Om døgnets biologi i Arktis

Jeg har flyttet til et sted der selv det svakeste februarlys utløser de vakreste adjektiv. -Se så lyst, sier vi på Svalbard etter måneder i bekmørke. Den 8. mars er det soldag i Longyearbyen. Naturen våkner igjen til en lysfest. Har du tenkt over hvor mye av biologien som styres av lyset?

 

At døgnet har 24 timer er en astronomisk og fysisk tilpasning til menneskets søvnbehov. Det hevdet den britiske vitenskapsmannen William Whewell i en bok for snart to hundre år siden. Jeg tror ikke Whewell noen gang så for seg hvordan det er å leve i polare strøk, der det er vi som må tilpasse oss naturen, og ikke omvendt.

Hva er klokka?

Som ung biolog leste jeg historien om en mann som hver dag på samme tidspunkt fôret fiskene i en innsjø. Etter en tid oppdaget han at fiskene kom til brygga før han kom dit, som om de visste klokkeslettet. Hvordan kan en fisk klokka, grublet jeg. Og ble for alltid fasinert av biologiske rytmer, det vi kaller kronobiologi. Nå vet jeg at det slettes ikke er vanskelig for en fisk å vite tiden. Noen grunnleggende mekanismer i døgnvariasjonen finnes hos de fleste plante- og dyrearter. Vi må trolig helt ned til virus og bakterier for å finne organismer som ikke har noen form for døgnrytme.

En biorytme svinger på samme måte som en lydbølge, den har en amplitude og en frekvens.  Hjerteslagene er en biologisk rytme med kort frekvens som svinger stort sett uten ytre påvirkning. Det kaller vi en indre eller endogen rytme. Disse er gjerne koblet tett opp mot kroppens fysiologi, slik som temperaturregulering og hormoner. Andre rytmer er lange slik som måne- og årsfasene. Hvis en biologisk rytme synkroniseres av ytre faktorer kaller vi det en eksogen rytme. Døgnrytmen er en kombinasjon av endogen og eksogen – et eksempel på et svært fleksibelt samspill mellom indre og ytre påvirkning. Matinntak, bevegelse, søvn og veldig mye annet styres gjennom døgnet. Hvordan klarer dyrene å få det til?

Lys og skygge nærmer seg Longyearbyen tidlig i mars. (Foto: Børge Damsgård, UNIS)
Lys og skygge nærmer seg Longyearbyen tidlig i mars. (Foto: Børge Damsgård, UNIS)

Sånn cirka

Alle med nyfødt baby skulle vel ønske ungene ble født med samme søvnrytme som voksne. Det tar måneder før en 24-timers rytme etableres. Barna preges av den ytre tidsrytmen i familien – vi blir vanligvis sulten på ettermiddagen fordi vi pleier å spise på det tidspunktet. Likevel er det individuelle variasjoner som skyldes den indre rytmen. Endogene rytmer er en såkalt cirka-rytme, og de fleste mennesker har en indre døgnsvingning (cirkadiansk rytme) som er lengere enn 24 timer. Har du en rytme som er 24 timer eller kortere vil du bli trøtt om kvelden – kroppen forteller deg at det er på tide å gå til sengs. Har ligger mye av forklaringen til det vi kaller A- og B-mennesker. Den samme variasjonen finnes hos andre dyrearter – det betyr vel at det finnes A- og B-fisker også?

I praksis spiller det liten rolle hva den indre rytmen gjør, fordi den overstyres av den ytre. Da trenger vi noe som kan anvise tiden. Vi mangler et godt ord for det på norsk, mens tyske biorytmeforskere tidlig på 60-tallet innførte begrepet zeitgeber. Ingenting er så god zeitgeber som lyset. Jordas omløp rundt sola er regelmessig og kan lett sanses av de fleste dyr uavhengig av vær og plassering. Det er gjort forsøk der mennesker eller andre dyr blir fratatt den ytre lysstimulansen. Da overtar andre regelmessige hendelser som zeitgeber. En bonde som går i fjøsen klokken 07 hver dag kan godt fungere som zeitgeber, både for bonden og for dyrene hans. Det finnes også eksempel på sosial zeitgeber, for eksempel at ektefeller får samme søvnrytme, eller at menstruasjonssykluser synkroniseres.

Hvis det likevel ikke er mulig å anvise tiden overtar til slutt den indre rytmen. Vi får en såkalt free-running cycle der døgnet enten drifter forover eller bakover. På en skitur helt nord på Svalbard midtsommers noen år tilbake hadde vi bare ni dagsykluser i løpet av ti-dager tur – «døgnet» hadde blitt over 26 timer.

Vi skal være glad for at døgnrytmen er så fleksibel. Sett deg på flyet fra Norge til New Zealand. I løpet av kort tid har du forvirret signalene til kroppen slik at natt blir til dag - sulten og trett på feil tid. Det tar opp til to uker før kroppen er synkronisert etter en jet-lag, og i mellomtiden tikker og går den indre rytmen.

Natten er dagens mor

Utsetting av undervannsrobot i Kongsfjorden på Svalbard for å studere plante- og dyreliv i januar. (Foto: Geir Johnsen, NTNU/UNIS)
Utsetting av undervannsrobot i Kongsfjorden på Svalbard for å studere plante- og dyreliv i januar. (Foto: Geir Johnsen, NTNU/UNIS)

Det finnes trolig ikke et dyr eller menneske i hele verden som er helt upåvirket av døgnet. Ingen plasser i Norge er det raskere endringer i daglengden enn på Svalbard. Store deler av året er det enten helt mørkt eller så lyst at det er vanskelig å se forskjell på dag og natt. Det påvirker oss som jobber her, på samme måte som det påvirker alle andre dyr. Vi vet litt om hvordan vi mennesker takler mangelen på døgnrytme på Svalbard. Den økologiske døgnrytmen hos planter og dyr i polare strøk er fortsatt fasinerende og lite kjent. Hele døgnet er jo satt sammen av rytmiske endring mellom populasjonene, i en rytmisk avveining mellom sjansen til å finne mat eller bli spist. Dette er et godt eksempel på hvordan miljøet synkroniseres med dyrenes «klokkegenene», hormoner som melatonin og adferdsøkologien. Hva skjer med denne rytmen når klima endres så dramatisk i nord?

Fra det stummende mørket ved årsskiftet er det snart lysere på Svalbard enn i Oslo. Nå ser jeg vakre Hiortfjellet og Adventtoppen når jeg står opp om morgenen. Streken som skiller mellom lys og skygge kryper stadig nærmere byen. Den dagen streken treffer den gamle sykehustrappa er det soldag i Longyearbyen. Det er en hyllest til de biologiske klokkene.