光の影響を受ける生体リズムは健康について多くを語る

毎年 11 月の満月から数日間、オーストラリアのグレート バリア リーフでは驚くべき光景が起こります。サンゴが数十億個の卵と精子を水中に放出し、それらが結合して浮遊幼生を形成します。 これらは最終的に定着し、新しいサンゴのコロニーが形成されます。

月の光によって繁殖を同期させる生き物はサンゴだけではありません。 このようなリズムは通常、新月と新月の間の 29.5 日の周期に同調するタンパク質によって制御される体内時計の一種である円月時計によって支配されています。

同期

ほとんどの多細胞生物は、ある種の体内時計を備えているか、備えていると考えられており、摂食や生殖を含む多くの重要なプロセスは正確なタイミングに依存しています。 「同期」を維持できることが生き残る鍵です。

オーストリアのウィーン大学の神経生物学者であるクリスティン・テスマー・ライブル教授は、「種内および種を超えた個体の時間に関連した相互接続がどのように機能するかを理解することは、生態学的に安定したシステムにとって重要です」と述べた。

おそらくもっと馴染みのある別の体内時計である概日時計は、光や温度などの環境信号に応じて、毎日の 24 時間の睡眠-覚醒サイクルを調節します。 時計の名前は、ラテン語で「頃」を意味する「circa」と「日」を意味する「dies」に由来しています。

この複雑なシステムは、睡眠、消化から代謝、気分に至るまで、あらゆるものを調節しています。 研究者たちは、これらの生物学的リズムの同期を狂わせる可能性のある環境要因に光を当てています。

しかし、「時間生物学」については、遺伝子レベルや分子レベルで関与するメカニズムを含め、多くが不明のままだ。

月光信号

さらに深く掘り下げるために、テスマー・ライブル氏は、2024 年までの 5 年間実施される EU の資金提供による Mari.Time プロジェクトの一環として、海洋に生息する動物の日周リズムを研究してきました。

私たちが研究している線虫種の多くのホルモンは、人間のホルモンと密接に関連しています。

彼女が注目しているものの 1 つは、温帯から熱帯の海までの沿岸海域に生息する Platynereis dumerilii と呼ばれる海洋毛虫です。

「これまでの最大の成果は、光の種類と空の月光の持続時間に関する情報を生物に提供する光受容体、または光を感知する細胞を発見したことです」とテスマー・ライブル氏は述べた。

研究者らによって特定されたL-Cryタンパク質は、クリプトクロムと呼ばれる光感知分子のグループに属している。 このタンパク質は、生物がどのように特定の月の満ち欠けに同期できるかを説明するのに役立つため、重要です。

この研究は、L-Cryが「適切な」光のみがワームに影響を与えることを許可する門番として機能していることを示唆しています。 また、さまざまな月相の光レベルや太陽光と月光を区別することもできます。

「これは、個々の線虫がどのようにして周月時計を同じ月の満ち欠けに同期させることができるかを説明することができます」とテスマー・ライブル氏は述べた。 「私たちは、月の光が毎月のタイミングに役割を果たしているだけでなく、おそらく生存と繁殖を最適化するために、夜の最も暗い時間帯に夜の群れが始まる正確な時間をスケジュールしていることを発見しました。」

Mari.Time が、人工光や気候変動といった人間の影響が生態系の安定性にどのような影響を与えるかについて新たな手がかりを提供し、その影響を軽減する方法を提案することが期待されています。

月が睡眠やうつ病などに影響を与えるという証拠が増えていることを考えると、このプロジェクトは人間の健康の研究にも役立つかもしれない。

「私たちが研究している線虫種の多くのホルモンは、人間のホルモンと密接に関連しています」とテスマー・ライブル氏は述べた。

同氏は、海洋生物の月周期のメカニズムを研究することで、他の月のパターンについての理解が深まる可能性があると述べた。 これらには、特定の精神障害における月経周期や気分パターンが含まれます。

夜と昼

オランダのライデン大学で体内時計を研究しているヨハンナ・マイヤー教授は、30年以上にわたって動物の概日リズムを研究してきました。

彼女によると、概日時計が人間のような昼行性、または日中に活動する種でどのように機能するかなど、概日時計については解明されていないことがまだ多く残っています。

時計を乱したくないなら、ブルーライトを避けるだけではだめです。

マイヤー氏によると、夜行性動物については、通常実験室で使用されるマウスと同様、分子レベルでの検査が容易なため、より多くのことが知られているという。

彼女が率いる EU の資金提供による DiurnalHealth プロジェクトでは、昼行性の動物と夜行性の動物の違いを調査しています。

概日リズムは、体のマスター時計として機能する視交叉上核 (SCN) として知られる視床下部の神経細胞のグループによって制御されます。

SCNは光に敏感であるため、環境の自然な明暗と同調することにより、睡眠-覚醒サイクルを調節するのに役立ちます。

長距離旅行や交代勤務などでSCNが障害されると、睡眠障害、うつ病、糖尿病、さらにはがんなどのさまざまな健康上の問題を引き起こす可能性があるという証拠があります。

スーダンイネネズミや日中活動するジリスの一種など、昼行性のげっ歯類におけるSCNに関するマイヤー氏の先駆的な研究は、概日リズムがどのように生成され同期するかについての新たな情報を提供している。

この研究はまた、光、温度、身体活動などの環境信号が体内時計を微調整するためにどのように使用されるかについての洞察も提供します。

「SCNは光入力だけでなく行動入力も認識することができ、この行動入力によって時計が強化される可能性がある」とマイヤー氏は語った。 「それはすごいことではないですか？」 つまり、私たち自身の行動は実際にはフィードバック ループの一部なのです。」

これは、外部からの合図を利用して、体内リズムの乱れを正すことができる可能性があることを意味します。 光が第一の候補ですが、運動、気温、食事時間などの他の要因も影響します。

光のレベル、色

研究チームが利用した画像技術の画期的な進歩により、SCNを前例のない詳細に観察することが可能になった。

この研究結果は、昼行性の齧歯動物の細胞は、夜行性の齧歯動物の細胞に比べて光に対する反応性が低いことを示唆している。

「これは、昼行性の動物や人間が時計に必要な光を得るには、夜行性の動物以上のものが必要であることを示しています」とマイヤー氏は述べた。

別の研究では、光レベルは、夜行性のラットよりも昼行性のラットのセロトニン合成に強く影響するようです。 セロトニンは気分、感情、食欲に影響を与えるため、このような発見はうつ病などの人間の疾患に影響を及ぼす可能性があります。

研究チームはまた、概日時計が、人工夜間照明や電子機器のスクリーンの悪影響の原因とされる可視スペクトルの青色部分だけではなく、さまざまな色の光によって影響を受けることを示す、より直接的な証拠も発見した。

ブルーライトは概日リズムを乱し、人々に疲労感を与えるのではなく覚醒状態にさせることで知られています。 しかし、チームがテストした色の中で、緑とオレンジの光も概日時計に影響を与え、紫だけがほとんど影響を示さなかった。

「これは、時計を乱したくないなら、ブルーライトから遠ざかるだけではだめだという、ちょっとした警告です」とマイヤー氏は言う。

地球規模の影響

両方のプロジェクトから明らかになったのは、生物の体内時計の正確なメカニズムと、人間や他の動物の機能における体内時計の重要性についてのより詳細な理解です。

この発見は、ライフスタイルパターンを改善し、自然環境を保護するための新しく効果的な推奨事項につながる可能性があります。

マイヤー氏は、これらのことが人々だけでなくすべての生態系にどのような影響を与えるかという重要性を強調しました。

「数十億年の進化を経て、明暗のサイクルは動物にとって好ましいものとなった」と彼女は言う。 「今、私たちはあたかも無害であるかのように地球に光を当てていますが、実際はそうではありません。」

この記事の研究は、EU の欧州研究評議会 (ERC) を通じて資金提供されました。 この記事が気に入っていただけましたら、ソーシャルメディアで共有することをご検討ください。