1234567

W miarę doskonalenia technik analitycznych receptory melatoniny zaczęto wykrywać w wielu obwodowych narządach, tkankach i komórkach, niekiedy pozornie całkiem odległych od odbioru informacji ze środowiska, np. w przewodzie pokarmowym, szpiku kostnym czy komórkach układu odpornościowego. Najwcześniej jednak zaczęto wiązać rolę melatoniny, jako neurochemicznego przekaźnika środowiskowego, z regulacją funkcji rozrodczych zwierząt, zwłaszcza dzikożyjących, o sezonowych okresach wzmożonej i zahamowanej aktywności seksualnej. Wiadomo bowiem, że zwierzęta potrafią tak przewidywać czekające je zmiany warunków otoczenia, czyli odmierzać upływ czasu, aby pora godów nastąpiła z odpowiednim wyprzedzeniem, gwarantującym pojawienie się potomstwa we właściwym (optymalnym) momencie roku. Nie jest więc zaskoczeniem, iż spodziewano się tutaj istotnej roli melatoniny, niosącej informację nie tylko o aktualnej (długi lub krótki dzień) porze roku, ale także o nadchodzących zmianach warunków otoczenia, które można rozpoznać po skracaniu się lub wydłużaniu dnia (lub nocy). Jeśli bowiem zwierzę jest w stanie rozpoznać tę informację, to w ślad za nią poznaje inne istotne cechy otoczenia, w tym warunki termiczne i wilgotność, dostępność pokarmu, obecność partnerów seksualnych, drapieżników czy miejsc dogodnych na kryjówki... Okazało się istotnie, że receptory melatoninowe znaleziono na każdym poziomie osi podwzgórzowo-przysadkowo-gonadowej (HPG), a funkcje, pełnione przez melatoninę w regulacji rozrodu, są ważne, acz bardzo skomplikowane (Rys. 8).

Początkowo sądzono, że melatonina wywiera hamujący wpływ na rozwój i aktywność gonad, o którym świadczy choćby łatwy do zaobserwowania istotne obniżenie nocnego poziomu melatoniny u młodych osób w okresie pokwitania. Kiedy jednak zaczęto dogłębnie badać to zagadnienie, wówczas okazało się, że zwierzęta, których rozród zależy od warunków środowiska, w różny sposób reagują na wydłużanie się i skracanie się dnia. Wyróżniono więc gatunki dnia długiego (ich najlepszym przedstawicielem jest chomik syberyjski), u których gonady osiągają aktywność dopiero po pewnym okresie przebywania w warunkach długiego dnia i krótkiej nocy, czyli skrócenia czasu wytwarzania melatoniny przez szyszynkę. U takich zwierząt melatonina jest najwyraźniej czynnikiem hamującym funkcję gonad - bezpośrednio bądź poprzez wpływ na którykolwiek z poziomów osi HPG.

Nie jest to jednak uniwersalna właściwość melatoniny, bowiem na przykład duże ssaki, których ciąża trwa wiele miesięcy, aktywność rozrodczą podejmują zwykle w jesieni, kiedy zaczyna wzrastać poziom endogennej melatoniny. Takie wyprzedzenie aktywności seksualnej partnerów gwarantuje przyjście potomstwa na świat w warunkach optymalnych, a melatonina staje się sygnałem aktywującym czynność gonad. Są to zatem gatunki dnia krótkiego, a ich istnienie świadczy o złożoności procesów synchronizującyh pracę endogennego zegara.

Jedną z lepiej poznanych funkcji melatoniny związanych z synchronizacją pracy zegara endogennego jest jej działanie jako czynnika ułatwiającego zasypianie. Jako „biochemiczny substrat ciemności” melatonina informuje nasze ośrodki mózgowe o tym, że nadszedł czas udania się na spoczynek. Nie jest więc zaskoczeniem, że w sytuacjach, kiedy rytmiczna czynność szyszynki ulega zakłóceniu (np. przy pracy zmianowej lub w podróżach transkontynentalnych), wiele naszych rytmów dobowych, w tym rytm snu i czuwania, ulega zaburzeniu. Ale przecież znowu nie jest to uniwersalna funkcja melatoniny! Istnieje bowiem wiele gatunków zwierząt, dla których zapadnięcie ciemności (wzrost syntezy melatoniny) jest sygnałem do rozpoczęcia wzmożonej aktywności lokomotorycznej i żerowania. Wśród nich najlepiej znane są gryzonie laboratoryjne i ptaki nocne, na przykład sowy. Także i w tym przypadku nocny wzrost biosyntezy melatoniny informuje o nastaniu ciemności, ale uruchamia mechanizmy podwyższające tempo metabolizmu i wzrost aktywności procesów życiowych.

Przytoczone przykłady wskazują wyraźnie, jak złożone jest funkcjonowanie zegara biologicznego i jego synchronizacja z warunkami otoczenia. Zwłaszcza rola melatoniny nie jest jeszcze do końca wyjaśniona. Na pewno przekazuje komórkom sygnał: Uwaga! Jest ciemność, będzie trwała krócej lub dłużej! Sygnał ten uruchamia bardzo wiele różnych mechanizmów, których wypadkowa widoczna jest w postaci zmian adaptacyjnych, charakterystycznych dla danego gatunku.

Powszechność występowania melatoniny

Jak to już wielokrotnie podkreślano, istnienie zegara biologicznego jest zjawiskiem uniwersalnym. Powszechne jest też występowanie przekaźnika neurochemicznego, melatoniny, której biosynteza nie jest „zarezerwowana” dla szyszynki, bowiem nawet u kręgowców wytwarzają ją także inne narządy, np. siatkówka oka, leżący w oczodole gruczoł Hardera czy przewód pokarmowy. Melatoninę wykryto u większości organizmów, i u wielu z nich jej biosynteza wydaje się być - podobnie jak w szyszynkach kręgowców - sprzężona z okresem ciemności. Jednakże zagadnienie jej występowania i roli biologicznej komplikuje się w miarę gromadzenia nowych faktów, a szczególny problem nastręczają obecnie bezkręgowce. Wśród nich po raz pierwszy wykryto melatoninę u owadów, u których znajdujemy gatunki wykazujące „regularny”, nocno-dzienny rytm jej poziomu, głównie w mózgu i oczach. Do tych gatunków należą na przykład szarańcza, świerszcze czy muchy, ale u Drosophila taki rytm poziomu melatoniny stwierdzono w całym organizmie. Intensywnie badanie są także skorupiaki - tu również znamy gatunki o rytmie dobowym z maksimum w ciemności (raki), w ciągu dnia (krewetki) lub bez rytmu dobowego (kraby).

Aby rzecz jeszcze bardziej skomplikować, należy wspomnieć o obecności melatoniny w roślinach. Głównym miejscem jej występowania są nasiona (np. owies, kukurydza), ale ogromne jej ilości znajdujemy także w liściach i kwiatach traw, ziół czy różnego rodzaju roślin leczniczych (dziurawiec, tymianek, szałwia, melisa), zwłaszcza rosnących na szczytach alpejskich. Ta lokalizacja melatoniny jest obecnie wiązana z innymi jej funkcjami biologicznymi, ale czy to oznacza, że nie może ona wpływać na funkcjonowanie zegara biologicznego zwierząt zjadających te rośliny, skoro występuje także w dużych ilościach w przewodzie pokarmowym i za jego pośrednictwem może docierać do innych struktur organizmu? Jeśli przypomnimy sobie, że w medycynie ludowej od niepamiętnych czasów istniały wskazówki co do warunków, w jakich należało zbierać i przechowywać zioła lecznicze, trudno oprzeć się wrażeniu, że nasza ziemska cywilizacja zawsze wykorzystywała funkcjonowanie zegara biologicznego i sposoby synchronizacji jego pracy. Jeszcze wiele czasu upłynie, zanim poznamy wszystkie jego tajniki.

 
1234567
powrót na górę strony
Wykład
W jaki sposób zwierzęta odmierzają czas?
Strona
7/7
Autorzy
Wydział Biologii Uniwersytetu Warszawskiego
Wydział Biologii Uniwersytetu Warszawskiego
Kliknij nazwisko autora, aby zobaczyć notkę biograficzną w serwisie Nauka Polska