קבוצת חוקרים בראשותו של ד”ר גד אשר ממכון ויצמן פיענחה את סוד השעון הביולוגי
לכל זמן ועת לכל חפץ תחת השמיים, אמר המלך שלמה, החכם מכל אדם: עת ללדת ועת למות, עת מלחמה ועת שלום. המדע המודרני מפרט ואומר שיש גם עת לקום – בשש בבוקר, כאשר חילוף החומרים מתחיל לפעול; עת לאהוב – בשמונה בבוקר, כאשר הורמוני המין מתקרבים לשיא; עת לבקר אצל רופא השיניים – בשתיים בצהריים, כאשר הרגישות לכאב יורדת; ועת להימנע מלנהוג – בשתיים בבוקר, כאשר הגוף נערך לשינה עמוקה.
לוח הזמנים המדוקדק הזה נקבע על ידי שעונים ביולוגיים פנימיים, שפועלים במחזור של כ-24 שעות, וקרויים “שעונים צירקדיים”, מונח הגזור מהביטוי הלטיני circa diem, שמשמעותו “בערך יום”. שעונים אלה מבקרים את התנודות היומיות בקצב הלב, בלחץ הדם, בתיפקוד הכליות, בחום הגוף, בשינה, בתחושות סנסוריות ובהפרשות הורמונים. השעון הצירקדי הראשי אשר מצוי במוח מסנכרן את השעונים הרבים הפזורים בפריפריה – לא רק בכל איבר מאיברי הגוף, אלא בכל אחד מתאיו. “הגוף שלנו הוא למעשה אוסף ענק של שעונים מיקרוסקופיים, שכולם מתקתקים בצורה מתוזמנת”, אומר ד”ר גד אשר, שהצטרף באחרונה למחלקה לכימיה ביולוגית של מכון ויצמן למדע. “יתר על כן, הדבר המדהים הוא, שכל השעונים האלה מתפקדים היטב – גם כאשר מגדלים את אותם תאים בתרבית”.
המטרות העיקריות של ד”ר אשר הן לגלות מדוע אנו זקוקים לשעונים צירקדיים, וכיצד הם פועלים. המדע עדיין אינו מסוגל לענות על שאלות אלה, אך ברור שהשעונים הם חיוניים. ראשית, מחקרים מראים כי אנשים אשר עובדים במשמרות נמצאים בסיכון מוגדל לחלות בסרטן, בסוכרת, ובהשמנת יתר, ולסבול מהזדקנות מוגברת, כנראה מפני שהשעונים הצירקדיים שלהם משובשים על-ידי שעות עבודה שאינן מתאימות למחזור רגיל של יום ולילה. סימן נוסף לחשיבות השעונים: הם נשמרו לאורך מיליוני שנים של אבולוציה, מצמחים וחיידקים ועד לבני אדם, דבר המעיד בדרך כלל על כך שהטבע “מחשיב” את המנגנון כחיוני. בנוסף לכך, 15% מכל הגנים שלנו מצייתים לקצב הצירקדי. “זהו מספר גבוה מאוד. זה אומר, שתהליכים רבים בגופנו מתרחשים באופן שונה לחלוטין בשעות שונות של היום”, אומר ד”ר אשר.
דוגמה מובהקת לתהליך מסוג זה התגלתה במקרה – כפי שקורה לעיתים קרובות במדע – במעבדתו של פרופ’ אולי שיבלר באוניברסיטת ז’נבה. מספר שנים לפני שד”ר אשר הגיע למעבדה זו כדי לערוך את מחקרו הבתר-דוקטוריאלי, גילתה קבוצת המחקר של פרופ’ שיבלר, כי אפשר להפיק כמויות גדולות במיוחד של חלבון הקרוי DBP מתאי כבד. אבל, לאחר שהמדענים כבר פירסמו את הממצאים בכתב-עת מדעי יוקרתי, התגלה דבר חמור: הם חזרו על אותם הניסויים, אך לא הצליחו להפיק את החלבון. את חברי הקבוצה תקפה פאניקה, אך מהר מאוד נפתרה התעלומה: התברר, שאת הניסויים המקוריים ביצע סטודנט שנהג להגיע למעבדה בשש בבוקר, מפני שהיה רגיל להשכים קום בבית משפחתו – משפחת איכרים שווייצריים. לעומת זאת, את הסבב השני של הניסויים ביצע סטודנט אמריקאי שנהג לבלות עד שעות הבוקר, להשלים את שעות השינה במשך היום, ולהגיע למעבדה רק בשתיים בצהריים. החלבון שבניסויים היה בין החלבונים הנשלטים על-ידי השעון הצירקדי: בשעות הבוקר הפרישו אותו התאים בכמויות גדולות פי 100 לעומת הפרשתו אחר הצהריים. התגלית המרתקת הובילה לסדרה ארוכה של מחקרים על שעונים צירקדיים במעבדתו של פרופ’ שיבלר בז’נבה. “ז’נבה היא מרכז עולמי לא רק בכל הנוגע לשעונים שווייצריים, אלא גם בתחום השעונים הצירקדיים”, אומר ד”ר אשר.
אחת השאלות המרכזיות שמתכנן ד”ר אשר לחקור קשורה בבקרה על השעונים הצירקדיים. ידוע, כי השעון המרכזי שבמוח מתכוונן מדי יום באמצעות המחזור היומי של חושך ואור. אך באיברים אחרים, השעונים רגישים לזמני האכילה, ולכן נראה שהם מקבלים איתותים מכוונים בהתאם למצבם המטבולי של התאים. בזמן עבודתו במעבדה של פרופ’ שיבלר בשווייץ גילה ד”ר אשר, שחלבון הקרוי SIRT1, הממלא תפקיד מפתח בחילוף החומרים בתא, שולט גם בפעילות השעונים הצירקדיים. לפי כתב-העת המדעי Cell, התגלית מעידה כי הגן SIRT1 הוא “החוליה החסרה” המקשרת בין חילוף החומרים לבין השעונים הצירקדיים. במעבדתו החדשה במכון ויצמן מתכנן ד”ר אשר להרחיב את המחקר על קשרי הגומלין בין גורמים מטבוליים לבין מנגנונים צירקדיים.
שאיפתו של ד”ר אשר היא לברר כיצד פועלים השעונים הצירקדיים ברמת התאים והמולקולות, וכיצד מסנכרן השעון המרכזי שבמוח את השעונים שבאיברי הגוף האחרים. מחקריו נועדו לענות על שאלות בסיסיות בביולוגיה, אשר קשורות למצבים רבים של הגוף הבריא והחולה, החל ביעפת (ג’ט-לאג) ובהפרעות שינה, וכלה בסרטן, סוכרת, השמנת יתר והזדקנות.
גד אשר נולד ברמת גן, והחל ללמוד מתמטיקה במסגרת תוכנית מיוחדת לקידום מצוינות באוניברסיטת תל אביב, אך עבר בהמשך ללימודי רפואה. הוא קיבל תואר רופא בהצטיינות בשנת 1998. כבר במהלך לימודי הרפואה הוקסם ממחקר ביולוגי, ובילה שלושה קיצים בהשתלמויות מחקר במכון ויצמן. בזמן התמחותו ברפואה פנימית במרכז הרפואי על-שם סוראסקי בתל אביב נרשם ללימודי תואר שלישי מחקרי במחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע, אותו עשה בהנחיית פרופ’ יוסף שאול. לאחר שקיבל תואר דוקטור, בשנת 2006, החליט להקדיש את כל זמנו למחקר. הוא ערך מחקר בתר- דוקטוריאלי במשך ארבע שנים באוניברסיטת ז’נבה שבשווייץ, ובמאי 2011 הצטרף למכון ויצמן למדע כחוקר בכיר. מחוץ לעיסוקו במדע, הוא נהנה לנגן יצירות קלאסיות בפסנתר, להשתתף במירוצי אופניים ולעסוק בטיפוס הרים.
14 תגובות
אפשר בבקשה חלוקה מסודרת לפי שעון היום איזה הורמון פועל?
הטאואיסטים הסינים גילו את המחזוריות היומית והשנתית של הפעילות הגופנית והמנטלית, לפני שנים רבות [ 3000 ] .
ערנסט
שאלת היחס בין החיים לזמן היא שאלה שנחקרה רבות. על מנת לענות אם השעון הוא “פנימי” הכניסו בעלי חיים (כולל כאלה שחיים מתחת לקרקע כגון חולד), חיידקים, צמחים וכו’ לתוך משטר תאורה קבוע לפרקי זמן ממושכים, וראו שהם ממשיכים להראות מחזורים של 24 שעות בהתנהגותם.
באשר לניטרינים – תשמע, בשביל לגלות את החלקיק הזה הפיזיקאים היו צריכים להשתמש במכשירים בגודל של הר מכיוון שהחלקיקים האלה לא מגיבים עם שום דבר כמעט, אז לא כל כך סביר שחיידקים קולטים אותם ומגיבים אליהם.
אני מאמין שבעתיד ימצאו קשר הדוק ביותר בין הקצב שקובעת השמש לבן כל הרוחש כאן
מהאטום התא ….אולי זה באמצעות חלקיקים כגון ניטרינים .הגיוני שישנם עוד גופים או אנרגיות
/כוחות שמשפיעים גם הם.
נראה לי קצת לא נכון לומר שהשעון הביולוגי בחי בצומח היינו “פנימי”.
לערנסט
אם תשים ציפור בחושך מוחלט למשך תקופה ארוכה תראה שהפעילות שלה עולה ויורדת במחזוריות של קצת פחות מ-24 שעות. כמו כן, תראה שינויים לאורך השנה. בניסוי שנעשה בציפורי שיר הראו שהן נהיות פעילות בלילה פעמיים בשנה, והן אכן נודדות בלילה, פעמיים בשנה.
ובנוסף, כמובן שיש כוונון של השעון באמצעות אור, כפי שציינתי למעלה.
מכאלק
הציפור כדוגמה לא מקיצה או נרדמת לפי שעון פנימי או שעון אחר אלא לפי מצב השמש
שמשתנה מיום ליום,. נראה שמתבצע כל יום בבוקר סוג של כיוון או התאמה בשעון הפנימי
לשעון השמש בכל הקשור לפעילות היום יומית .
ואילו למערכות עונתיות כגון רבייה יש בה שעון שמכוון לפי קצב או מצב העונות ו./או אקלים.
כדאי מאוד לא להעתיק בעוורון את מה שמכון ויצמן מפרסם!
הכותרת היא פשוט בדיחה גרועה. ה”סוד” של השעון המולקולרי פוענח לפני כ-2 עשורים 🙂 קצת פספס את הרכב, החוקר הנכבד 🙂
מה שאותו חוקר טוען שהוא גילה זה גן (אחד!! לומר שהוא החולייה החסרה זו שוב, הגזמה, אבל לא נוראית כמו הקודמות :)) שבאמצעותו תהליכים מטבוליים מבקרים את פעילות השעון הצירקדי.
יואל וערנסט,
השעון פועל באמצעות 2 גנים שתוצריהם משתיקים זה את ביטויו של זה, ולכן רמתם עוברת תנודות במחזוריות של קצת פחות מ-24 שעות. בנוסף, ההשפעה של גורמים שונים על רמתם יכולה לפעול לכיוונון מחדש של השעון. בזבובים, למשל, אחד החלבונים הללו רגיש לאור, כך שתאורה בשעות משתנות תגרום לפירוקו ולשינוי המחזוריות.
נקודה,
ההנחה שתכונה שאתה רואה היא אופטימלית מבחינה אבולוציונית היא טענה פופולרית מאוד אבל מטעה. האבולוציה פועלת במסגרת האילוצים הקיימים, כך שתכונה יכולה להיות תוצאה של אילוצים שונים ומשונים ולא של ברירה טבעית לטובתה. כפי שציין יגאל: ייתכן שהשעון לא מספיק להתפתח כיוון שיש צורך לפתח דברים אחרים קודם, או שהתינוק פשוט נהיה רעב או שכאבי בטן יכולים לגרום להתעוררויות על אף השעון. בקיצור – אל תניח שמה שכל תכונה היא פרי של אבולוציה עצמאית.
לא מצאתי שום כיוון בסקירה לא לשאלה של מהות המנגנון מה קובע את המקצב הפנימי שלו [אצלי בשעון זה הקוורץ ] ולא למנגנון סכרוניזציה בין התופעות החיצוניות [אור וחושך ] שגם הם עצמם משתנים לפי העונות והגאוגרפיה וגם לא בין האברים.
נקווה שימצאו. אגב שמעתי על פרויקט/ניסוי תרופתי שבו התאימו את לקיחת התרופות למצב של השעון הביולוגי ויכולת הספיגה המרבית ,וכך הצליחו להוריד בעשרות ובתרופות מסוימות מאות אחוזים, את המינון. זה נראה אלמנטרי מול נתון של פעילות פי 100 של הכבד ברור שתרופה שמנוטרלת על ידו ניתן להתגבר על ההתנגדות ביתר קלות כשהוא ‘ישן’ ולהיפך תרופה שמדרבנת אותו כשהוא פעיל.
בריאות ואושר
מבחינה אבולוציונית יש יתרון ברור ליקיצה בשעות הלילה…. מדוע זה לא מקובל שיש להסביר זאת?
אם ניקח לדוגמה ציפור , הרי בכל מהלך חייה ,היא פועלת בתאום עם “שעונים” שמחוץ לגופה כמו, שמש, ירח, מזג אוויר, ועונות השנה.כלומר שגופה פועל לפי לוח זמנים לא קבוע לא יציב ולעולם לא חוזר על עצמו.זה משפיע על כל אחד מהתהליכים שמוזכרים בכתבה רעב, הורמונים, שינה עוד.
השעון הביולוגי אולי מתקתק בקצב קבוע, אולם בניגוד לשעונים שלנו, הוא מצלצל להאיר את הישן
על פי מצב השמש המשתנה מיום ליום. ומצלצל לגוף להתחיל ליצר הורמונים בנקודה זמן מסוימת
הקשורה לעונות השנה המשתנות מידי שנה בשנה ובאורכן, בתחילתן ובסופן..
‘חלקים במוח’ כמובן
נקודה,
במאמר צוין שהשעון הצירקדי במוח מסנכרן את יתר השעונים בגוף. יש חלקים שמוח שהתפתחותם מבשילה בגיל מאוחר יחסית (אחד ההבדלים בין האדם ליתר בעלי החיים) וייתכן שהחלק האחראי לשעון הצירקדי במוח הוא אחד מהם.
נשמע מרתק!
מדוע לתינוקות אין מחזור 24 שעות(זה מה ששמעתי)?
זה נראה שבעבר היה יתרון אבולוציוני למחזור לא סדיר (להעיר את ההורים אקראית ולהבריח טורפים?)