beyond reason
지구상에 존재하는 모든 생명체는 태양의 하루주기 변화에 적응하여 살아왔으며 인이 박힌 행동의 결과인지 혹은 혹시라도 생길 태양의 변화에 대비하기 위해서인지 알수없지만 모두 자신만의 하루주기 시계를 만들었음. 생명체에 햇빛과 상관없이 작동하는 하루주기 시계가 있다는 사실은 '프랑스의 천문학자 장 자크 도르투 드 메랑'이 처음 보고함.
1729년 드메랑은 미모사 잎이 햇빛이 있는 낮동안에는 활짝 열려있지만 밤에는 닫힌다는 사실을 관찰함. 그는 미모사잎이 햋빛의 직접적인 영향에 의해 열리는지 알아보기 위해 미모사를 깜깜한 환경에 두었는데 미모사 잎은 햇빛과 상관없이 낮에는 열리고 밤에는 닫힘. 미모사는 태양 빛과는 상관없이 자신만의 생체시계를 가지고 있음.
생물을 분류하는 명명법을 고안한 스웨덴 박물학자 '칼 폰 린네'는 길가의 식물을 관찰하여 꽃이 피는 시간이 각각 다르다는 사실을 알아내고 꽃이 피는 시간을 나타내는 꽃시계를 기록하였는데 이는 식물이각각의 고유한 시계를 가지고 있다는 사실을 암시함.
2013 세상을 떠난 미국 미네소타 대학의 '프란츠 할베르그' 박사는 대략이라는 뜻을 가진 'circa'와 하루라는 뜻을 가진 'diem'을 합쳐 'cirdian rhythm 일주기 리듬'이라는 용어를 처음 만듬. 할베르크 박사는 일주기 리듬을 연구하는 시간생물학 chronobiology이라고 이름을 짓고 생명체의 일주기 생체리듬을 연구하는 시간생물학의 기초를 마련함.
Chronobiology is a field of biology that examines periodic (cyclic) phenomena in living organisms and their adaptation to solar- and lunar-related rhythms.[1] These cycles are known as biological rhythms. Chronobiology comes from the ancient Greek χρόνος (chrónos, meaning "time"), and biology, which pertains to the study, or science, of life. The related terms chronomics and chronome have been used in some cases to describe either the molecularmechanisms involved in chronobiological phenomena or the more quantitative aspects of chronobiology, particularly where comparison of cycles between organisms is required.
Chronobiological studies include but are not limited to comparative anatomy, physiology, genetics, molecular biologyand behavior of organisms within biological rhythms mechanics.[1] Other aspects include epigenetics, development, reproduction, ecology and evolution.
새벽 4시 30분 가장 낮은 체온
아침 6시 45분 갑작스러운 혈압 상승
아침 7시 30분 멜라토닌 분비 멈춤
아침 8시 30분 장운동 시작
오전 9시 00분 테스토스테론 최고수치
오전 10시 00분 가장 명료한 의식
오후 2시 30분 가장 좋은 협응력
오후 3시 30분 가장 빠른 반응시간
오후 5시 00분 심혈관과 근육의 최고기능
오후 6시 30분 하루중 최고혈압
오후 7시 00분 가장 높은 체온
저녁 9시 00분 멜라토닌 분비시작
저녁 10시 30분 장운동 억제시작
새벽 2시 00분 가장 깊은 수면
독일의 막스 플랑크 연구소 '위르겐 아쇼프'박사는 새와 생쥐를 이용한 일주기 리듬변화 연구에서 일주기 리듬이 선천적이라는 사실을 발견함. 이후 외부의 자극이 미치지 않는 지하벙커를 짓고 사람의 생리적 활동은 내재된 일주기 리듬을 가지고 있음을 증명함. 아쇼프 박사는 일주기 리듬에 영향을 주어 환경의 리듬에 동조시키는 외부요인을 '자이트게버'라 명명함.
햇빛, 온도, 음식, 신체활동, 사회적 관계, 감정 등이 이에 해당하며 자이트게버에 의한 일주기 리듬과 환경의 리듬 동조를 일동조화(entrainment)라고 함.
생체시계 유전자의 발견과 노벨상
환경의 변화에 영향을 받지 않는 일주기리듬이 생체에 내장되어 있다는 사실은 일주기리듬을 조절하는 생체시계 유전자가 있음을 암시함. 미국 캘리포니아 공과대학 '시모어 벤저' 교수와 대학원생 '로널드 코놉카'는 일주기 리듬이 19시간으로 짧아진 개체, 28시간으로 길어진 개체, 일주기 리듬이 사라진 개체 3가지 돌연변이를 발견함. 3가지 돌연변이 개체가 X염색체에 있는 한개의 유전자에 의해 발생되었다는 사실을 밝혀내고 피리어드(period)라고 이름지음.
10년이 지난 1984년 미국 브랜다이스 대학 '제프린 홀'과 '마이클 로스배시' 록펠러대학의 '마아클 영'교수는 마침내 피리어드 유전자를 발견함. ... 연구에 의하면 초파리 뇌신경세포에서 피리어드 유전자의 발현을 조사하여 mRNA가 이른 밤에 가장 많이 축적되고 낮 동안에는 억제되는 일주기 리듬을 보인다는사실을 발견함. 피리어드 단백질은 mRNA의 축적이 일어나고 몇시간이 지난 후에 만들어짐. 한편 일주기리듬이 19시간인 돌연변이 초파리는 피리어드 유전자의 일주기리듬도 짧아져 있었고 28시간인 돌연변이 초파리는 피리어드 유전자의 일주기리듬도 길어져 있음.
일주기 리듬이 사라진 돌연변이는 피리어드 유전자가 발현되어 mRNA가 만들어지짐나 일주기 리듬은 보이지 않음. 그런데 이 돌연변이 피리어드 유전자를 정상 초파리에 넣어주면 일주기리듬이 정상으로 회복. ... 마이클 영 교수는 7천마리 초파리를 연구하여 생체시계 유전자인 타임리스(timeless)를 발견함. 타임리스는 피리어드와 결합하여 피리어드가 핵속으로 이동하게 해줄 뿐만 아니라 피리어드가 분해되는 것을 막는 역할을 함.
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피리어드 유전자의 발현은 어떻게 시작되는가?
피리어드 유전자는 낮 동안 어떻게 분해되는가?
.. 저녁이 되면 클락-사이클 결합단백질이 피리어드 유전자와 타임리스 유전자의 발현을 유도하여 밤새 피리어드와 타임리스가 생성됨. 새벽부터 해가뜨기 전까지는 타임리스와 피리어드가 결합하여 핵속으로 이동하고 이들은 클락과 사이클을 억제하여 더이상 자신이 만들어지지 않도록 함. 이윽고 아침이되어 햇빛을 받으면 크립토크롬이 활성화되어 타임리스와 피리어드를 분리시키고 분리된 타임리스는 곧바로 분해됨. 한편 홀로된 피리어드 역시 더블타임의 공격에 의해 분해됨. 이렇게 아침부터 낮동안 피리어드와 타임리스는 완전히 분해되어 사라짐. 피리어드와 타임리스가 사라지면 이들의 억제에서 해방된 클락과 사이클은 저녁부터 다시 활성화되어 피리어드와 타임리스를 만들면서 새로운 일주기 리듬이 반복됨.
저녁이 되면 클락(CLK)과 사이클(CYC)에 의해 피리어드(PER)와 타임리스(TIM) 유전자 발현이 시작되어 mRNA가 만들어지고 피리어드와 타임리스 단백질은 밤 사이에 만들어져 새벽녘에 세포질에 가장 많이 축적됨. 낮 동안에 피리어드와 타임리스는 서로 결합하여 핵으로 이동한 다음 클락과 사이클을 억제하여 더이상 자신들이 만들어지지 않도록 함. 한편 해가 뜨면 크립토크롬(CRY)이 활성화되어 타임리스를 인산화시켜 분해시킴. 타임리스와 분리된 피리어드는 더블타임(DBT)에 의해 인산화되어 분해됨. 낮 동안에 피리어드와 타임리스는 모두 분해되어 없어지고 저녁이 되면 피리어드와 타임리스의 억제로부터 해방된 클락과 사이클이 다시 피리어드와 타임리스를 만들기 시작함.
일주기 생체리듬 맞추기
우리 몸에 햇빛이 없어도 자체적으로 돌아가는 하루주기의 생체시계가 있어서 능동적으로 환경의 지배에대응할 수 있지만 빛을 완전히 무시하면서 살수는 없음. 우리의 생체시계는 매일매일 태양이 만들어내는빛의 주기에 일주기리듬을 맞추고 있는데 생체시계가 태양 빛과 조화를 이루지 못하면 몸이 힘들어지기 때문임.
.. 시차적응처럼 우리 몸의 일주기 생체리듬을 조절하는 중앙관리소는 빛을 감지하는 망막의 신경세포로부터 직접 정보를 입력받는 시신경교차상핵임. 시신경교차상핵(Suprachiasmatic nucleus. SCN)의 생체시계는 자체적인 일주기리듬을 만들뿐 아니라 주변환경으로부터 빛, 온도와 같은 자이트게버를 취합하여생체시계를 재설정하는 역할. SCN은 호르몬 또는 말초자율신경계를 통해 신체 곳곳에 존재하는 세포의생체시계를 자신의 생체시계에 맞추도록 하여 몸의 생체리듬을 조화롭게 유지함. 잠자기와 일어나기 뿐만 아니라 체온, 혈압, 호르몬 분비, 섭식, 배설 등의 생리대사 활동도 모두 일주기 생체리듬을 가지고 있으며 이들 기능을 담당하는 조직세포의 생체시계에 의해 조절받음.
The Basic Components of the Circadian System. Photic information to the suprachiasmatic nucleus (SCN) is transmitted from the retina via the retinohypothalamic tract (RHT). The retinal ganglion cells (RGC) of the eye, melanopsin containing photoreceptors, provide the primary photic input to the circadian clock, transmitting the signal to the neurons of the SCN. Melatonin is released from the pineal gland at night and its output is regulated by the SCN via the superior cervical ganglion (SCG). In addition to its ability to synchronize circadian rhythms, melatonin can also promote sleep. Integrated timing information from the SCN is transmitted to sleep-wake centers in the brain.
일주기 생체리듬 관련 질병
일주기리듬 교란은 수면장애뿐 아니라 생리, 대사 등 신체활동과 관련된 다양한 질병을 유발함. 당뇨병, 비만 , 우울증, 조울증, 각종 암
잠을 잘 자야 하는 이유는 많음.
잠은 보약임.