У всех живых организмов обмен веществ то замедляется, то ускоряется в соответствии с определенным циклом. Обычно эти изменения приурочены к темному и светлому времени суток или сезону. Сначала бытовало представление о том, что свет является главным сигналом, который дает организму понять, когда нужно проявлять активность, а когда — расслабляться. Потом ботаники обнаружили, что растения демонстрируют 24-часовой период изменения жизнедеятельности, даже если они изолированы от источников света. Значит, что-то, что влияет на эти суточные изменения, находится не снаружи, а внутри. Этот механизм внутри каждой клетки организма определяет изменение активности клетки в 24-часовом цикле.
Поскольку плодовая мушка-дрозофила — очень удобная модель для экспериментов с генами, именно на опытах с использованием генома этого животного удалось установить генетическую цепочку, которая влияет на суточное изменение ее активности, а значит, и активности других живых существ.
В 1984 году Холл и Росбаш обнаружили, что наличие циклических изменений двигательной активности дрозофил определяется белком PER (period). Мухи, лишенные гена, ответственного за выработку этого белка, теряли четко выраженный рисунок активности в течение суток. Подсадка «нулевой линии» дрозофил ядерного материала, содержащего этот ген, приводила к восстановлению суточного цикла. Содержание белка PER в ночное время увеличивалось, а в дневное — уменьшалось. Авторы показали, что белок блокирует сам себя: чем больше его накапливается в клетке, тем сильнее он подавляет транскрипцию собственного гена. При этом весь процесс закольцован и повторяется с периодом около 24 часов. В 1994 году этот механизм был уточнен Янгом, который показал, что белок PER может попадать в ядро клетки только в соединении с другим белком — TIM (timeless). Он кодируется геном с соответствующим названием. Также Майкл Янг открыл другой ген, DBT (doubletime), который определяет скорость накопления белка PER, подстраивая ее под суточный цикл.
Открытие важно для современных людей, у которых часто не согласуется биологическое время организма с образом жизни, который навязывает им среда при сменной работе или перелете через несколько часовых поясов. Это приводит к существенным нарушениям здоровья и социального функционирования: показано увеличение риска сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний у людей, которые работают по сменному графику. Обсуждается вопрос, что школьники начинают занятия слишком рано, когда их мозг еще не способен эффективно усваивать информацию.
Открытие клеточного механизма периодической активности подчеркивает, что внутренние часы — это базовое свойство любых биологических систем, которые невозможно изменить в угоду социальным потребностям. Даже если мы очень захотим ночью бодрствовать, а днем спать, то они все равно будут свое время, поскольку так их настроила природа, и ключ к этому кроется в стабильном генетическом механизме.
