כרונוביולוגיה

תרשים של שעון ביולוגי אנושי.

כרונוביולוגיה (מלטינית: כרונו – "זמן", ביולוגיה – "חקר היצורים החיים") הוא תחום מחקר במדע שחוקר תופעות מחזוריות ביצורים חיים וההתאמות שלהם למקצבי המחזור של השמש והירח. מקצבים אלו ידועים כמקצבים ביולוגים. חקר הכרונוביולוגיה קשור לפיזיולוגיה, גנטיקה, ביולוגיה מולקולרית, התנהגות יצורים חיים (אתולוגיה), אנטומיה משווה, התפתחות, רבייה, אקולוגיה וכן אבולוציה.

תיאור

עבור פעילויות ביולוגיות רבות ביצורים חיים ניתן להבחין בשונות במשך ובתזמון התהליכים השונים. בבעלי חיים, תהליכים עבורם יכולה להיות שונות הקשורה בכרונוביולוגיה כוללים: אכילה, שינה, רבייה, תרדמת חורף, נדידה, התחדשות תאית ועוד. בצמחים ייתכנו השפעות כרונוביולוגיות בתנועות עלים, תגובות פוטוסינתטיות ועוד. שונות הקשורה במקצבים מחזוריים התגלתה אף ביצורים נוספים כגון פטריות וציאנובקטריה. המקצב (ריתמוס) החשוב ביותר הוא המקצב הצירקדיאני (יומי), הנמשך בערך 24 שעות ונראה בתגובות פיזיולוגיות בכל היצורים הללו.

ניתן למצוא גם מקצבים נוספים: עונתי (רבייה, נדידה), שנתי, שבועי, חודשי (המחזור החודשי באישה), מחזורים קצרים מ-24 שעות (מחזורי שינה, הפרשת הורמון גדילה), מחזורי גאות ושפל ועוד. מקצבים אלה מושפעים מסיבוב הירח סביב כדור הארץ ומסיבוב כדור הארץ סביב השמש.

היסטוריה

מקצב יומי (צירקדיאני) התגלה לראשונה במאה ה-16 בתנועת עלי צמח על ידי המדען הצרפתי ז'אק-ז'אק ד'אורטוס דה מרה . ב-1751 הבוטנאי השוודי קארולוס ליניאוס פיתח שעון צמחי תוך שימוש בכמה מינים של פרחים. על ידי סידור הצמחים במעגל הוא בנה שעון שהראה את השעה ביום לפי אילו פרחים היו פתוחים ואילו היו סגורים. בשנות ה-60 של המאה ה-19, קארל ארנסט פון בר (von Baer) כתב על הזמן הביולוגי והשונות שלו במינים שונים של בעלי חיים. יאקוב פון איקסקול (von Uexkull) המשיך את מחקרו.

ב-1924 אלכסנדר צ'יז'בסקי (Chizhevsky), בוגר בית הספר לרפואה באוניברסיטת מוסקבה, פרסם מספר עבודות: "גורמים פיזיקליים מאחורי תהליכי ההיסטוריה" ו"קטסטרופות אפידמיולוגיות ופעילות מחזורית של השמש" שבדקו מחזורים ביצורים חיים ביחס למחזור הסיבוב השנתי של השמש סביב כדור הארץ ולמחזור החודשי של הירח סביב כדור הארץ. צ'יז'בסקי פיתח דיסציפלינה חדשה, הליוביולוגיה, ענף מתוך אסטרוביולוגיה. ב-1939 צ'יז'בסקי נבחר לנשיא כבוד של הקונגרס הבין-לאומי של פיזיקה ביולוגית, על פרסומיו מ-1936 "ההד היבשתי של סערות שמש" (ברוסית А.Л.Чижевский. Земное эхо солнечных бурь) אך מעט לאחר מכן נעצר על ידי המשטר הקומוניסטי והוגלה לסיביר תחת שלטונו של יוסיף סטלין. מאמריו של צ'יז'בסקי משנות ה-30 של המאה ה-20 צונזרו כולל מחקר על דם ומדדים אלקטרומגנטיים של כדוריות דם אדומות והקשר שלהם עם מחזורים יומיים באדם. מאמרים אלו ראו אור 40 שנה לאחר מכן ב-1973.

נדמה כי ענף הכרונוביולוגיה יוסד במהלך ועידה שהתרחשה בשנות ה-60 במעבדות קולד ספרינג הרבור בארצות הברית. בוועידה זו מדענים ממגוון תחומים שונים גילו כי הם למעשה חוקרים חלק מאותה תופעה. בשנות ה-60 הומצאה "עקומת מקטע התגובה" (PRC phase response curve) על ידי פטרישיה דקורסי (DeCoursey) שכיום הוא אחד הכלים השימושיים בתחום הכרונוביולוגיה.

פרנץ הלברג (Halberg) מאוניברסיטת מינסוטה, שקבע את המילה ציקרדי ("בערך יומי"), נחשב כ"אבא של הכרונוביולוגיה האמריקאית". עם זאת, מי שנבחר לעמוד בראש ה'חברה לחקר מחזורים ביולוגים' בשנות ה-70 היה קולין פיטנדרי (Pittendrigh). נטייתו של הלברג לקידום המחקר בבני אדם ומחלות היא שעמדה לו לרועץ. פיטנדרי תמך במחקר אבולוציוני-אקולוגי. ואכן בשנים אלו חוקרי החברה ערכו מחקרים בסיסיים על מגוון רחב של יצורים, כולל צמחים ולא רק בעלי חיים. בשנים האחרונות עיקר המימון בתחום הכרונוביולוגיה מופנה לחקר עכברים, חולדות, בני אדם וזבובי פירות.

דוגמה לתחומי מחקר בכרונוביולוגיה הוא הטיפול באור ומתן מלטונין וכן האיפוס של המקצב בבני אדם ובבעלי חיים. למשל, ההבדל בין אנשים ששעות הפעילות המועדפות עליהם הן שעות הבוקר לבין האנשים המעדיפים את שעות הלילה. כיום יש דרכי הערכה רבות למקצבים שניתן למדוד.

במחצית השנייה של המאה ה-20, תרומה משמעותית למחקר נעשתה על ידי חוקרים אירופאים כמו יורגן אשוף (Jürgen Aschoff) ופיטנדרי שחקרו את היכולת לשלוט במקצב הצירקדי על ידי אור.

המקצבים הביולוגיים נשלטים על ידי השעון הביולוגי. חלק עיקרי של התהליכים המגדירים את השעון הביולוגי נמצאים במוח (ראו למשל הגרעין העל-תצלובתי), אך שעונים נוספים נמצאו גם ברקמות נוספות בגופם של האדם ובעלי חיים. למשעה, תהליכים מסוימים מראים פעילות מחזורית אף ברמת התא הבודד. בצמחים ממוקת פעילות השעון בחלקי צמח שונים.

תחומים קשורים

הכרונוביולוגיה היא מדע בינתחומי. היא קשורה לרפואה ולתחומי מחקר נוספים כמו יעפת (ג'ט לג), הפרעות שינה, אנדוקרינולוגיה, מדעי הזיקנה, רפואת ספורט, רפואת חלל ופוטופריודה.

הכרונוביולוגיה אינה כוללת את התורה הלא מבוססת של ביוריתמוסים, הטוענת לתאר קבוצה של שונויות מחזוריות בהתנהגות בני אדם תוך התבססות על מחזורים פזיולוגיים ורגשיים.

ראו גם

• שעון צירקדי
• תחושת זמן
• SuperChiasmatic Nucleus
• כרונוטייפ

לקריאה נוספת

• Jay C. Dunlap, Jeniffer J. Loros, Patricia J DeCoursey, Chronobiology: Biological Timekeeping, Sinauer Associates Inc. Publishers, Sunderland, Massachusetts, USA, 2004

קישורים חיצוניים

• איתי להט, בחזרה לשמיים, באתר כלכליסט, 17 במאי 2012