Mój artykuł w Gazecie Wyborczej.
Melatonina – hormon nocy i składnik pigułek nasennych – nie ogranicza się tylko do pobudzania organizmu do snu. Jedne z pierwszych badań na chomikach wykazały, że wzmożone spożycie tego hormonu powoduje kurczenie się jąder. Czy panowie mają się bać? Wyjaśnia dr Joanna Bagniewska, tegoroczna finalistka konkursu FameLab
Jesteśmy zaprogramowani do spania w nocy, gdy jest ciemno – ale skąd nasz organizm wie, że akurat jest noc? W oczach mamy fotoreceptory odróżniające światło od ciemności. Ale jak radzi sobie reszta organizmu? Skąd wątroba, pęcherz albo nadnercza (których aktywność jest różna za dnia i w nocy) mają wiedzieć, kiedy robi się ciemno?
Otóż gdy zapada ciemność, fotoreceptory wysyłają sygnał do mózgu, do niewielkiego gruczołu zwanego szyszynką, który zaczyna produkcję melatoniny. Melatonina – z greckiego melas (czarny) i tosos (praca) – to “hormon nocy”, chemiczne wyrażenie ciemności. Szyszynka jest gruczołem endokrynnym, to znaczy, że wydziela melatoninę bezpośrednio do krwi. Jest rozprowadzana po organizmie i daje znać wszystkim organom, że na zewnątrz robi się ciemno, więc trzeba iść spać.
Działanie melatoniny jest naturalnym sposobem na regulację zegara biologicznego, w niektórych krajach – także w Polsce – hormon ten jest dostępny jako suplement dla cierpiących na bezsenność. Można go kupić w aptekach pod różnymi postaciami. Używają go podróżni do radzenia sobie ze zmianą czasu, niewidomi z zaburzeniami rytmu snu i czuwania, a także pracujący w systemie zmianowym. Ułatwia też zasypianie starszym, bo wraz z wiekiem organizm wytwarza coraz mniej melatoniny.
U ssaków melatonina nie ogranicza się tylko do pobudzania organizmu do snu. Odgrywa ona przeróżne fizjologiczne role – jedne z pierwszych badań na chomikach wykazały np., że wzmożone spożycie tego hormonu powoduje kurczenie się jąder. To wiadomość, która może wywołać przerażenie u mężczyzn. Czy słusznie?
Zwiększone ilości melatoniny to dla chomików sygnał, że noce robią się coraz dłuższe i nadchodzi zima, kiedy to chomiki, podobnie jak wiele innych zwierząt, zapadają w torpor, czyli stan odrętwienia, spowolnionego metabolizmu i obniżonej temperatury ciała.
Ten metaboliczny strajk wynika stąd, że podczas zimy jedzenia jest mało, a temperatury niskie. Żeby przeżyć, zwierzęta muszą skupić się głównie na przetrwaniu. I nie stać ich na inwestowanie energii w części ciała, które nie są absolutnie niezbędne, a więc m.in. jądra, bo zima to nienajlepszy czas na rozród. Zatem tak, u chomików melatonina rzeczywiście powoduje kurczenie się jąder.
A czy mężczyźni łykający tabletki nasenne z melatoniną doświadczą podobnych zmian fizjologicznych? Na szczęście – nie! W odróżnieniu od chomików rozród człowieka nie podlega sezonowości, światło nie ma tak dużego wpływu na nasz układ rozrodczy. Nie hibernujemy zimą, a męskie jądra są tej samej wielkości o każdej porze roku.
To nas uczy, byśmy byli niezwykle ostrożni przy interpretacji wyników badań na zwierzętach – nie zawsze przekładają się one na ludzi.
Mnie, jako specjalistkę od ekologii i ochrony gatunków, interesuje związek melatoniny z układem rozrodczym zwierząt. Jak wpływają na rozród czynniki takie jak fotoperiod, czyli długość dnia? To właśnie fotoperiod jest jednym z najlepszych wskaźników zmiany pór roku – temperatura lub opady mogą się wahać z roku na rok (co może tym samym wprowadzić zwierzęcą fizjologię w błąd), ale długość dnia jest stała i związana z porą. Wpływ fotoperiodu na różne organizmy jest z jednej strony fascynujący (bo przecież tyle biologicznych zjawisk, od jesiennych migracji bocianów po kwitnienie roślin, zależy od światła), z drugiej zaś – niezwykle praktyczny.
Oto przykład – gatunek egzotyczny, zagrożone wyginięciem małpiatki lori, które staramy się rozmnożyć w ogrodach zoologicznych. Przy pomocy próbek śliny pobranych od tych zwierząt możemy ustalić, czy oświetlenie wybiegu w zoo wpływa na ich poziom melatoniny – a jeśli tak, to czy te zmiany są dość silne, aby wpłynąć z kolei na ich zdolności rozrodcze. Nie ma przecież sensu starać się o rozmnożenie tych zwierząt, dopóki ich układ rozrodczy jest zablokowany przez nieodpowiednie oświetlenie!
Podobnie znajomość wpływu melatoniny na cykle rozrodcze ma także zastosowanie przy produkcji mleka przez owce. Ciąża owiec trwa pięć miesięcy, a ruja u nich rozpoczyna się jesienią, żeby jagnięta rodziły się w najkorzystniejszym terminie – czyli na wiosnę, kiedy wokół jest dużo trawy. Sygnałem do rozpoczęcia rui są właśnie wydłużające się noce, czyli zwiększona produkcja melatoniny. Podając owcom melatoninę, można zatem przyspieszyć ich ruję. Jako że jagnięta przychodzą na świat wiosną, a karmione są mlekiem tylko przez kilka miesięcy, przesilenie letnie (znów: wydłużające się noce), tj. związana z nim zwiększona produkcja melatoniny, jest sygnałem do obniżenia produkcji mleka przez owce. Rozpracowanie procesów kontrolujących laktację pozwoli na takie sterowanie ich rozrodem, aby produkcję mleka zmaksymalizować.
Melatonina podawana jest owcom i kozom również po to, aby zsynchronizować ich ruję, co ułatwia zarządzanie stadem. Dzięki temu np. wiemy, kiedy do stada wprowadzić kozła lub barana, żeby wszystkie kozy i owce zostały pokryte; zsynchronizowana ruja pozwala zawęzić przedział czasowy, w którym samice ze stada rodzą.
Co ciekawe, u koni działa odwrotny mechanizm – ich ciąża trwa prawie rok, zatem aby źrebięta urodziły się na wiosnę (znów: dobre warunki przetrwania), klacze zachodzą w ciążę dokładnie rok wcześniej, również na wiosnę. Skąd ich organizm wie, że jest wiosna? Noce stają się coraz krótsze, czyli organizm produkuje coraz mniej melatoniny, co akurat pobudza klacze do owulacji.
Zadziwiające, że jeden niepozorny związek chemiczny może być tak uniwersalny i ważny. Melatonina powoduje też wiele innych zmian związanych z sezonowością – na przykład zmianę ubarwienia u takich zwierząt jak zając bielak, które okresowo “przebierają się”. W zimie noszą białe futerko, a w lecie brązowe, co umożliwia im lepszy kamuflaż o każdej porze roku. Zmianę futra również inicjuje fotoperiod, a informację o nim przekazuje zającom hormon snu.
Oczywiście, w tym wypadku również funkcja melatoniny dostosowana jest do biologii gatunku – nie musimy się obawiać, że od pigułek nasennych osiwiejemy.
*Joanna Bagniewska*, zoolożka, pracuje w Nottingham Trent University, finalistka tegorocznego światowego konkursu FameLab dla najlepszych popularyzatorów nauki (zdobyła tam nagrodę laureatów). W polskich eliminacjach konkursu podbiła serca jury i publiczności właśnie prezentacją o melatoninie.