השאלה המקורית: תוכלו להסביר לי על אופן פעולתו של השעון התאי? הבנתי שיש "שעון" מרכזי במוח שדואג להתאים את האורגניזם לשעות שונות ביום ולעונות השנה (שינה בלילה ושנת חורף לדוגמה), וגם שלכל תא בגוף יש שעון משלו, אבל ממש לא הבנתי איך הוא סופר וזוכר את הזמן. דרך אגב, נאמר שם שאור השמש וכדומה רק עוזרים לכוון את השעונים ולהשאיר אותם מדויקים, אבל מנגנון השעון עצמו תלוי בתהליכי חלבונים עצמאים כלשהם (רק שתדעו למה אני מתכוון), תודה.



ראשית, יש לציין שאף על פי שכל תאי הגוף מושפעים מהשעון הביולוגי ומסונכרנים איתו – לא כולם מתפקדים כשעון ביולוגי בעצמם. קוצב הזמן העיקרי בגוף האדם נמצא כצפוי במוח, באזור שנקרא הגרעין העל-תצלובתי (כיוון שהוא נמצא בדיוק מעל האזור שבו עצב הראייה מצטלב). באזור הזה אכן כל תא עצב בודד יכול לשמש כשעון ביולוגי בפני עצמו. למרות זאת, במצב תקין, כשכל התאים נמצאים בגוף החי, הם עובדים יחד כמקשה אחת ומדווחים על "אותה שעה" לשאר איברי הגוף שמסתנכרנים עמם.

הזמן נמדד בתאי השעון ביולוגי באמצעות ביטוי והשתקה של גנים שנעשים באופן מחזורי. כשאדם (או כל יונק אחר) חשוף לתנאים משתנים של אור וחושך, מחזוריות ביטוי הגנים בשעון הביולוגי תסתנכרן עם תנאי הסביבה, כך שבעל החי יתפקד בצורה המתאימה לו בשעות האור והחושך. בתנאים שבהם בעל החיים חשוף לתנאי תאורה קבועים שאינם משתנים במהלך היממה, תמשיך להתקיים פעילות מחזורית בתאי השעון הביולוגי אך היא תהיה שונה במקצת מהמחזור היממי הקבוע של 24 שעות.


תהליך ביטוי הגנים | תרשים: ויקיפדיה

המושג "ביטוי גנים" מתייחס לכך שגנים יכולים להיות משועתקים מהדנ"א שבגרעין התא למולקולות RNA שיוצאות מהגרעין ומתורגמות לחלבונים על ידי הריבוזומים שבנוזל התא. השעון הביולוגי עובד כך שביטוי הגנים תלוי בריכוז החלבונים שיצרו הגנים האחרים ובריכוז החלבון המשועתק מהגן עצמו. כתוצאה מכך נוצר הרכב חלבונים מיוחד בכל שעה משעות היממה. הרכב החלבונים הזה מתורגם לאות שנשלח מהגרעין העל-תצלובתי לשאר המוח, ובין השאר גם לבלוטת האצטרובל שאחראית על ייצור המלטונין בשעות החושך. כך יודע הגוף כולו מה השעה.

כיוון שביטוי הגנים יכול לתפקד כ"לולאה סגורה", כך שהביטוי של גן אחד מוביל לביטוי של גן אחר, הפעילות המחזורית הזו יכולה להימשך גם בלי אות חיצוני. עם זאת, אותות שמגיעים מהתאים קולטי האור בעין, דרך עצב הראייה ונקלטים בגרעין העל-תצלובתי, מסנכרנים את השעון עם הסביבה בכך שהם הורסים חלבונים (תוצרי ביטוי של גנים) שקשורים בחושך ומעודדים ייצור של חלבונים שקשורים באור.


אור השמש. מסנכרן את השעון הביולוגי | צילום: איברהים לוג'אז, ויקיפדיה

מעניין לציין שהקשר בין העין לגרעין העל-תצלובתי קיים גם אצל עיוורים ואצל בעלי חיים שעיניהם מנוונות, כמו החפרפרת. הקשר הישיר בין העין לגרעין העל-תצלובתי מעיד כנראה על החשיבות של סנכרון השעון הביולוגי עם הסביבה, ועל השלב המוקדם באבולוציה שבו השעון הביולוגי התפתח.

בומרנג – בחזרה אליך
תוכל לחשוב כיצד התגלתה חשיבותו של הגרעין העל-תצלובתי (וגם איך מתגלה חשיבותם של אזורים אחרים במוח)?

רות חייט
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע



הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בתגובה לכתבה זו ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.

6 תגובות

  • אביחי

    שעון ביולוגי עובר בתורשה

    מי שטס הרבה ולמרחקים גדולים וחוטף ג'ט לג, שזה שינוי בשעון הביולוגי, והתוצאות ממנו הן עייפות, נטייה לעצבנות, נטייה דיכאון וכו'... האם זה עובר בגנים\בתורשה ואז לבניו (או חלקם) יהיה (או אולי יהיה) שינוי בשעון הביולוגי והתופעות הנלוות (או חלקן) של עייפות, נטייה לעצבנות, נטייה לדיכאון וכו'...?
    בתודה מראש.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןרות חייט

    תשובה

    ג'ט לג הוא תגובה פיזיולוגית לשינוי בתנאי הסביבה – ולכן אינו עובר בתורשה.

    הרגישות לג'ט לג והאופן בו התופעה באה לידי ביטוי אצל כל אדם היא כן תכונה מורשת.

    לכן טיסות מרובות והיחשפות לג'ט לג לא יגרמו להפרעות בשעון הביולוגי של הצאצאים. טיסה נעימה:-)

  • אסף

    תשובה לבומרנג

    אולי על ידי פגיעה באזורים ספציפים במוח והסתכלות על השוני בתפקוד?

    דרך אגב, האם יש לגרעין העל תצלובתי (או חלק אחר במוח) אפשרות לספור כמה מעגלים התרחשו, כך שמעבר לשינויים פיזיולוגים של יום ולילה יוכלו להתרחש שינויים פיזיולוגים של פרקי זמן ארוכים יותר, כמו שינת חורף או נדידה?

    תודה

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןרות חייט

    תשובה

    התשובה לבומרנג נכונה:-)

    הדרך שבה בעלי חיים יודעים מה היא עונת השנה היא לא על ידי ספירת מספר מחזורי היום-לילה שעברו, אלה על ידי חישת היחס בין אורך היום ואורך הלילה (כאשר הלילות נעשים ארוכים יותר זהו סימן שהחורף הגיעה).

    כמובן שבעלי חיים וצמחים נוהגים להשתמש גם בטמפרטורה כסימן נוסף לעונת השנה.

  • לולי

    הפרעה במנגנון

    אשמח לדעת האם אצל בני אדם שחשופים לאור שאינו טבעי וסותר את השעון הביולוגי, במרוצת הזמן נוצרת הפרעה (הפיכה או לא) במנגנון השעון היומי.
    בנוסף, האם לאנשים אשר רמת התפקוד שלהם גבוהה יותר בלילה קיימת "תקלה" בשעון הביולוגי?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןרות חייט

    תשובה

    התשובה היא כן...וכן:-)

    השעון הביולוגי מסתנכרן עם האור החיצוני ולכן אם האדם נחשף לשגרת אור-חושך שונה ממחזור השמש, השעון הביולוגי שלו יסתנכרן עם שגרת האור אליה הוא נחשף.

    ישנן הפרעות בשעון הביולוגי שיכולות להתבטא בהפרעות שינה בלילה ורצון לישון ביום. אצל מתבגרים זה מצב שכיח – ולכן משרד החינוך החליט לבטל את שעות האפס.