологічного годинника починаються після супрахіазматичного ядра - нібито після нього є якийсь перемикач, який, прийнявши сигнал від ядра, інтерпретує його по-різному у денних і нічних тварин: нічний імпульс перетворюється на команду «спати» у денних і в команду «не спати» у нічних. Однак такий перемикач, який стояв би після супрахіазматичного ядра, так і не знайшли - очевидно, тому, що він насправді знаходиться перед ним.
Цюнь-Юн Чжоу (Qun-Yong Zhou) і його колеги з Каліфорнійського університету в Ірвайні пишуть у статті в Molecular Brain, що вирішальна роль тут належить тим самим фоточутливим гангліонарним клітинкам сітківки, про які всі думали, що їхнє завдання - тільки передавати інформацію в ядро. Порівнюючи, як влаштовані нейронні механізми, що контролюють сон і пильнування у мавп і мишей, дослідники помітили в мозку у тих та інших два конкуруючих годинникових центри.
У мишей «ранковий» сигнал від клітин сітківки (які, нагадаємо, особливо чутливі з синього світла) йде до супрахіазмального ядра, де і перетворюється на команду «спати». Але фоторецепторні клітини сітківки пов'язані не тільки з ядром, вони також посилають сигнал в структуру середнього мозку під назвою верхнє двоолміє, і у мавп «бадьорючі» сигнали верхнього двоолмію долають сонні імпульси супрахіазматичного ядра.
Тобто нейронний механізм, що відповідає за добове чергування сну і бадьорювання, у ссавців виявився «двоголовим»: з одного боку, є центр супрахіазматичного ядра, який генерує сонний сигнал, і є центр верхнього двоолмію, який генерує сигнал пильнування. Причому і той, і інший виникають у відповідь на світло, тобто зовнішній подразник у нас один, а ось наслідки - різні.
Особливого значення тут набувають фоточутливі гангліонарні клітини сітківки, так як і ядро, і двоолміє отримують сигнал від них, і саме ці клітини фактично і є тим самим перемикачем, завдяки якому денні і нічні тварини відрізняються один від одного за своїм добовим «розкладом».
Відомо, що найперші звірі, які були сучасниками динозаврів, вели нічний спосіб життя, і тому система світлочутливі клітини-супрахіазмальне ядро, очевидно, більш стародавня. Згодом, коли нові види ссавців почали, що називається, освоювати денний час доби, гангліонарні клітини стали щільніше працювати з верхнім двоолмієм, а значення супрахіазмального ядра зменшилося.