Muszki owocówki i mimozy, czyli wyjaśnienie cyklu dobowego nagrodzone Noblem

Cykl dobowy to często jedyna naturalna miara czasu, której doświadczają organizmy żywe. Wiele z nich nie żyje na tyle długo, by zauważyć inny naturalny cykl - związany z obiegiem naszej planety wokół Słońca. Natomiast ciągła zmiana noc-dzień dotyka każdego żywego stworzenia wystawionego na działanie promieni słonecznych.

Jak to się dzieje, że organizmy żywe - zarówno rośliny jak i zwierzęta - potrafią dostosować się do cyklu dobowego na tyle dobrze, że jego zmiany (np. związane z podróżą między strefami czasowymi), zaburzają jego procesy życiowe?

Pierwsze badania związane z mechanizmem cyklu dobowego przeprowadził już w 18. wieku astronom Jean Jacques d'Ortous de Mairan. Obserwował on mimozę - roślinę która wyraźnie otwierała swoje liście i wystawiała je w kierunku słońca, w nocy zaś zwijała listki. De Mairan postanowił sprawdzić, co stanie się, gdy umieści roślinę w kompletnej ciemności. Rezultat go zdziwił - okazało się, że mimoza nadal zachowywała się, jakby przebywała pod wpływem promieni słonecznych. Roślina miała więc rodzaj wewnętrznego zegara, który zawierał instrukcje związane z cyklem dobowym.

Późniejsi badacze odkryli, że również zwierzęta i ludzie posiadają tego typu wewnętrzny zegar. Jego mechanizm jednak pozostawał niewyjaśniony.

Dopiero w latach 70. dwudziestego wieku Seymour Benzer oraz jego student Ronald Konopka postanowili odkryć mechanizm biologiczny stojący za cyklem dobowym. Zadali sobie pytanie: czy uda się odkryć gen, odpowiedzialny za jego implementację w naszych organizmach?

Początki ich badań było skromne: udało im się wyhodować muszki owocówki zmutowane tak, że ich cykl dobowy był nieprawidłowy. Wiedzieli w tym momencie że odpowiedni gen istnieje - nazwali go period (okres).

Jego działanie wyjaśnili jednak dopiero dwóch z laureatów tegorocznej nagrody Nobla z dziedziny medycyny i fizjologii: Jeffrey Hall oraz Michael Rosbash. W 1984 roku udało im się wyizolować gen period. Odkryli również mechanizm, jaki był używany do stworzenia cyklu dobowego: białko PER, którego ilość rosła w ciągu nocy, a malała w ciągu dnia, oscylując w codziennym rytmie. W jaki sposób ten cykl utrzymywał się, gdy ustawał cykl dobowy w otoczeniu organizmu (np. w całkowitej ciemności), wciąż pozostawało zagadką.

Wyjaśnił ją dopiero w 1994 roku trzeci z laureatów tegorocznego Nobla: Michael Young. Young wypełnił wszystkie brakujące elementy układanki: dwa białka TIM oraz PER wzajemnie blokowały swoją aktywność i kontrolowały swój poziom. Częstotliwość tego cyklu była regulowana przez gen odkryty przez Younga: doubletime, kodujący białko DBT. Cały model stworzony z cegiełek dostarczonych przez całą trójkę naukowców jest eleganckim, samoograniczającym się mechanizmem.

Za takie właśnie odkrycia dostaje się Nobla i dlatego ta nagroda jest tak prestiżowa. Wystarczy spojrzeć jak wiele lat minęło od publikacji - od tamtego czasu prace Halla, Rosbasha i Younga były weryfikowane, sprawdzane, ale i używane w pracach innych naukowców.