الفيزياء تكشف سر ثبات الساعة البيولوجية للجسم مع تقلبات الحرارة
للعلّم - كشف فريق بحثي ياباني عن سر قدرة الساعة البيولوجية للجسم على الحفاظ على انتظامها الدقيق، رغم التغيرات المستمرة في درجات الحرارة اليومية والموسمية، وذلك من خلال دراسة فيزيائية متقدمة.
وقاد الدراسة الباحث جين كوروساوا من مركز RIKEN للعلوم الرياضية النظرية المتعددة التخصصات (iTHEMS)، حيث استعان مع فريقه بمفاهيم من الفيزياء النظرية لفهم الكيفية التي تظل بها الدورة اليومية للجسم ثابتة، رغم أن التفاعلات الكيميائية الحيوية عادةً ما تتسارع مع ارتفاع درجات الحرارة.
ركزت الدراسة على جزيئات الحمض النووي الريبوزي المرسال (mRNA)، والتي تلعب دورًا محوريًا في ضبط الساعة البيولوجية. وتبين أن هذه الجزيئات تمر بدورات منتظمة من النشاط والهدوء تُشبه الموجات الجيبية. ومن خلال تطبيق تقنية فيزيائية تعرف باسم "إعادة التطبيع"، تمكن العلماء من تتبع الأنماط البطيئة والدقيقة لنشاط mRNA.
وأظهرت النتائج أن ارتفاع درجة الحرارة لا يغير من طول الدورة الزمنية (24 ساعة)، بل يسبب ما يُعرف بـ"تشوه الموجة"؛ حيث تصبح مرحلة الصعود في نشاط mRNA أكثر حدة، بينما تتباطأ مرحلة الانحدار. هذا التشوه في شكل الموجة هو ما يضمن بقاء الإيقاع الزمني ثابتا، على الرغم من تسارع العمليات الكيميائية بفعل الحرارة.
وقد تم اختبار هذه النظرية تجريبياً باستخدام ذباب الفاكهة والفئران، حيث رُصد بالفعل هذا التشوه في ظروف الحرارة المرتفعة، ما دعم النموذج الرياضي الذي صاغه الباحثون.
ويكتسب هذا الاكتشاف أهمية إضافية لكونه يفسر أيضاً كيف تكتسب الساعة البيولوجية مزيدًا من الاستقرار والتكيف مع البيئة، فمع وضوح التشوه الموجي، تصبح أقل حساسية للتغيرات الخارجية مثل دورات الضوء والظلام، وهو أمر مهم خاصة في ظل أنماط الحياة الحديثة التي تؤثر سلبًا على جودة النوم.
يشير كوروساوا إلى أن هذا الاكتشاف يفتح المجال نحو تحديد الآليات الجزيئية الدقيقة التي تتحكم في تباطؤ نشاط mRNA، وربما يفسر أيضًا الاختلافات الفردية في أنماط النوم والتكيف الزمني.
وفي المستقبل، يمكن أن يُستخدم قياس درجة تشوه موجات mRNA كوسيلة لتشخيص الاضطرابات المرتبطة بالإيقاع اليومي مثل الأرق، اضطراب الرحلات الجوية الطويلة، أو حتى التغيرات التي ترافق الشيخوخة. كما قد تمتد تطبيقات هذا المفهوم إلى أنظمة دورية أخرى خارج نطاق البيولوجيا.
وقاد الدراسة الباحث جين كوروساوا من مركز RIKEN للعلوم الرياضية النظرية المتعددة التخصصات (iTHEMS)، حيث استعان مع فريقه بمفاهيم من الفيزياء النظرية لفهم الكيفية التي تظل بها الدورة اليومية للجسم ثابتة، رغم أن التفاعلات الكيميائية الحيوية عادةً ما تتسارع مع ارتفاع درجات الحرارة.
ركزت الدراسة على جزيئات الحمض النووي الريبوزي المرسال (mRNA)، والتي تلعب دورًا محوريًا في ضبط الساعة البيولوجية. وتبين أن هذه الجزيئات تمر بدورات منتظمة من النشاط والهدوء تُشبه الموجات الجيبية. ومن خلال تطبيق تقنية فيزيائية تعرف باسم "إعادة التطبيع"، تمكن العلماء من تتبع الأنماط البطيئة والدقيقة لنشاط mRNA.
وأظهرت النتائج أن ارتفاع درجة الحرارة لا يغير من طول الدورة الزمنية (24 ساعة)، بل يسبب ما يُعرف بـ"تشوه الموجة"؛ حيث تصبح مرحلة الصعود في نشاط mRNA أكثر حدة، بينما تتباطأ مرحلة الانحدار. هذا التشوه في شكل الموجة هو ما يضمن بقاء الإيقاع الزمني ثابتا، على الرغم من تسارع العمليات الكيميائية بفعل الحرارة.
وقد تم اختبار هذه النظرية تجريبياً باستخدام ذباب الفاكهة والفئران، حيث رُصد بالفعل هذا التشوه في ظروف الحرارة المرتفعة، ما دعم النموذج الرياضي الذي صاغه الباحثون.
ويكتسب هذا الاكتشاف أهمية إضافية لكونه يفسر أيضاً كيف تكتسب الساعة البيولوجية مزيدًا من الاستقرار والتكيف مع البيئة، فمع وضوح التشوه الموجي، تصبح أقل حساسية للتغيرات الخارجية مثل دورات الضوء والظلام، وهو أمر مهم خاصة في ظل أنماط الحياة الحديثة التي تؤثر سلبًا على جودة النوم.
يشير كوروساوا إلى أن هذا الاكتشاف يفتح المجال نحو تحديد الآليات الجزيئية الدقيقة التي تتحكم في تباطؤ نشاط mRNA، وربما يفسر أيضًا الاختلافات الفردية في أنماط النوم والتكيف الزمني.
وفي المستقبل، يمكن أن يُستخدم قياس درجة تشوه موجات mRNA كوسيلة لتشخيص الاضطرابات المرتبطة بالإيقاع اليومي مثل الأرق، اضطراب الرحلات الجوية الطويلة، أو حتى التغيرات التي ترافق الشيخوخة. كما قد تمتد تطبيقات هذا المفهوم إلى أنظمة دورية أخرى خارج نطاق البيولوجيا.