Comme vous l'avez entendu, en 2017, le prix Nobel de médecine ou de physiologie est allé aux Américains Jeffrey C Hall, Michael Rosbash, Michael W Young pour leurs découvertes dans le domaine du rythme circadien - le mécanisme des cellules qui régule l'horloge interne les gens, les animaux et les plantes.
Les scientifiques, par exemple, ont réussi à isoler un gène qui régule le rythme circadien de la drosophile.
L'horloge interne est responsable des cycles de sommeil, de la pression artérielle, des niveaux d'hormones et de la température corporelle. Ils affectent toute vie sur terre, des cyanobactéries unicellulaires aux vertébrés supérieurs, y compris les humains.
Le soleil et autres Zeitgebers
L'étude des horloges internes est devenue une branche complètement indépendante de la science, appelée chronobiologie.
La chronobiologie, comme son nom l'indique, se résume à l'étude des rythmes biologiques et de leur relation avec l'environnement: les Allemands les appellent Zeitgebers, c'est-à-dire synchroniseurs.
Le Zeitgeber le plus évident, bien sûr, est la lumière du soleil et ses cycles.
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Nous les humains, depuis des temps immémoriaux, avons observé les réactions de la nature à l'augmentation et à la diminution de la lumière du soleil, principalement comment les plantes ouvrent et ferment leurs fleurs et leurs feuilles en fonction de la quantité de lumière reçue.
Mais ce n'est qu'au XVIIIe siècle qu'une personne a réussi à prouver qu'il ne s'agissait pas seulement de signaux externes: quelque chose à l'intérieur de l'organisme lui-même révèle le secret de l'horloge biologique, qui ne dépend pas seulement de la hauteur du soleil dans le ciel.
Up, mimosa
L'astronome français Jean Jacques d'Ortous de Mairan a été l'un des premiers à faire des observations scientifiques sur ce phénomène.
C'était en 1729 quand il a placé un buisson de mimosa dans l'obscurité et a remarqué qu'il s'ouvre et ferme toujours ses feuilles, selon l'heure de la journée et selon que le soleil brille quelque part, ce qui n'était pas à proximité.
Mimosa au soleil / flickr.com, Ben Blash
Il en conclut que l'impulsion de la plante d'ouvrir et de fermer les feuilles est associée à un mécanisme interne plutôt qu'à une conséquence d'une réaction servile à des stimuli externes sous la forme de changements de la lumière du soleil.
Mais il est clair que si les fluctuations de la lumière du jour sont supprimées de l'équation pendant une période de temps plus longue, l'horloge biologique, bien sûr, tournera mal tôt ou tard.
Isolation souterraine
Le géologue et spéléologue français Michel Siffre au début des années 60 a été l'un des premiers scientifiques à étudier activement à notre époque l'influence de l'horloge biologique sur l'homme.
C'était au début de l'ère des voyages dans l'espace et pendant la guerre froide, quand une personne s'est intéressée à la réaction du corps à de longues périodes d'isolement, par exemple dans une capsule spatiale ou dans un abri anti-bombe après une guerre atomique.
En 1962, Sifr, 23 ans, a fait une percée avec une expérience audacieuse dans laquelle il a pu prouver que nous avons une horloge intégrée, tout comme les plantes.
Il s'est isolé du monde du 18 juillet au 14 septembre 1962 dans la grotte du glacier Scarasson, située dans les Alpes françaises à une profondeur de 100 mètres sous terre.
Sifr n'a maintenu le contact avec le monde extérieur que par la ligne téléphonique, qu'il avait l'habitude de rapporter quand il se couchait et quand il se levait.
Désorientation sévère
L'absence de stimuli et d'horloges externes, au fil du temps, a complètement désorienté Sifr en termes de passage du temps (et, comme il l'a admis plus tard, l'a presque rendu fou).
Sifr lui-même pensait qu'il dormait par cycles de 15 heures et qu'il avait complètement perdu le contact avec le rythme circadien naturel. Mais il s'est avéré que son corps gardait parfaitement le temps, vivant pendant des jours avec une durée moyenne de 24,5 heures.
Après que Sifr ait passé 63 jours dans une grotte de glace, il est finalement sorti à la lumière du jour, pensant que c'était le 20 août sur le calendrier. En d'autres termes, il a perdu un mois entier dans sa tête.
Mais le corps savait mieux. Et Sifr a pu prouver une fois pour toutes que nous, les humains, sommes équipés d'horloges biologiques.
De plus en plus de scientifiques se penchent sur ce sujet
Quelques années plus tard, Michel Sifre a mené une autre expérience similaire, mais cette fois en tant qu'observateur pour deux autres spéléologues, Josie Laures et Antoine Senni. Eux aussi se sont laissés isoler sous terre, chacun dans leur propre caverne, distants de cent mètres environ.
Les seules personnes à la surface de la terre avec lesquelles Lores et Senny sont restés en contact par téléphone étaient des scientifiques, enregistrant leurs heures de sommeil, leurs indicateurs physiques et leurs repas.
Lores et Senny n'avaient pas à souffrir de l'oisiveté, le but de l'expérience n'était pas de les priver complètement de stimuli sensoriels, ils étaient autorisés, par exemple, à écouter de la musique ou à faire une sorte de travail manuel: par exemple, Lores tricotait.
Lores a passé 88 jours dans sa grotte, tandis que Senny a passé 126 jours dans la sienne. Quand ils en sont finalement sortis, ils étaient tous deux en relativement bonne condition physique, mais encore plus confus que Sifr après l'expérience.
Antoine Senny pensait, par exemple, avoir quitté la grotte le 4 février, alors que la date exacte était le 5 avril. Josie Lores était généralement en bonne condition physique, mais il a fallu très longtemps pour rétablir le cycle naturel du sommeil.
05 avril 1965. Antoine Senny (au centre) quitte la grotte après 125 jours seul. Il est accueilli par Josie Lores (à droite), une autre participante à l'expérience qui a passé 88 jours en isolement / AP Photo
À cette époque, l'isolement a réussi à tromper même l'horloge biologique.
Il s'est avéré que Senny est tombé dans un tel rythme dans lequel il pouvait dormir pendant 30 heures d'affilée, bien qu'il ait lui-même cru ne se coucher que pour une légère sieste.
La belle endormie de la réalité
Des études isolées plus récentes ont montré que les personnes peuvent prolonger leur cycle de sommeil jusqu'à 48 heures si elles ne sont exposées à aucun stimuli externe.
Mais des expériences répétées d'isolement ont également montré que l'horloge interne d'une personne, notre rythme circadien, se produit naturellement dans un cycle d'un peu plus de 24 heures. Mais où est cette horloge, purement physique?
Tout cela est associé à une petite zone du cerveau - le noyau suprachiasmatique de l'hypothalamus. C'est à peu près la taille d'un grain de riz. En pratique, c'est cette horloge biologique qui régule notre rythme quotidien.
Et il obtient des informations horaires de base du soleil. Le soir, lorsque la lumière s'estompe, elle envoie un signal à la glande pinéale pour commencer à produire de la mélatonine, ce qui dit au corps d'aller se coucher.
En été, ce mécanisme fonctionne à l'inverse, le niveau de mélatonine baisse, à mesure que la quantité de lumière augmente, ce qui, entre autres, augmente la production de prolactine chez la femme, ce qui augmente la fertilité.
Donc, tous ceux qui sont nés dans la région de l'équinoxe vernal devraient peut-être remercier le soleil d'été, qui neuf mois plus tôt a mis papa et maman de bonne humeur.
Ceux qui ne voient pas
Le noyau suprachiasmatique, qui régule notre horloge interne, sort, reçoit un signal des yeux, à travers la vision. Mais qu'en est-il des aveugles? Comment leur horloge biologique est-elle régulée?
En fait, les personnes aveugles souffrent souvent de problèmes de sommeil et doivent prendre de la mélatonine pour soulager les symptômes.
Mais il existe une étude américaine et britannique qui montre que même chez une personne complètement aveugle, qui a détruit les cellules visuelles rétiniennes elles-mêmes, c'est-à-dire les soi-disant bâtonnets et cônes, l'œil peut enregistrer la lumière, y compris si la personne elle-même ne le sait pas.
En d'autres termes, le signal peut encore entrer dans l'hypothalamus par le nerf optique. Votre horloge biologique peut donc fonctionner même si vous ne pouvez pas voir. Et bien que nos horloges internes continuent de fonctionner pendant de longues périodes de manière isolée, sans lumière, nous tombons malades.
Des expériences avec des souris de laboratoire ont montré que les souris placées dans l'obscurité pendant de longues périodes de temps souffraient de symptômes similaires à la dépression.
Le manque de lumière réduit la sécrétion de dopamine, affecte la glycémie et même altère la mémoire. Tant chez la souris que chez l'homme.
Cerf rusé
Néanmoins, les rennes qui paissent dans le nord de la Laponie ont tout réglé de manière très intelligente. Après tout, ils vivent dans l'obscurité continue, puis dans une lumière continue, selon la saison, ils ont donc dû être constamment stressés.
Mais il s'est avéré que l'horloge biologique du cerf fonctionne un peu différemment de la nôtre. Notre horloge interne s'assure que la mélatonine est libérée sur un cycle relativement régulier de 24 heures.
Chez le cerf, la production de mélatonine est plus directement liée à la quantité de lumière reçue, plutôt qu'à une horloge biologique déterminée génétiquement.
Autrement dit, le niveau de l'hormone augmente quand il fait sombre et diminue quand il fait clair. En d'autres termes, les cerfs n'ont pas de rythme diurne; nous pouvons plutôt dire qu'ils ont un rythme annuel.
Cela leur permet de continuer à mâcher leurs lichens s'ils peuvent les trouver, quelle que soit l'heure de la journée et sans être distraits par l'horloge interne qui indique qu'il est temps de dormir.
Et il semble que ce soit une option qui fonctionne pour eux. Pensez par vous-même, avez-vous déjà vu un cerf souffrant de dépression?
Marcus Rosenlund