Våra liv styrs av tiden; vi använder tid för att berätta vad vi ska göra. Men väckarklockan som väcker oss på morgonen eller armbandsuret som berättar att vi är sena för kvällsmat är onaturliga klockor. Vår biologi svarar på ett djupare mer gammalt slag som förmodligen började korsa tidigt i utvecklingen av allt liv.

Inbäddade inom generna av oss, och nästan allt liv på jorden, är anvisningarna för a biologisk klocka som markerar passagen runt 24 timmar. Biologiska klockor eller "circadian klockor" hjälper oss med vår sömnmönster, vakenhet, humör, fysisk styrka, blodtryck och mycket mer.

Under normala förhållanden upplever vi ett 24-timmars mönster av ljus och mörk, och vår cirkadiska klocka använder denna signal för att anpassa biologisk tid till dag och natt. Klockan används sedan för att förutse de olika kraven på 24-timsdagen och finjustera fysiologi och beteende före förändringsförhållandena. Kroppstemperaturen sjunker, blodtryck minskar, kognitiva prestationsfall och trötthet ökar i väntan på att gå och lägga sig. Medan före gryningen är ämnesomsättningen upprättad i väntan på ökad aktivitet när vi vaknar.

En cirkadisk klocka stannar också allt som händer samtidigt, vilket säkerställer att biologiska processer uppträder i lämplig ordning. För att celler ska fungera ordentligt behöver de rätt material på rätt plats vid rätt tidpunkt.

Tusentals gener måste slås på och av i ordning och i harmoni. Proteiner, enzymer, fetter, kolhydrater, hormoner, nukleinsyror och andra föreningar måste absorberas, brytas ned, metaboliseras och produceras i ett exakt tidsfönster. Energi måste erhållas och allokeras sedan till tillväxt, reproduktion, metabolism, rörelse och cellreparation.

Alla dessa processer, och många andra, tar energi och allt måste vara tidsbestämt till rätt tidpunkt. Utan klocka skulle vår biologi vara i kaos.

Smakämnen banbrytande forskning av Jeffrey Hall, Michael Rosbash och Michael Young - tilldelades 2017 Nobelpriset i fysiologi eller medicin tidigare i veckan - gav vår första tydliga förståelse för hur en biologisk klocka fläckar i någon organism; i detta fall en fruktfluga.

Hur klockan fungerar

Klockans klocka är en "negativ återkopplingsslinga" som består av följande sekvens av händelser. Klockgenerna producerar meddelanden som översätts till proteiner. Proteinerna interagerar sedan för att bilda komplex och rör sig från cellens cytoplasma in i kärnan och hämmar sedan sina egna gener. Dessa hämmande klockproteinkomplex bryts sedan ner och klockgenerna är sedan en gång fritt för att göra fler meddelanden och färskt protein - och cykeln fortsätter dag efter dag.

Denna negativa återkopplingsslinga genererar en nära 24-timmars rytm av proteinproduktion och nedbrytning som driver den interna biologiska dagen.

Baserat på resultaten från Hall, Rosbash och Young i fruktflugan upptäcktes mycket liknande klockgener i möss, människa och många andra djur. Så de biologiska klockorna som "tickar" i oss är i stort sett lika med klockorna som finns i insekter, maskar, fiskar och fåglar.

Vi vet nu att morgonen och kvällens preferenser hos individer som beskriver sig själva som antingen "lark" eller "ugglor" tycks vara relaterade till små förändringar i några av dessa klockgener som antingen påskyndar eller saktar ner våra cirkadiska rytmer.

Stör inte

En förståelse för hur cirkadiska klockor fungerar och den centrala rollen som de spelar i vår biologi har lett till framsteg på många områden, inte minst en uppskattning att när cirkadiska rytmer störs kan vår övergripande hälsa och välbefinnande påverkas allvarligt.

Skiftarbetare försöker sova under dagen, men sömn är vanligtvis kortare och av sämre kvalitet än när sömn inträffar på natten för att, även om det är desperat trött, cirkadsystemet instruerar kroppen att det ska vara vaken. De arbetar sedan under natten vid en tidpunkt då cirkadianen har förberett kroppen för sömn, och vakenhet och prestanda är låga. I själva verket arbetar de när de är sömniga och sover när de inte är.

Kortfristig cirkadisk rytmstörning kan få stor negativ inverkan på minne, problemlösning, emotionella svar och uppmärksamhet. Och år med nattskiftarbete har visat sig öka risken för hjärtsjukdom, infektion, cancer, Typ 2 diabetes och fetma. Så vi ignorerar våra cirkadiska rytmer efter vår fara.

Circadian rytmstörning är också en funktion som delas av några av de mest utmanande sjukdomarna i vår tid. Lider av psykiska sjukdomar som schizofreni, bipolär sjukdom och depression; neurologiska tillstånd som Alzheimers, stroke och multipel skleros; utvecklingsstörningar såsom autism; och allvarliga störningar i ögat (inklusive utveckling av grå starr) alla uppvisar cirkadian-rytmstörning.

Framtiden för cirkadisk rytmforskning är att förstå hur denna störning uppstår och utifrån denna kunskap utveckla nya droger och behandlingar som hjälper oss att reglera interna tid över hälsoområdet. Vi lever verkligen i spännande tider.

Om författaren

Russell Foster, professor i cirkadian neurovetenskap, University of Oxford

Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen. Läs ursprungliga artikeln.

Relaterade böcker:

at InnerSelf Market och Amazon