Свої добові ритми клітини одного і того ж органу синхронізують без допомоги мозку.
Добові ритми - це не тільки чергування сну і пильнування, це ще й зміни в обміні речовин, в рівні гормонів, в роботі імунної системи тощо. Біологічний годинник керує різними процесами, аж до активності тих чи інших генів. Механізм біологічного годинника досить добре вивчений як з молекулярної точки зору, так і з точки зору фізіології. За розшифровку їхнього молекулярного пристрою кілька років тому дали Нобелівську премію.
Але годинник йде не сам по собі, він підлаштовується під зміну дня і ночі. З іншого боку, годинниковий механізм є у всіх наших органів. Як може, наприклад, печінка дізнатися про зміну дня і ночі? Очевидно, від мозку, тому що мозок отримує інформацію від очей. Дійсно, в мозку є головний годинник - так зване супрахіазмальне (або супрахіазметичне) ядро. Його нейрони отримують сигнали про те, як змінюється освітленість навколо нас, і вже супрахіазмальне ядро за допомогою нейронних сигналів допомагає органам і тканинам скоригувати їх власний годинник.
Чи означає це, що годинник на периферії повністю залежать від головних годин у мозку, і що без головних годин всі інші почнуть йти вразнобою? Насправді ні: якщо керівні вказівки зверху перестануть надходити, години на периферії зможуть самоорганізуватися - правда, тільки до певної міри. Співробітники Женевського університету ставили експерименти з генетично модифікованими мишами, яким у клітини вводили ген ферменту люциферази. Вона працює з речовиною під назвою люциферин: люцифераза окисляє люциферин, і той починає світитися. (У природі система люциферазу-люциферин працює у світлячків та інших безхребетних, у яких її запозичили для біотехнологічних потреб.)
Але ген люциферази вводили мишам не просто так, а щоб він підпорядковувався годинниковому механізму, тобто щоб в один час доби люцифераза в клітинах з'являлася, а в інший час доби зникала. Мишам давали воду з люциферином, і за допомогою спеціального обладнання вимірювали світіння від різних органів. Коли у мишей відключали центральний годинник (супрахіазмальне ядро в мозку), то годинник на периферії починав йти кожен у своєму ритмі - їх хід втрачав синхронність (тобто система люциферин-люцифереза світила вразнобою). Але розсинхронізація мала місце тільки між різними органами. У межах одного і того ж органу - наприклад, у печінці - години різних клітин йшли в одному ритмі.
Тобто для самоорганізації біологічного годинника в межах одного органу не потрібні нейронні сигнали «з центру» або від якогось іншого органу. (Хоча, очевидно, такі сигнали потрібні, щоб узгодити різні органи між собою.) Який механізм тут спрацьовує, дослідники поки не знають, але можна припустити, що клітини просто обмінюються якимись сигнальними речовинами, що допомагають їм налаштувати єдиний ритм.
Результати досліджень опубліковані в Genes & Development.