Uurimus ajast: kuidas tsirkadiaansed rütmid meie elu ja meelolu mõjutavad

Miks sama kogus alkoholi püsib organismis öösel kauem kui päeval? Miks habe kasvab päeval kiiremini kui öösel? Miks insuldid ja südameatakid on kõige tavalisemad hilisel hommikul? Põhjuseks on tsirkadiaanne kell meie sees, kirjutab Alan Burdick raamatus „Miks aeg lendab“

Me mõtleme ajast pidevalt: hindame selle kestust, arvestame eilse ja homsega, teeme vahet, mis on enne ja pärast. Me elame ajas ja mõtleme sellest, ennustades, meenutades ja märgates selle kulgemist.

Üldiselt on need kogemused teadlikud ja nii palju, kui teame, meie liigile ainuomased. Kuid nende all, nõudmata mingit mõtlemist, täites kogu ligi neli miljardit aastat kestnud elu, on tsirkadiaanne tsükkel, päevaajad. Bioloogilise nähtuse kohta on see oma usaldusväärsuses tähelepanuväärselt mehaaniline ja viimasel kahel kümnendil on teadlased teinud selle geneetiliste ja biokeemiliste aluste kirjeldamisel suuri edusamme. Kõigist kelladest meie sees on tsirkadiaansest kellast kaugelt kõige paremini aru saadud. Kui kujutada inimese aja teaduslikku uuringut füüsilise rännakuna, algaks see kuivalt ja kindlalt maapinnalt ja päevavalges koos meie teadmisega tsirkadiaansetest rütmidest ning laskuks soisesse videvikku.

Tsirkadiaanseid rütme seostatakse tavaliselt une ja ärkveloleku tsükliga. Kuid see on eksitav indikaator: olgugi et tsirkadiaanne kell mõjutab unemustreid, alluvad need ka teadlikule kontrollile. Te võite otsustada minna varakult voodisse ja ärgata varakult üles, elada nagu öökull, magades päev otsa ja olles öö läbi üleval, või koguni loobuda üldse magamisest mitmeks päevaks. Tsirkadiaanset kella nii kergesti juba ei seljata. Kui see olekski võimalik, ei tasuks see ennast ära.

Täpsema viisi tsirkadiaansete rütmide jälgimiseks, vähemalt inimeste puhul, pakub kehatemperatuur. Ehkki sageli öeldakse, et inimese keskmine kehatemperatuur on 37 °C (tegelikult on see 36,8 °C), on see üksnes keskmine. Päeva jooksul varieerub kehatemperatuur kuni ühe kraadi jagu; see lainetab, saavutades kõrgpunkti kesk- ja hilise pärastlõuna vahel ning langeb kõige madalamale koidueelsetel tundidel enne ärkamist. Maksimumtemperatuuri amplituud ja ajastus on individuaalne, ka tegutsemine ja haigus võivad keha soojendada. Kuid meis kõigis avaldub kehatemperatuuri tõus ja langus kellavärgi täpsusega iga päev, päev päeva järel.

Ka teised kehafunktsioonid järgivad ranget tsirkadiaanset tsüklit. Südame löögisagedus puhkeolekus võib varieeruda sõltuvalt päevaajast paarikümne löögi jagu minutis, see on madalaim kella kahe ja nelja vahel hommikul, kerkib päeva jooksul ja saavutab kõrgpunkti keskpäeval. Öösel eritame vähem uriini kui päeval, mitte ainult sellepärast, et joome vähem, vaid seetõttu, et hormoonide (mille vallandumine järgib samamoodi tsirkadiaanset tsüklit) tegevus paneb neerusid rohkem vedelikku kinni hoidma. Võiksite oma igapäevaseid tegevusi tsirkadiaanse kella järgi kavandada. Füüsiline koordinatsioon ja reaktsiooniaeg saavutavad lae kesklõunal, süda on kõige võimekam ja lihased kõige tugevamad viie ja kuue paiku pärastlõunal, valulävi on kõrgeim varahommikul, tehes sellest ideaalse aja hambakirurgia jaoks.

Alkoholi lagundatakse kõige aeglasemalt kella kümnest õhtul kella kaheksani hommikul, sama kogus alkoholi püsib organismis öösel kauem kui päeva ajal, mistõttu olete rohkem purjus. Naharakud poolduvad kõige kiiremini kesköö ja kella nelja vahel hommikul, samas kui habe kasvab päeval kiiremini kui öösel. Õhtul habet ajav mees ei ärka hommikul üles habemetüükaga.

Need rütmid mõjutavad oluliselt tervist. Insuldid ja südameatakid on kõige tavalisemad hilisel hommikul, mil vererõhk kerkib kõige kiiremini. Kuna hormoonide tase kõigub loomulikult 24 tunni jooksul, varieerub oluliselt ka ravimite toime, sõltudes sellest, millisel päevaajal neid manustatakse – sellest tõsiasjast on arstid ja haiglad üha teadlikumad. Sama kehtib kõigi loomade puhul. Ühes kahetsusväärses laboriuuringus tappis potentsiaalselt surmav adrenaliiniannus nii vähe kui kuus ja nii palju kui 78 protsenti laborirottidest, sõltuvalt sellest, millal neile seda anti. Teatud putukatõrjevahendid surmavad pärastlõunati rohkem märklauaks olevaid putukaid.

Tsirkadiaansed rütmid mõjutavad ka meeleolu ja vaimset ärksust. Ühes uuringus paluti katsealustel kriipsutada ajakirjas 30 minuti jooksul läbi nii palju e-tähti kui võimalik. Nende võimekus oli kõige kehvem kell 8 hommikul ja parim kell 8.30 õhtul.

Ka ärksus on tugevalt tsirkadiaanne. See saavutab lae, kui kehatemperatuur on kõrgeim, ja langeb põhja, kui kehatemperatuur on madalaim. Viimane periood satub enamiku inimeste puhul koidueelsetele tundidele. Üks tagajärgi on, et öises vahetuses töötajad ei ole kaugeltki nii tootlikud, kui nad ise ehk arvavad. Kella kolme ja viie vahel hommikul reageerivad töötajad häiresignaalile kõige aeglasemalt ja loevad suurima tõenäosusega mõõteriistu valesti. Matemaatik Steven Strogatz on täheldanud, et Tšernobõlis, Bhopalis, Three Mile Islandil ja Exxon Valdezi pardal toimunud õnnetused, mille kõigi põhjuseks peetakse inimlikku eksimust, juhtusid neil tundidel, mida vahetuses töötajad kutsuvad zombi-tsooniks. Liigina on inimesed veidral kombel altid lõbustama seda zombit, aga teadus paljastab üha enam selle flirdi kahjulikke mõjusid.

Tsirkadiaanses kellas on tiksujaks raku koostisosad – geenid, proteiinid – ja nendevaheline dialoog. Iga elusrakk sisaldab DNA-d, tihedalt rullikeeratud geneetilise materjali ahelaid. Eukarüootides, suures organismide rühmas, kuhu kuuluvad kõik loomad ja taimed, hoitakse DNA-d rakutuumas. Iga DNA-ahel on tegelikult kaks ahelat, mis on keskelt tõmbluku kombel ühendatud, moodustades kaksikheeliksi. Ahelad omakorda koosnevad nukleotiididest, mis moodustavad erineva pikkusega geene. DNA on väga dünaamiline. See avaneb regulaarselt, et paljastada mõni geen (või mitu), valmistab sellest töötava koopia ja saadab tuumast välja raku tsütoplasmasse, kus meisterdatakse selle malli põhjal erinevaid proteiine. Kujutage ette tegusat arhitekti saarel, saatmas kirja teel projekti mandril asuvale tootjale, kes ehitab seal projekti põhjal mitmesuguseid roboteid.

Enamik geene edastavad koodi proteiinidele, mis toimetavad kusagil mujal rakus; need koonduvad molekulideks, katalüüsivad ainevahetusreaktsioone ja parandavad sisemisi kahjustusi. Kuid tsirkadiaanse kella geenid – neid on kaks peamist – on teistsugused. Need edastavad koodi proteiinide paarile, mis kuhjuvad tsütoplasmasse ja immitsevad lõpuks tagasi rakutuuma, kus kinnituvad alggeenide aktivaatorite külge ja lülitavad need välja. Lühidalt on „kell“ natuke enamat kui geenide paar, mis lülitavad lõpuks erinevate vahendajate abil iseennast välja. Meie arhitekt ei saada lihtsalt kirja teel välja projekti, vaid ta paneb pudelipostiga teele sõnumid, mis on suunatud temale endale tulevikus. Lõpuks, kui merre on kogunenud piisavalt palju pudeleid, jõuab sõnum temani ja ütleb: „Tee väike uinak.“

Õigupoolest töötab sarnase ülesehitusega tsirkadiaanne kell kõigis loomades alates sipelgatest ja mesilastest kuni põhjapõtrade ja ninasarvikuteni. Taimedel on tsirkadiaanne kell, mida paljud liigid kasutavad selleks, et lülitada hommikuste putukarünnakute ootuses sisse keemilised kaitsemehhanismid; taimed panevad rünnakutele paremini vastu, kui nende kellad funktsioneerivad normaalselt. Rice’i ülikooli rakubioloog Janet Braam avastas koos kolleegidega, et kapsaste, mustikate ning teiste puu- ja köögiviljade tsirkadiaansed kellad jätkavad tiksumist isegi pärast taimede koristamist. Ent toidupoe pidevas valguses – või külmiku pidevas pimeduses – hakkavad tsirkadiaansed rütmid hajuma, nagu ka võtmeühendite tsükliline tootmine, muutes taime putukate suhtes tundlikumaks ja ehk ka nõrgendades selle maitset ja koguni toiteväärtust. Me muudame oma köögiviljad … köögiviljadeks.

Isegi vähenõudlikus, kuid põhjalikult uuritud Neurospora’s, leiva peal kasvavas hallituses, käib tsirkadiaanne kell. Taimede ja loomade kellade ühised aspektid on piisavalt silmatorkavad ja tugevad, et mõned bioloogid kahtlustavad, et me kõik oleme töötanud ühe ja sama kella mingi versiooni järgi alates ajast, mil esimesed hulkraksed organismid 700 miljonit aastat tagasi Maale ilmusid. Mulle tundub see mõte lohutav, kui mõtisklen hommikul kell 4.27 oma teadvuse ja surelikkuse üle. Ma kuulun ilmselt ainsasse liiki, mis näeb ette lõppu. Muru valmistub vastu võtma päikest, laskmata end häirida väljavaatest sattuda minu muruniiduki kätte. Nagu mina ärkan, nii ärkavad ka mesilased, ärkab õis kaugel maal asuval taimel, mis valmistab kohvi minu kohvimasinale, ja ka hallitus, mis koguneb leivale minu köögilaual. Sama pärand tiksub meis kõigis, öeldes meile aega ja jättes selle lugemise neile, kes seda suudavad.

Alan Burdick „Miks aeg lendab. Vaimukas uurimus igavesest mõistatusest“, kirjastus Helios 2017