Seperti yang Anda dengar, pada tahun 2017, Hadiah Nobel dalam Kedokteran atau Fisiologi jatuh ke American Jeffrey C Hall, Michael Rosbash, Michael W Young atas penemuan mereka di bidang ritme sirkadian - mekanisme sel yang mengatur jam internal manusia, hewan dan tumbuhan.
Ilmuwan, misalnya, berhasil mengisolasi gen yang mengatur ritme sirkadian lalat Drosophila.
Jam internal bertanggung jawab untuk siklus tidur, tekanan darah, kadar hormon, dan suhu tubuh. Mereka mempengaruhi semua kehidupan di bumi, dari cyanobacteria uniseluler hingga vertebrata yang lebih tinggi, termasuk kita manusia.
Matahari dan Zeitgeber lainnya
Studi tentang jam internal telah menjadi cabang sains yang sepenuhnya independen, yang disebut kronobiologi.
Kronobiologi, seperti namanya, bermuara pada studi tentang ritme biologis dan bagaimana mereka berhubungan dengan lingkungan: orang Jerman menyebutnya Zeitgebers, yaitu sinkronisasi.
Zeitgeber yang paling jelas, tentu saja, adalah sinar matahari dan siklusnya.
Video promosi:
Kita manusia, sejak dahulu kala, telah mengamati reaksi alam terhadap bertambah dan berkurangnya sinar matahari, terutama cara tumbuhan membuka dan menutup bunga dan daunnya sesuai dengan jumlah cahaya yang diterima.
Tetapi hanya pada abad ke-18 seseorang berhasil membuktikan bahwa ini bukan hanya tentang sinyal eksternal: sesuatu di dalam organisme itu sendiri mengungkapkan rahasia jam biologis, yang tidak hanya bergantung pada seberapa tinggi matahari terbit di langit.
Up, mimosa
Salah satu orang pertama yang melakukan pengamatan ilmiah terhadap fenomena ini adalah astronom Prancis Jean Jacques d'Ortous de Mairan.
Saat itu tahun 1729 ketika dia meletakkan semak mimosa dalam gelap dan memperhatikan bahwa semak itu masih membuka dan menutup daunnya, tergantung pada waktu dan apakah matahari bersinar di suatu tempat, yang tidak dekat.
Mimosa di matahari / flickr.com, Ben Blash
Dari sini dia menyimpulkan bahwa dorongan tanaman untuk membuka dan menutup daun dikaitkan dengan mekanisme internal dan bukan konsekuensi dari reaksi budak terhadap rangsangan eksternal dalam bentuk perubahan sinar matahari.
Tetapi jelas bahwa jika fluktuasi siang hari dihilangkan dari persamaan untuk jangka waktu yang lebih lama, jam biologis, tentu saja, cepat atau lambat akan salah.
Isolasi di bawah tanah
Salah satu ilmuwan pertama yang di zaman kita secara aktif mempelajari pengaruh jam biologis pada manusia adalah ahli geologi dan speleolog Prancis Michel Siffre di awal tahun 60-an.
Ini terjadi di awal era perjalanan luar angkasa dan selama Perang Dingin, ketika seseorang menjadi tertarik pada reaksi tubuh terhadap isolasi yang lama, misalnya, di kapsul luar angkasa atau di tempat perlindungan bom setelah perang atom.
Pada tahun 1962, Sifr yang berusia 23 tahun membuat terobosan dengan eksperimen berani di mana dia dapat membuktikan bahwa kita memiliki jam built-in, seperti tanaman.
Ia mengisolasi dirinya dari dunia sejak 18 Juli hingga 14 September 1962 di Gua Gletser Scarasson, yang terletak di Pegunungan Alpen Prancis pada kedalaman 100 meter di bawah tanah.
Sifr mempertahankan kontak dengan dunia luar hanya melalui saluran telepon, yang biasa dia laporkan ketika dia pergi tidur dan ketika dia bangun.
Disorientasi parah
Tidak adanya rangsangan dan jam eksternal, dari waktu ke waktu, benar-benar membuat Sifr kehilangan arah dalam hal berlalunya waktu (dan, seperti yang kemudian dia akui, hampir membuatnya gila).
Sifr sendiri percaya bahwa dia tidur dalam siklus 15 jam dan bahwa dia telah benar-benar kehilangan kontak dengan ritme sirkadian alami. Namun ternyata tubuhnya mencatat waktu dengan sempurna, hidup berhari-hari dengan rata-rata lamanya 24,5 jam.
Setelah Sifr menghabiskan 63 hari di gua es, dia akhirnya keluar ke terang hari, percaya bahwa itu adalah tanggal 20 Agustus di kalender. Dengan kata lain, dia kehilangan pikirannya selama sebulan penuh.
Tapi tubuh tahu lebih baik. Dan Sifr mampu membuktikan sekali dan untuk semua bahwa kita, manusia, dilengkapi dengan jam biologis.
Semakin banyak ilmuwan mempelajari topik ini
Beberapa tahun kemudian, Michel Sifre melakukan eksperimen serupa lainnya, tetapi kali ini sebagai pengamat untuk dua penjelajah gua lainnya, Josie Laures dan Antoine Senni. Mereka, juga, membiarkan diri mereka diisolasi di bawah tanah, masing-masing di gua mereka sendiri, berjarak sekitar seratus meter.
Satu-satunya orang di permukaan bumi yang selalu berhubungan dengan Lores dan Senny melalui telepon adalah para ilmuwan, yang mencatat waktu tidur, indikator fisik, dan makanan mereka.
Lores dan Senny tidak harus menderita kemalasan, tujuan percobaan bukanlah untuk sepenuhnya menghilangkan rangsangan sensorik mereka, mereka diizinkan, katakanlah, untuk mendengarkan musik atau melakukan semacam pekerjaan manual: misalnya, Lores merajut.
Lores menghabiskan 88 hari di guanya, sedangkan Senny menghabiskan 126 hari di guanya. Ketika mereka akhirnya keluar dari sana, keduanya dalam kondisi fisik yang relatif baik, tetapi lebih bingung dari Sifr setelah percobaan.
Antoine Senny percaya, misalnya, bahwa dia meninggalkan gua pada 4 Februari, ketika tanggal yang benar adalah 5 April. Josie Lores secara umum dalam kondisi fisik yang baik, tetapi butuh waktu yang sangat lama untuk memulihkan siklus tidur yang alami.
05 April 1965. Antoine Senny (tengah) meninggalkan gua setelah 125 hari kesendirian. Dia disambut oleh Josie Lores (kanan), peserta lain dalam eksperimen yang menghabiskan 88 hari dalam isolasi / AP Photo
Saat itu, isolasi bahkan berhasil menipu jam biologis.
Ternyata Senny jatuh pada ritme yang sedemikian rupa sehingga dia bisa tidur selama 30 jam berturut-turut, meski dia sendiri percaya bahwa dia hanya berbaring untuk tidur siang ringan.
Realitas tidur yang indah
Studi terbaru secara terpisah telah menunjukkan bahwa orang dapat memperpanjang siklus tidur mereka hingga 48 jam jika mereka tidak terpapar rangsangan eksternal.
Tetapi juga percobaan berulang dengan isolasi telah menunjukkan bahwa jam internal seseorang, ritme sirkadian kita, secara alami terjadi dalam siklus yang lebih dari 24 jam. Tapi di manakah jam ini, secara fisik?
Semua ini terkait dengan area kecil di otak - inti suprachiasmatic dari hipotalamus. Ini seukuran sebutir beras. Dalam praktiknya, jam biologis inilah yang mengatur ritme harian kita.
Dan ia mendapat informasi waktu dasar dari matahari. Di malam hari, saat lampu padam, ia mengirimkan sinyal ke kelenjar pineal untuk mulai memproduksi melatonin, yang memerintahkan tubuh untuk pergi tidur.
Di musim panas, mekanisme ini bekerja sebaliknya, tingkat melatonin turun, karena jumlah cahaya meningkat, yang antara lain meningkatkan produksi prolaktin pada wanita, yang meningkatkan kesuburan.
Jadi, setiap orang yang lahir di wilayah titik balik musim semi, mungkin, harus berterima kasih kepada matahari musim panas, yang sembilan bulan sebelumnya membuat ayah dan ibu berada dalam suasana hati yang tepat.
Mereka yang tidak melihat
Inti suprachiasmatic, yang mengatur jam internal kita, keluar, menerima sinyal dari mata, melalui penglihatan. Tapi bagaimana dengan orang buta? Bagaimana jam biologis mereka diatur?
Padahal, para penyandang tunanetra memang kerap mengalami gangguan tidur dan harus mengonsumsi melatonin untuk meredakan gejalanya.
Tetapi ada penelitian di Amerika dan Inggris yang menunjukkan bahwa bahkan pada orang buta total yang telah menghancurkan sendiri sel retinal visual, yaitu yang disebut batang dan kerucut, mata dapat mencatat cahaya, bahkan jika orang itu sendiri tidak mengetahuinya.
Dengan kata lain, sinyal masih bisa masuk ke hipotalamus melalui saraf optik. Jadi jam biologis Anda mungkin berfungsi meskipun Anda tidak dapat melihat. Dan meskipun jam internal kita terus berfungsi untuk waktu yang lama dalam isolasi, tanpa cahaya kita sakit.
Percobaan dengan tikus laboratorium menunjukkan bahwa tikus yang ditempatkan di kegelapan untuk waktu yang lama menderita gejala yang mirip dengan depresi.
Kekurangan cahaya mengurangi sekresi dopamin, memengaruhi kadar gula darah, dan bahkan merusak memori. Baik pada tikus maupun manusia.
Rusa Licik
Namun demikian, rusa kutub yang merumput di utara di Lapland telah menyelesaikan semuanya dengan cara yang sangat cerdas. Bagaimanapun, mereka hidup dalam kegelapan terus menerus, kemudian dalam cahaya terus menerus, tergantung pada musim, jadi mereka harus terus-menerus stres.
Tetapi ternyata jam biologis rusa bekerja agak berbeda dari jam kita. Jam internal kami memastikan bahwa melatonin dilepaskan dalam siklus 24 jam yang relatif teratur.
Pada rusa, produksi melatonin lebih terkait langsung dengan jumlah cahaya yang diterima, daripada jam biologis yang ditentukan secara genetik.
Artinya, kadar hormon meningkat saat gelap, dan menurun saat terang. Dengan kata lain, rusa tidak memiliki ritme diurnal, melainkan dapat dikatakan bahwa mereka memiliki ritme tahunan.
Hal ini memungkinkan mereka untuk terus mengunyah lumutnya jika mereka dapat menemukannya, terlepas dari waktu dan tanpa terganggu oleh jam internal yang menyatakan sudah waktunya untuk tidur.
Dan sepertinya ini adalah opsi yang berfungsi bagi mereka. Pikirkan sendiri, apakah Anda pernah melihat rusa dengan depresi?
Marcus Rosenlund
