לעונה בה נולדים תינוקות יכולה להיות השפעה דרמטית ומתמשכת על אופן פעולת השעונים הביולוגיים שלהם.
זו המסקנה של מחקר חדש שפורסם באינטרנט ב-5 בדצמבר על ידי כתב העת Nature Neuroscience. הניסוי מספק את הראיות הראשונות להטבעה עונתית של שעונים ביולוגיים ביונקים ונערך על ידי פרופסור למדעי הביולוגיה דאגלס מקמהן, הסטודנט לתואר שני כריס סיארגליו, עמיתת פוסט-דוקטורט קארן גמבל ושני סטודנטים לתואר ראשון באוניברסיטת ונדרבילט.
אפקט ההחתמה, שנמצא בעכברים תינוקות, עשוי לעזור להסביר את העובדה שלאנשים שנולדו בחודשי החורף יש סיכון גבוה יותר למספר הפרעות נוירולוגיות כולל הפרעה רגשית עונתית (דיכאון חורף), דיכאון דו קוטבי וסכיזופרניה.
"השעונים הביולוגיים שלנו מודדים את אורך היום ומשנים את ההתנהגות שלנו בהתאם לעונות השנה. היינו סקרנים לראות אם אותות אור יכולים לעצב את התפתחות השעון הביולוגי", אמר מקמהן.
בניסוי גידלו קבוצות של גורי עכברים מלידה ועד גמילה במחזורי אור מלאכותיים בחורף או בקיץ. לאחר שנגמלו, הם נשמרו באותו מחזור או במחזור הפוך למשך 28 ימים. ברגע שהם התבגרו, העכברים הוכנסו בחושך תמידי ודפוסי הפעילות שלהם נצפו.
העכברים שנולדו בחורף הראו האטה עקבית של תקופת הפעילות היומית שלהם, ללא קשר לשאלה אם הם נשמרו על מחזור אור חורף, או הועברו למחזור קיץ לאחר הגמילה. כאשר המדענים בדקו את השעונים הביולוגיים הראשיים במוחות העכברים, תוך שימוש בגן שגורם לתאי השעון להאיר בירוק כשהם פעילים, הם מצאו דפוס דומה: האטה של שעוני הגנים בעכברים שנולדו בחורף בהשוואה לאלו שנולדו באור קיץ. מחזור.
"מה שמדהים במיוחד בתוצאות שלנו היא העובדה שההטבעה משפיעה הן על התנהגות החיה והן על מחזוריות הנוירונים בשעון הביולוגי הראשי במוחם", אמר Ciarleglio.
בנוסף, הניסויים שלהם מצאו כי להטבעה של פעילות גן השעון סמוך ללידה הייתה השפעות דרמטיות על תגובת השעון הביולוגי לשינויי העונה בהמשך החיים. השעונים הביולוגיים וההתנהגות של עכברים שנולדו בקיץ נשארים יציבים ומתואמים עם שעת הדמדומים בעוד זה של העכברים שנולדו בחורף השתנה מאוד כאשר הם הוכנסו למחזור אור קיץ.
"העכברים שגדלו במחזור החורף מראים תגובה מוגזמת לשינוי העונה שדומה להפליא לזו של חולים אנושיים הסובלים מהפרעה רגשית עונתית", העיר מקמהן.
מתי בדיוק ההטבעה מתרחשת במהלך שלושת השבועות שלפני הגמילה והאם ההשפעה היא זמנית או קבועה הן שאלות שהמדענים מתכוונים להתייחס אליהן בניסויים עתידיים.
עונתיות ואישיות
המחקר החדש מעלה אפשרות מסקרנת אך ספקולטיבית ביותר: שינויים עונתיים במחזור היום/הלילה שאנשים חווים עם התפתחות המוח עשויים להשפיע על אישיותם.
"אנחנו יודעים שהשעון הביולוגי מווסת את מצב הרוח בבני אדם. אם מנגנון הטבעה דומה לזה שמצאנו בעכברים פועל בבני אדם, אז יכול להיות שיש לו השפעה לא רק על מספר הפרעות התנהגות אלא גם השפעה כללית יותר. על אישיות", אמר מקמהן.
"חשוב להדגיש שלמרות שזה נשמע קצת כמו אסטרולוגיה, זה לא: זו ביולוגיה עונתית!" הוסיף מקמהן.
עכברים במחקר זה גודלו במחזורי אור עונתיים מלאכותיים במעבדה והמחקר חזר על עצמו בתקופות שונות של השנה. בבני אדם, מחקרים שנערכו בחצי הכדור הצפוני והדרומי אישרו שזו עונת החורף - לא חודש הלידה - שמובילה לסיכון מוגבר לסכיזופרניה. ישנם אותות עונתיים רבים שיכולים להשפיע על התפתחות המוח, כולל חשיפה לנגיף שפעת. מחקר זה מראה שמחזורי אור עונתיים יכולים להשפיע על התפתחות תפקוד מוחי מסוים.
"אנו יודעים ממחקרים קודמים שאור יכול להשפיע על התפתחותם של חלקים אחרים במוח, למשל מערכת הראייה. העבודה שלנו מראה שזה נכון גם לגבי השעון הביולוגי", אמר Ciarleglio.
רקע כללי
הניסוי בוצע עם זן מיוחד של עכברים מהונדסים גנטית שלקח למקמהן שנתיים לפתח. לעכברים מוחדר גן נוסף בגנום שלהם שמייצר חלבון ירוק ניאון טבעי הגורם לנוירוני השעון הביולוגי במוחם להאיר בירוק כשהם פעילים. זה מאפשר למדענים לנטר ישירות את הפעילות של השעון הביולוגי הראשי, שנמצא באמצע המוח מאחורי העיניים באזור קטן הנקרא הגרעין העל-כיאסמטי (SCN).
לצורך המחקר, החוקרים לקחו שלוש קבוצות של שישה עד שמונה גורים שנולדו כל אחד והניחו אותם (ואמהותיהם) בסביבות עם מחזורי יום/לילה מבוקרים. קבוצה אחת הוכנסה למחזור "קיץ" עם 16 שעות אור ושמונה שעות חושך; קבוצה נוספת הוכנסה למחזור "חורף" עם שמונה שעות אור ו-16 שעות חושך; וקבוצה שלישית הוכנסה למחזור שוויון עם 12 שעות אור ו-12 שעות חושך. הם הוחזקו בסביבות אלה במשך שלושה שבועות עד שנגמלו.
"כשהם נולדים, מוחותיהם של עכברים מפותחים פחות מאלו של תינוק אנושי. כתוצאה מכך, מוחותיהם עדיין מחווטים במהלך תקופה זו", אמר מקמהן.
לאחר שנגמלו, מחצית מהעכברים שנולדו בקיץ הוחזקו במחזור הקיץ ומחציתם הועברו למחזור החורף במשך 28 הימים הבאים כשהם התבגרו. העכברים שנולדו בחורף קיבלו את אותו טיפול. העכברים ילידי השוויון חולקו לשלוש קבוצות והוכנסו למחזורי קיץ, חורף ושוויון.
לאחר שהעכברים התבגרו, הם הוכנסו לסביבה של חושך מתמשך. זה חיסל את רמזי היום/לילה שמאפסים בדרך כלל את השעונים הביולוגיים ואפשר למדענים לקבוע את המחזורים הפנימיים של השעון הביולוגי שלהם.
המדענים מצאו הבדל מהותי בין הקבוצות שנולדו בקיץ ובין הקבוצות שנולדו בחורף.
העכברים שנולדו בקיץ התנהגו אותו הדבר בין אם הוחזקו במחזור הקיץ ובין אם הועברו למחזור החורף. הם התחילו לרוץ בשעת בין ערביים (כפי שנקבע על פי מחזור היום/לילה הקודם שלהם), המשיכו במשך עשר שעות ואז נחו במשך 14 שעות.
ההתנהגות של העכברים שנולדו בחורף הייתה שונה בהרבה. אלה שנשארו במחזור האור החורפי במהלך התבגרות הראו בעצם את אותו דפוס כמו בני דודיהם בקיץ: הם הפכו פעילים בזמן הדמדומים והמשיכו במשך 10 שעות לפני מנוחה. עם זאת, אלו שהועברו למחזור קיץ נשארו פעילים למשך שעה וחצי נוספות.
כשהם הסתכלו על מה שקורה במוח של הקבוצות השונות, הם מצאו דפוס דומה להפליא.
בעכברים שנולדו בקיץ, פעילות הנוירונים ב-SCN הגיעה לשיא בזמן בין הערביים ונמשכה במשך 10 שעות. כאשר העכברים שנולדו בחורף התבגרו במחזור החורף, הפעילות הנוירונית שלהם הגיעה לשיא שעה לאחר שעת הדמדומים ונמשכה במשך 10 שעות. אבל, בעכברים שנולדו בחורף עברו למחזור קיץ, פעילות הביושעון הראשי הגיעה לשיא שעתיים לפני שעת הדמדומים ונמשכה במשך 12 שעות.
כאשר הסתכלו על קבוצת השוויון, המדענים מצאו וריאציות שנפלו באמצע הדרך בין קבוצות הקיץ והחורף. לאלה שהיו נתונים למחזור קיץ כשהתבגרו היו שעונים ביולוגיים שהגיעו לשיא שעה אחת לפני שעת הדמדומים, והשעונים הביולוגיים של אלה שהיו נתונים למחזור חורף הגיעו לשיא חצי שעה לאחר שעת הדמדומים. בשני המקרים משך פעילות SCN היה 11 שעות.
הניתוח שלהם הראה כי שינויים אלה נגרמות על ידי שינויים בדפוסי הפעילות של הנוירונים הבודדים, ולא על ידי השפעות ברמת הרשת.
"זה די בולט עד כמה צורת הגל הנוירוני והתקופה תואמת את ההתנהגות שלהם", אמר מקמהן.
