השעון שבתוך כל תא, והנובל של 2017

איך הגוף יודע מה השעה בלי להסתכל על השמש? שלושה חוקרים פירקו את השעון הפנימי לחלקיו בעזרת זבובי פירות, וקיבלו על כך פרס נובל לרפואה.

במאה ה־18 הניח האסטרונום ז'אן־ז'אק דורטו דה מרן צמח מימוזה בחושך מוחלט. העלים של הצמח נפתחים ביום ונסגרים עם רדת החשכה, וגם בחושך הם המשיכו להיפתח ולהיסגר באותו קצב. הצמח לא הגיב לשמש. היה לו שעון משלו.

עם הזמן התברר שגם לבעלי חיים ולבני אדם יש שעון כזה, שמכין את הגוף לשינויים של היום. קוראים לזה מקצב צירקדי, מהמילים הלטיניות שפירושן ״בערך״ ו״יום״. אבל איך השעון הזה עובד בפועל, איש לא ידע.

ב־1971 מצאו רונלד קונופקה וסימור בנזר שלושה זבובי פירות מוטנטיים עם שעון משובש: לאחד היה מחזור קצר מהרגיל, לשני ארוך מהרגיל, ולשלישי לא היה מחזור בכלל. שלושתם הובילו לאותו גן, שנקרא period. ב־1984 הצליחו ג'פרי הול ומייקל רוסבש מאוניברסיטת ברנדייס, ומייקל יאנג מאוניברסיטת רוקפלר, לבודד את הגן הזה.

חלבון שעוצר את עצמו

הול ורוסבש גילו שהחלבון שהגן מייצר, PER, מצטבר בתא במשך הלילה ומתפרק במשך היום. הרמה שלו עולה ויורדת בקצב של השעון.

ההשערה שלהם הייתה פשוטה: כשמצטבר מספיק PER, הוא חוסם את הגן שמייצר אותו. הייצור נעצר, החלבון מתפרק, הגן חוזר לעבוד, והמחזור מתחיל מחדש. זו לולאת משוב, מנגנון שמווסת את עצמו.

נשארה שאלה: החלבון נוצר מחוץ לגרעין התא, והגן נמצא בתוכו. ב־1994 גילה יאנג גן נוסף, timeless, שמייצר את החלבון TIM. כש־TIM נקשר ל־PER, השניים נכנסים יחד לגרעין וחוסמים את הגן. יאנג מצא גם גן שלישי, doubletime, שהחלבון שלו מאט את ההצטברות של PER, וכך מכוון את המחזור קרוב יותר ל־24 שעות.

מאז התברר שאותם עקרונות פועלים בתאים של יצורים רב־תאיים אחרים, ובהם בני אדם. השעון הפנימי משפיע על השינה, על רמות ההורמונים, על חום הגוף ועל חילוף החומרים. כשהוא לא מתואם עם העולם שבחוץ, למשל אחרי טיסה שחוצה כמה אזורי זמן, אנחנו מרגישים את זה. זו היעפת, או בשמה המוכר, ג'ט לג.

ב־2017 הוענק לשלושה פרס נובל לפיזיולוגיה או רפואה, על גילוי המנגנונים המולקולריים ששולטים במקצב הצירקדי. השעון שהם פירקו לחלקיו פועל ברגע זה בתאים של כל מי שקורא את השורות האלה.