منشاء ساعت زیستی بدن ما کجاست؟

گهواره‌ی زندگی ما، با آهنگی یکنواخت در فضا حرکت می‌کند. زمین هر ۲۴ ساعت، یک دور حول محور قطبی خود می‌چرخد و اجازه می‌دهد که قسمت‌های مختلف آن آفتاب بگیرد. همه‌ی موجودات زنده‌ی زمین، از جلبک‌ها گرفته تا انسان‌ها طوری تکامل یافته‌اند که با چرخش زمین و آهنگ شب و روز آن هماهنگ باشند. آن‌ها این هماهنگی را به کمک مهم‌ترین زمان‌سنج‌های جهان انجام می‌دهند. ساعت‌های زیستی به موجودات زنده کمک می‌کنند تا غروب یا طلوع خورشید آن‌ها را غافلگیر نکند. ولی این ساعت‌ها چگونه در بدن ما و دیگر موجودات زنده بوجود آمده‌اند؟ تکامل و انتخاب طبیعی چگونه آن‌ها را ساخته و در طول میلیون‌ها سال، چنین دقیق تنظیم کرده است؟ پژوهش‌های جدید، به بررسی این پرسش بزرگ می‌پردازند.

به نظر می‌رسد که یک ساعت بزرگ در مغز انسان وجود دارد. این ساعت می‌تواند زمان خوابیدن و بیدار شدن او را با نور محیط هماهنگ کند. ولی ظاهرا که به جز این ساعت بزرگ در مغز، ساعت‌های دیگری نیز در بدن ما وجود دارد. یک کرونوبیولوژیست از دانشگاه گلاسکو در اسکاتلند به نام «باربارا هلم» (Barbara Helm) می‌گوید: «در کبد، طحال و حتی چربی‌های بدن ما ساعت‌هایی وجود دارد.» این ساعت‌ها الگوی خواب و زمان غذا خوردن ما را تنظیم می‌کنند. آن‌ها به مدیریت میزان ترشح هورمون‌های ما می‌پردازند و پاسخ بدن به قند و دیگر فرایندهای مهم زیست‌شناختی را تنظیم می‌کنند.

بسیاری از دانشمندان اعتقاد دارند که وجود این زمان‌سنج‌ها در بدن موجودات زنده، مزیت رقابتی مهمی در انتخاب طبیعی به آن‌ها داده است. مزیتی که باعث شده در طول تاریخ، بارها و بارها ساعت‌های‌زیستی خود را توسعه دهند. ساعت‌های زیستی در موجودات زنده بسیار معمول و در عین حال پر‌اهمیت هستند، حال سوال اینجاست که چرا این ساعت‌ها که اتفاقا از جمله ابزارهای بوجود آمده در سپیده‌دم حیات هستند، برای ما چنین راز‌آلود و ناشناخته باقی مانده‌اند؟ نظریات مختلفی که درباره‌ی منشاء ساعت‌های زیستی وجود دارد چه هستند؟

تعداد زیادی از دانشمندان طرفدار این نظریه هستند که موجودات زنده‌ی مختلف، ساعت‌های زیستی خود را به صورت مستقل ساخته‌اند. موجودات زنده احتمالا این کار را برای حفاظت از DNA آسیب‌پذیر خود در برابر پرتوهای مخرب فرابنفش خورشید انجام داده‌اند. ولی گروه کوچکتری از پژوهشگران طور دیگری فکر می‌کنند. آن‌ها می‌گویند که باید یک «ساعت مادر» وجود داشته باشد. ساعتی که اول از همه بوجود آمده و باعث شده ساعت‌های دیگر موجودات زنده از آن ریشه بگیرد. این ساعت، بدین منظور تکامل یافته که بتواند سلول‌ها را از آسیب اکسیژن دور نگه‌ دارد و احتمالا بسیاری مزیت‌های دیگر را برای آن‌ها به ارمغان آورد.

ساعت‌های زیستی به مدیریت میزان ترشح هورمون‌های ما می‌پردازند و پاسخ بدن به قند و دیگر فرایندهای مهم زیست‌شناختی را تنظیم می‌کنند.

طبق این نظریه،‌ ساعت زیستی اولیه شباهت کمی با ساعت‌های زیستی دقیق امروزی دارد. پژوهشگران می‌گویند که ساعت‌های بدوی موجودات زنده، احتمالا به اندازه‌ی ساعت‌های آفتابی ما ساده بوده‌اند. با این حال آن‌ها آجرهای اولیه‌ی ساعت‌های دقیق و پیشرفته‌ای بودند که امروز می‌توانند همه چیز ما، از زمان خوابیدن گرفته، تا فشار خون را کنترل کنند.

ساعت‌های زیستی چرخ‌دنده و عقربه ندارند. این‌ساعت‌ها از مولکول‌های RNA و پروتیین‌هایی تشکیل شده‌اند که در سطح کلان نوسان می‌کنند. در زمان‌های خاصی از روز، ساعت‌های پروتیینی مشخصی فعال می‌شوند تا مولکول‌های RNA پیام‌رسان را تولید کنند. این مولکول‌ها توسط سلول‌ها برای ساختن دیگر ساعت‌های پروتیینی استفاده می‌شوند. در نهایت مقدار ساعت‌های پروتیینی به حدی می‌رسد که ساخت RNA پیام‌رسان متوقف می‌شود. این ساعت‌های پروتیینی، توسط دیگر پروتیین‌ها تجزیه می‌شوند و از بین می‌روند تا مقدار آن‌ها از حد توقف ساخت مولکول RNA پیام‌رسان پایین‌تر آید. بدین ترتیب دوباره تولید RNA پیام‌رسان شروع می‌شود و این چرخه ادامه می‌یابد.

ساعت‌های زیستی چرخ‌دنده و عقربه ندارند. این‌ساعت‌ها از مولکول‌های RNA و پروتیین‌هایی تشکیل شده‌اند که در سطح کلان نوسان می‌کنند.

درست مثل برندهای رولکس، تایمکس، سواچ و سیکو که مدل‌های مختلف ساعت‌های مچی خود را دارند، موجودات زنده مثل سیانوباکترها، قارچ‌ها، گیاهان و حشرات، ساعت‌های زیستی مخصوص به خودشان را دارند. چرخه‌ی ساعت‌های پروتیینی این موجودات زنده در مقایسه با یکدیگر بسیار متفاوت است. با این حال همه‌ی آن‌ها روز و شب را به عنوان شاخص در نظر می‌گیرند و برای ساختن دیگر پروتیین‌ها، از RNA پیام‌رسان استفاده می‌کنند.

شکی وجود ندارد که ساعت‌های زیستی، برای موجوداتی که روی سطح زمین زندگی می‌کنند کاملا حیاتی هستند. ولی آیا اینکه بگوییم ساعت‌های زیستی صرفا برای فرار از پرتوهای مضر خورشید بوجود آمدند حرف درستی است؟ در حقیقت یک مدرک مهم برای نظریه‌ی «فرار از نور»، این است که سلول‌ها فرایند ساختن DNA را در شب انجام می‌دهند. سپس در روز که نور فرابنفش زیادی در محیط وجود دارد، آن‌ها را ترمیم می‌کنند. بعضی پروتیین‌ها که ساعت‌های زیستی را می‌سازند، در ترمیم مولکول DNA هم دخیل هستند. «جان او نیل» (Jhon O’Neill) از آزمایشگاه MRC زیست‌شناسی مولکولی دانشگاه کمبریج می‌گوید: «فرار از نور، نظریه‌ی خوبی است. ولی با داده‌های جدید همخوانی ندارد.»

یک مدرک مهم برای نظریه‌ی «فرار از نور» این است که سلول‌ها فرایند ساختن DNA را در شب انجام می‌دهند و در روز که نور فرابنفش زیادی در محیط وجود دارد، آن‌ها را ترمیم می‌کنند.

بازگشت به عقب

جان او نیل می‌گوید: «شواهد زیادی نشان می‌دهد که «فرار از نور» یگانه نیروی تکامل ساعت‌های زیستی نبوده است.» اگر چرخه‌ها برای حفاظت از DNA درست شده باشند، نباید بدون حضور DNA، هیچ چرخه‌ای شکل بگیرد. با این حال در آزمایش‌های انجام گرفته، مشخص شد حتی در محیطی که DNA وجود ندارد نیز آهنگ ساعت زیستی بوجود می‌آید.

یک نوع سیانوباکتر یا همان جلبک سبزآبی (Synechococcus elongatus) وجود دارد که صاحب ساده‌ترین ساعت زیستی شناخته شده است. این باکتری سه پروتیین به نام KaiA، KaiB و KaiC دارد. این سه پروتیین به اضافه‌ی دو پروتیین جانبی، به باکتری کمک می‌کنند تا بتواند با انباشت پروتیین‌های لازم برای فوتوسنتز و دیگر فعالیت‌های روزانه، برای طلوع خورشید آماده شود.

آن‌طور که «تاکائو کوندو» (Takao Kondo) از دانشگاه ناگویای ژاپن در نشریه‌ی ساینس در سال ۲۰۰۵ نوشته: «سه عدد ساعت- پروتیینی در لوله‌ی آزمایش انداخته شدند و انرژی آن‌ها بوسیله‌ی «آدنوزین تری‌فسفات» (adenosine triphosphate) تامین شد. ساعت زیستی، با آهنگی ثابت مولکول فسفات را به پروتیین KaiC اضافه و کم می‌کرد.» این یافته باعث شگفت‌زدگی پژوهشگران شد، چرا که آن‌ها فهمیده بودند ساعت‌های زیستی می‌توانند بدون DNA هم کار کنند. در ضمن مشخص شد که آن‌ها لازم نیست برای نگه داشتن زمان،‌ دائما RNA پیام‌رسان و فرایند تولید پروتیین را فعال و غیر فعال کنند.

جلبک‌های سبزآبی و اجداد اسرارآمیز حشرات و حیوانات، بیش از یک میلیارد سال پیش، شاخه‌های متفاوتی را در درخت تکامل و انتخاب طبیعی درست کردند. ساعت‌های پروتیینی جلبک‌های سبزآبی مثل ساعت‌های پروتیینی مرکزی پستانداران نیست. بنابراین بعضی از پژوهشگران به اینکه ساعت‌های فاقد DNA می‌توانند در موجودات زنده‌‌ی پیچیده‌تر از جلبک‌ها کار کنند، شک دارند.

شواهد زیادی نشان دهنده‌ی این است که «فرار از نور» یگانه نیروی تکامل ساعت‌های زیستی نیست.

اونیل و همکارش «آکیلش ردی» (Akhilesh Reddy) از دانشگاه کمبریج فکر کردند که احتمالا می‌شود ساعت‌های بدون DNA را در جایی دیگر یافت. آن‌ها تصمیم گرفتند که در گلوبول‌های قرمز خون انسان دنبال ساعت‌ّهای زیستی بگردند. این سلول‌ها فاقد هسته و در نتیجه DNA هستند. بدون DNA هیچ‌نوع RNA پیام‌رسان درست نمی‌شود، در نتیجه ساعت‌های زیستی کلاسیک نباید بوجود آیند. اونیل و همکارش در کمال تعجب مشاهده کردند که در گلوبول‌های قرمز ریتم ساعت‌وار وجود دارد و مقاله‌ی خود را سال ۲۰۱۱ در مجله‌ی «نیچر» منتشر کردند.

ساعت زیستی موجود در گلوبول قرمز خون، کاملا از چرخه‌ی پروتیین و RNA پیام‌رسان بی‌نیاز است. در گلوبول‌های قرمز، پروتیین‌های آنتی‌اکسیدان به نام پروکسی‌ردوکسین، مولکول‌های اکسیژن را با ریتم ساعت‌وار جذب یا دفع می‌کنند. عمل آن‌ها به از بین بردن هیدروژن پروکسید کمک می‌کند. هیدروژن پروکسید یک محصول جانبی در فعالیت‌های معمولی تولید انرژی سلول‌هاست. هیدروژن پروکسید و دیگر اکسیدان‌ها می‌توانند به قسمت‌های مختلفی از سلول آسیب برسانند، بنابراین کنترل آن‌ها ضروری است.

پروکسی‌ردوکسین‌ها در موجودات زنده‌ی مختلف، مثل یک نوع جلبک آبی به نام «اوسترئوکوکوس» (Ostreococcus) دیده می‌شوند. اونیل و ردی به همراه دیگر همکارانشان، پروکسی‌ردوکسین را در این جلبک آزمایش کردند. اونیل می‌گوید: «درست مانند گلوبول‌های قرمز، در این جلبک هم آهنگ و ریتم مشاهده می‌شد.» مقدار مولکول‌های اکسیژن چسبیده به پروکسی‌ردوکسین در یک چرخه‌ی ۲۴ ساعتی، کم و زیاد می‌شد. مقاله‌ی آن‌ها سال ۲۰۱۱ در مجله‌ی نیچر چاپ شد.

یک سال بعد، پژوهشگران در مجله‌ی نیچر گزارش دادند که در مگس میوه، گیاه «رشادی گوش‌موشی» (Arabidopsis thaliana)، قارچی به نام «نئوروسپورا کراسا» (Neurospora crassa)، سیانوباکتری به نام «سینوکوکوس الانگاتوس» (Synechococcus elongatus) و یک تک‌یاخته‌ی آرکیایی به نام «هالوباکتریوم سالیناروم» (Halobacterium salinarum)  هم توانسته‌اند چرخه‌ی پروکسی‌ردوکسین پیدا کنند. بدین معنی که در همه‌ی دامنه‌های حیات، شامل یوکاریوت‌ها، باکتری‌ها و آرکیاها این چرخه یافت شده است. اگر همه‌ی دامنه‌های زندگی دارای ساعت‌های پروکسی‌ردوکسین هستند، بنابراین به احتمال زیادی آنتی‌اکسیدان‌ها بسیار باستانی هستند و سن آن‌ها به میلیاردها سال می‌رسد.

در همه‌ی دامنه‌های حیات، شامل یوکاریوت‌ها، باکتری‌ها و آرکیاها، چرخه‌ی ساعت زیستی یافت شده است.

خطر اکسیژن

کسی به دقت نمی‌داند که ساعت‌های آنتی‌اکسیدانی چقدر قدمت دارند، ولی اونیل سن آن‌ها را ۲٫۵ میلیارد سال حدس می‌زند. این دقیقا زمانی است که سیانوباکترها به تازگی شروع به استفاده از فوتوسنتز برای تامین انرژی کرده‌ بودند و در فرایند بزرگ اکسیداسیون خود، مقادیر بسیار زیاد اکسیژن در اتمسفر زمین آزاد ‌کردند. هرچند که در این زمان،‌ فوتوسنتز و اتمسفر پر از اکسیژن، کاملا مفید و ضروری به نظر می‌رسید، ولی اکسیژن برای موجودات پرکامبرین یک سم محسوب می‌شد. موجودات زنده‌ای که نمی‌توانند اکسیژن آزاد را تحمل کنند، می‌میرند یا اینکه در اعماق دریا به صورت بی‌هوازی زندگی می‌کنند. اونیل می‌گوید: «اگر موجودات پرکامبرین نمی‌خواستند بمیرند، باید با اکسیژن کنار می‌آمدند.»

در روز که فوتوسنتز صورت می‌گیرد، اکسیژن می‌تواند یک مشکل اساسی باشد. موجودات زنده‌ای که برای دفاع از خود از آنتی‌اکسیدان استفاده می‌کنند، مولکول اکسیژن را از پروکسی‌ردوکسین می‌گیرند تا بتوانند در روز هیدروژن پروکسید ذخیره کنند. بدین ترتیب شانس بقای آن‌ها افزایش می‌یابد. اونیل می‌گوید: «زمان‌بندی برای پیش‌بینی جذب اکسیژن، می‌تواند مزیتی بزرگ به حساب آید.»

پروکسی‌ردوکسین‌ها چرخ‌دنده‌ی ساعت‌ها نیستند، آن‌ها بیشتر شبیه به عقربه‌های ساعت هستند. میزان اکسیژن متصل به آن‌ها نشانگر ساعتی بسیار باستانی و ناشناخته‌تر است. این ساعت سحرآمیز چنان مزیت بزرگی به حساب می‌آید که موجودات زنده آن‌ را در طول تاریخ تکامل خود حفظ کرده‌اند و هر زمان که لازم بوده تغییراتی در آن داده‌اند. اونیل می‌گوید: «مثل ساعت‌های ما که می‌توانند زمان را در موقعیت‌های مختلف جغرافیایی و در فرمت AM یا PM محاسبه کنند، یا‌ تقویم را در اختیار ما قرار دهند، ساعت‌های زیستی نیز اجزایی این چنینی دارند تا بتوانند چالش‌های محیط‌های مختلف را تحمل کنند.»

هرچند که ۲٫۵ میلیارد سال پیش،‌ فوتوسنتز و اتمسفر پر از اکسیژن، کاملا مفید و ضروری به نظر می‌رسید، ولی اکسیژن برای موجودات پرکامبرین یک سم محسوب می‌شد.

دیگر پژوهشگران پیشنهاد کرده‌اند، از آن‌جا که «ساعت‌های زیستی پروتیینی» سیانوباکتر‌ها، حیوانات و گیاهان تفاوت زیادی با یکدیگر دارد، اجداد این موجودات زنده باید ساعت‌های مختلفی را تکامل می‌دادند. اونیل می‌گوید: «هرچند که چرخ‌دنده‌های اصلی متفاوت هستند، ولی شما همیشه می‌توانید آنزیم‌های مشابهی پیدا کنید که سرعت ساعت را تنظیم می‌کنند.»

این آنزیم‌های خاص که «کیناز» (Kinase) نام دارند، پروتیین‌هایی هستند که مولکول‌های فسفات را به دیگر پروتیین‌ها ضمیمه می‌کنند و باعث نابودی یا تغییر عملکرد آن‌ها می‌شوند. دو تا از مهم‌ترین کینازها، CK1 و GSK3 هستند و در سرعت کار کردن ساعت‌های پروکسی‌ردوکسینی نقش مهمی دارند. این‌ها احتمالا ساعت‌های باستانی هستند که اونیل و دیگران دنبالشان می‌گردند.

آن‌طور که اونیل، «هلن کاستون» (Helen Causton) و همکارانشان از دانشگاه کلمبیا در «کرنت بایولوژی» (Current Biology) آوریل ۲۰۱۵ می‌گویند: «حتی موجودات زنده‌ای که فاقد ریتم ساعت شبانه‌روزی هستند، چرخه‌ی پروکسی‌ردوکسینی کینازی دارند.» جالب‌ اینجاست که نوعی مخمر به نام «ساکرومایسس سرویزیه» «Saccharomyces cerevisae» فاقد هرگونه ساعت پروتیینی و چرخه‌ی ۲۴ ساعتی است. البته این بدین معنی نیست که مخمر نمی‌تواند زمان‌سنجی کند، مخمرها دارای هشت تنفس نوسانی، هرکدام به مدت سه ساعت هستند. در این تنفس‌ها، سرعت مصرف اکسیژن آن‌ها زیاد و کم می‌شود. اگر آنزیم CK1 را به مخمر اضافه کنیم، نوسان آهسته می‌شود. بعلاوه‌ی اینکه طبق یافته‌ی محققان، اضافه شدن CK1 می‌تواند آهنگ ساعت زیستی سلول‌های موش را هم تغییر دهد.

این یافته‌ها نشان دهنده‌ی این است که آنزیم‌های کیناز، در ایجاد آهنگ ساعت‌های زیستی نقش مهمی دارند. پژوهشگران فکر می‌کنند که کینازها احتمالا یک زمان‌سنج خیلی ساده را می‌سازند، چیزی شبیه به سامانه‌ی  KaiA، B، C سیانوباکتر‌ها. اونیل می‌گوید: «در موجودات زنده‌ی اولیه، چرخ‌دنده‌ها بسیار ساده بودند، موجودات امروزی از چرخ‌دنده‌های ساعت پیچیده‌تری بهره می‌گیرند تا با زندگی پیچیده‌تر آن‌ها سازگاری بیشتری داشته باشد.» هرچند که کینازها مولکول‌های باستانی هستند که ساعت‌های امروزی ما را می‌سازند، ولی هنوز  شواهد زیادی برای اثبات آن وجود ندارد.

اونیل می‌گوید که احتمال دیگری هم وجود دارد. ممکن است اساسا ساعت مادری وجود نداشته باشد. زیست‌شناسی سلولی ممکن است صرفا بوسیله‌ی واکنش‌های بیوشیمیایی که به طور طبیعی الگوهای منظم به خود گرفته‌اند، شکل گرفته باشد. او ادامه می‌دهد: «من این احتمال را دوست ندارم، چرا که آزمایش یا رد آن بسیار مشکل است. تنها راه اینکه ثابت کنیم این نظریه غلط است، این است که به دنبال ساعت مادر برویم. اساسا مشکل پرسش‌هایی که به تکامل مربوط می‌شود این است که بدون وجود یک ماشین زمان نمی‌توانید پاسخ آن‌ها را پیدا کنید.»

تکامل مستقل

البته همه‌ی دانشمندان شیفته‌ی نظریه‌ی پروکسی‌ردوکسین نیستند. یک عصب‌شناس از مرکز پزشکی جنوب‌غربی دانشگاه تگزاس واقع در شهر دالاس به نام «ژوزف تاکاهاشی» (Joseph Takahashi) می‌گوید: «آن‌ها یک نقشه‌ی مفصل دارند، با این حال هنوز هیچ مدرکی برای تایید صحت این نقشه وجود ندارد.» اونیل می‌گوید: «ما هنوز سازوکاری برای آن پیدا نکرده‌ایم. آن‌چه آن‌‌ها دارند، مشاهداتی است که با مدل‌های کلاسیک سازگار نیست. آن‌ها ساعت‌ها را ماشین‌هایی از پروتیین‌های نوسان‌کننده و مولکول‌های RNA پیام‌رسان می‌دانند که برای فرار از نور تکامل یافته‌اند.»

آن‌چه در استدلال اونیل محوری است، این ایده است که حتما باید یک ساعت باستانی وجود داشته باشد که موجودات زنده‌ی مختلف و پیشرفته‌تر، ساعت خود را بر اساس آن ساخته‌ باشند. دیگر پژوهشگران مثل اونیل خیلی وابسته به این نظریه نیستند و درباره‌ی ساعت‌های مستقل هم فکر می‌کنند.

یک میکروبیولوژیست از دانشگاه کالیفرنیا در سن‌دیگو به نام «سوزان گولدن» (Susan Golden) می‌گوید: «تصور نمی‌کنم که لازم باشد فکر کنیم ساختن ساعت زیستی مشکل است.» فرایندهای زمان‌سنجی که در طبیعت پیرامون می‌بینیم، شاید فقط آن‌هایی هستند که باقی مانده‌اند. در حقیقت ممکن است که موجودات زنده، دیگر زمان‌سنج‌ها و دیگر آهنگ‌ها را امتحان کرده و کنار گذاشته‌اند. اخیرا یک گروه پژوهشی مستقل کشف کرده که نوعی کرم آبی، دارای ساعت قمری است و یک شته‌ی دریایی، زمان‌سنج جزر و مدی دارد.

گروه آزمایشگاه گولدن در حال دستکاری ساعت زیستی سیانوباکترها است تا بفهمد آیا آن‌ها می‌توانند شاخص زمان‌سنجی خود را تغییر دهند یا خیر. مثلا شاخص خود را هفته‌ها یا ساعت‌ها به جای روزها قرار دهند.

فواید در جهان واقعی

هرچند که هنوز هیچ‌کس ساعت مادر را پیدا نکرده، ولی بعضی از دانشمندان خیلی فیلسوفانه درباره‌ی اینکه چرا این فرایند می‌توانسته از آغاز برای موجودات زنده مفید باشد فکر می‌کنند. فرار از پرتوهای مضر خورشید و گریز از مسمومیت با اکسیژن، احتمالا دلایل کافی برای پیدایش ساعت‌های زیستی نیستند. بعضی از پژوهشگران می‌گویند که مزیت داشتن یک ساعت، می‌تواند جدا نگه داشتن واکنش‌های متناقض شیمیایی یا کمک به عملکرد روان‌تر سلول‌ها باشد. این کار با استفاده از برنامه‌ریزی‌ برای تولید مولکول‌هایی که برای هر مرحله از واکنش‌های شیمیایی زنجیره‌ای نیاز هستند صورت می‌گیرد.

تاکاهاشی می‌گوید: «ما از اینکه می‌بینیم ساعت زیستی هر روز متابولیسم را روشن و خاموش می‌کند تعجب می‌کنیم. متابولیسم می‌توانست به صورت مداوم و بدون خاموش و روشن شدن ادامه پیدا کند.» ایده‌ی او و همکارانش این است که ساختن چیزها در مراحل مختلف و به مقدار زیاد،‌ می‌تواند از نظر مصرف انرژی بهینه‌تر از ساختن مقدار کمی از آن‌ها در مدت زمان زیاد باشد. یک شبیه‌سازی کامپیوتری که در سال ۲۰۱۰ انجام شد، نشان می‌دهد که ساعت‌های زیستی می‌توانند باعث شوند موجودات زنده آن‌قدر در مصرف انرژی صرفه‌جویی کنند که تا ۱۵ درصد سریع‌تر رشد کنند. البته اندازه‌گیری این ویژگی در دنیای واقعی مشکل است.

فیزیولوژیستی به نام «دامیان موران» (Damian Moran) از شرکت تحقیقاتی گیاه و غذا در نیوزیلند، آزمایشی انجام داد که می‌تواند آزمون خوبی برای نظریه‌ی صرفه‌جویی مصرف انرژی باشد. موران و همکارانش در سوئد بر روی یک گونه ماهی با نام علمی «استیاناکس مکزیکانوس» (Astyanax mexicanus) کار می‌کنند تا بفهمند که صرفه‌جویی در انرژی با استفاده از ساعت‌زیستی چگونه کار می‌کند. یک زیرگونه از این ماهی در آب‌های سطحی زندگی می‌کند و زیرگونه‌ی دیگر، در غارهای «پاچون» (Pachon) در شمال‌شرقی مکزیک زیست می‌کند. زیرگونه‌ی غارزی به کلی نابینا است. ماهی غارزی، ساعت‌های زیستی را طوری تغییر داده که به طور کلی در شرایطی که انگار همیشه روز است کار می‌کنند.

بعضی از پژوهشگران می‌گویند که مزیت داشتن یک ساعت، می‌تواند جدا نگه داشتن واکنش‌های متناقض شیمیایی یا کمک به عملکرد روان‌تر سلول‌ها با استفاده از برنامه‌ریزی‌ برای تولید مولکول‌هایی که برای هر مرحله از واکنش‌های شیمیایی زنجیره‌ای نیاز هستند باشد.

موران هر دو گونه‌ی سطح‌زی و غارزی را در لوله‌های شنا قرار داد و جریان آب را طوری برای آن‌ها تنظیم کرد که مجبور باشند برای چند روز خیلی آرام شنا کنند. او میزان اکسیژن مصرف شده توسط هر ماهی را اندازه گرفت. طبق آن‌چه انتظار می‌رفت، ماهی سطح‌زی، اکسیژن بیشتری در روز نسبت به شب مصرف می‌کرد. ولی ماهی غارزی، میزان یکسانی از اکسیژن را در شب و روز مصرف می‌کرد. موران می‌گوید: «اول فکر کردیم شاید فقط این یک نمونه از ماهی غارزی عملکرد این‌چنینی دارد و ماهی‌های دیگر ممکن است متفاوت باشند. یک ماهی دیگر را در لوله‌ی شنا قرار دادیم، ولی آن یکی هم رفتار مشابه داشت و مصرف اکسیژن شب و روز او یکسان بود.»

آن‌طور که این گروه پژوهشی سپتامبر گذشته در PLOS ONE گزارش کرده، با ثابت نگه داشتن متابولیسم ماهی‌ها در طول روز، به جای افزایش و کاهش با نوسان یکسان که با چرخه‌ی نور انجام می‌شود، ماهی‌های غارزی توانستند تا ۲۷ درصد در مصرف انرژی صرفه‌جویی کنند. وقتی که هر دو ماهی غارزی و سطح‌زی در تاریکی آزمایش شدند، ماهی غار‌زی عملکرد بهتری نیز از خود نشان داد و تا ۳۸ درصد انرژی کمتری نسبت به ماهی سطح‌زی مصرف کرد.

این یافته‌ها بدین معنی نیستند که تاکاهاشی درباره‌ی تاثیر ساعت‌های زیستی در صرفه‌جویی مصرف انرژی اشتباه می‌کرد. اینکه بعضی حیوانات که در زیست‌بوم‌های خاص زندگی می‌کنند ساعت‌های زیستی به شدت متفاوتی دارند، بدین معنی نیست که زندگی بدون ساعت‌زیستی برای همه مفید است. باربارا هلم از دانشگاه گلاسکو می‌گوید: «من مشکوک هستم که به استثنای موقعیت‌های خیلی عجیب، زندگی بدون ساعت زیستی ممکن باشد. مثل این است که از نابینا بودن ماهی غارزی این‌طور برداشت کنیم که به کلی چشم‌ها در دنیا بی‌اهمیت هستند.»

منبع: ScienceNews