Wetenschappers van EPFL's Institute of Bioengineering hebben ontdekt dat de circadiane klok en de celcyclus, in feite, gesynchroniseerd.

Niets in de biologie is statisch; alles is vloeibaar, dynamisch en altijd in beweging. Vaak, deze beweging vindt plaats in herhalende patronen - regelmatig, meetbare cycli die net als "klokken" tikken.

Twee van de belangrijkste van dergelijke cycli zijn de circadiane klok, die het slaap/waakritme regelt, en de celcyclus, die de groei regelt, leven en dood van vrijwel elke cel in het lichaam. Gezien zaken als slaapafwijkingen, kanker, veroudering en andere gerelateerde problemen, het is niet moeilijk in te zien waarom beide cycli enorme belangstelling van onderzoekers hebben gekregen.

Een van de grote vragen in het veld was die van synchronisatie, een fenomeen dat voor het eerst werd waargenomen door de Nederlandse natuurkundige en klokkenmaker Christian Huygens. In synchronisatie, de ritmes (fasen) van twee oscillatoren komen in lockstep overeen.

Van nature, de circadiane klok neemt een dagelijks ritme in, maar het blijkt dat ook de celcyclus in veel systemen een vergelijkbare tijdschaal heeft. In aanvulling, er is enig bewijs dat suggereert dat beide klokken elkaar daadwerkelijk zouden kunnen beïnvloeden.

Nutsvoorzieningen, wetenschappers van het lab van Felix Naef hebben ontdekt dat de circadiane en celcyclusklokken eigenlijk gesynchroniseerd zijn. De doorbraakstudie is gepubliceerd in Natuurfysica , en wordt ook vermeld in de sectie Nieuws en meningen van het tijdschrift.

Om de studie uit te voeren, de wetenschappers ontwikkelden een 'small data'-methodologie om een ​​wiskundig model van de gekoppelde klokken te bouwen en te identificeren uit time-lapse-films van duizenden afzonderlijke cellen van muizen en mensen.

Met het model konden ze faseverschuivingen voorspellen en meten wanneer de twee klokken werden gesynchroniseerd in een 1:1 en 1:2 patroon, en kijk dan hoe systeemruis deze synchronisatie beïnvloedt. Eindelijk, de onderzoekers onderzochten ook hoe het gerandomiseerd zou kunnen worden gemodelleerd ("stochastisch"), die beter zou kunnen vastleggen wat er in echte cellen gebeurt.

De synchronisatie bleek ook opmerkelijk robuust te zijn tegen temperatuurveranderingen, waarvan bekend is dat het de celcyclusklok beïnvloedt, het ritme van celdelingen veranderen. Het team ontdekte dat deze synchronisatie van de circadiane celcyclus veel voorkomt bij verschillende soorten, waaronder mensen, suggereert een fundamenteel biologisch mechanisme erachter.

"Deze interactie kan een fysiologische rol spelen, ", zegt Felix Naef. "Het kan verklaren waarom verschillende lichaamsweefsels hun klokken op iets verschillende tijden hebben ingesteld, een beetje zoals wandklokken in de wereldtijdzone op een luchthaven."

De implicaties van het onderzoek zijn groot, en Natuur 's News &Views beschrijft het als "een nieuw hoofdstuk in het verhaal van hoe niet-lineaire koppelingsmechanismen van fundamenteel belang kunnen zijn voor ons begrip van levende systemen."