כל תוכן iLive נבדק מבחינה רפואית או נבדק למעשה כדי להבטיח דיוק עובדתי רב ככל האפשר.
יש לנו קווים מנחים קפדניים המקור רק קישור לאתרים מדיה מכובד, מוסדות מחקר אקדמי, בכל עת אפשרי, עמיתים מבחינה רפואית מחקרים. שים לב שהמספרים בסוגריים ([1], [2] וכו ') הם קישורים הניתנים ללחיצה למחקרים אלה.
אם אתה סבור שתוכן כלשהו שלנו אינו מדויק, לא עדכני או מפוקפק אחרת, בחר אותו ולחץ על Ctrl + Enter.
השעון הביולוגי שומר על מחזור של 24 שעות על ידי שינוי תפקוד הגנים בתנאים חמים
סקירה אחרונה: 27.07.2025
חוקרים בראשות גן קורוסאווה במרכז RIKEN למדעים תיאורטיים ומתמטיים בין-תחומיים (iTHEMS) ביפן, השתמשו בפיזיקה תיאורטית כדי לגלות כיצד השעון הביולוגי שלנו שומר על מחזור יציב של 24 שעות גם כאשר הטמפרטורה משתנה.
הם גילו שיציבות זו מושגת על ידי שינוי עדין ב"צורה" של מקצבי פעילות הגנים בטמפרטורות גבוהות יותר, תהליך המכונה עיוות צורת גל. תהליך זה לא רק מסייע בשמירה על זמן מדויק, אלא גם משפיע על מידת הסנכרון של השעונים הפנימיים שלנו עם מחזור היום-לילה. המחקר פורסם בכתב העת PLOS Computational Biology.
האם תהיתם פעם איך הגוף שלכם יודע מתי לישון או להתעורר? התשובה פשוטה: לגוף שלכם יש שעון ביולוגי שפועל במחזור של בערך 24 שעות. אבל מכיוון שרוב התגובות הכימיות מאיצות ככל שהטמפרטורות עולות, זו תעלומה כיצד הגוף מפצה על שינויי טמפרטורה לאורך השנה - או אפילו כשאנחנו נעים בין חום הקיץ בחוץ לקרירות של חדרים ממוזגים.
השעון הביולוגי פועל באמצעות תנודות מחזוריות ברמות ה-mRNA - המולקולות המקודדות לייצור חלבונים - המתרחשות כאשר גנים מסוימים מופעלים וכבים באופן קצבי. כשם שניתן לתאר את תנועת המטוטלת על ידי גל סינוס מתמטי, העולה ויורד בצורה חלקה, ניתן לייצג את קצב ייצור ודקיקת ה-mRNA על ידי גל תנודתי.
צוותו של קורוסאווה ב-RIKEN iTHEMS, יחד עם עמיתיו באוניברסיטת YITP קיוטו, יישמו שיטות מהפיזיקה התאורטית כדי לנתח את המודלים המתמטיים המתארים את התנודות הקצביות הללו של mRNA. בפרט, הם השתמשו בשיטת קבוצת הרנורמליזציה, כלי רב עוצמה מהפיזיקה המאפשר לחלץ תהליכים דינמיים מרכזיים, המשתנים באיטיות, ממערכת הקצב של mRNA.
הניתוח הראה שככל שהטמפרטורה עלתה, רמות ה-mRNA עלו מהר יותר וירדו לאט יותר, אך משך המחזור נותר קבוע. בגרף, קצב זה בטמפרטורות גבוהות נראה כמו גל א-סימטרי מעוות.
כדי לבחון את המסקנות התאורטיות באורגניזמים חיים, החוקרים ניתחו נתונים ניסויים על זבובי פירות ועכברים. ואכן, בטמפרטורות גבוהות, בעלי חיים אלה הראו את עיוותי צורת הגל החזויים, מה שאישר את נכונות המודל התאורטי.
המדענים מסיקים כי עיוות צורת הגל הוא המפתח לפיצוי טמפרטורה בשעון הביולוגי, ובמיוחד להאטת הירידה ברמות ה-mRNA עם כל מחזור.
הצוות מצא גם שעיוות צורת גל משפיע על יכולתו של שעון הגוף להסתנכרן עם רמזים חיצוניים, כגון אור וחושך. הניתוח הראה שעם עיוות צורת גל גדול יותר, השעון יציב יותר ופחות מושפע מרמזים חיצוניים.
מסקנה תיאורטית זו חפפה לתצפיות ניסיוניות בזבובים ובפטריות, והיא חשובה משום שמחזורים לא סדירים של אור-חושך הפכו לחלק מהחיים המודרניים עבור רוב האנשים.
"התוצאות שלנו מראות שעיוות צורת הגל הוא מרכיב קריטי באופן שבו השעון הביולוגי נשאר מדויק ומסונכרן, גם כאשר הטמפרטורה משתנה", אומר קורוסאווה.
הוא מוסיף כי מחקר עתידי יוכל להתמקד בזיהוי המנגנונים המולקולריים המאטים את הירידה ברמות ה-mRNA וגורמים לעיוות צורת הגל. החוקרים מקווים גם לחקור כיצד עיוות זה משתנה בין מינים או אפילו פרטים, שכן גיל והבדלים אינדיבידואליים יכולים להשפיע על תפקוד השעון הביולוגי.
"בטווח הארוך", מציין קורוסאווה, "מידת עיוות צורת הגל בגנים של השעון עשויה להפוך לסמן ביולוגי להבנה טובה יותר של הפרעות שינה, ג'ט לג והשפעות ההזדקנות על השעון הפנימי. זה יכול גם לחשוף דפוסים אוניברסליים של מקצבים - לא רק בביולוגיה אלא בכל מערכת עם מחזורים חוזרים".