Forskare från EPFL:s Institute of Bioengineering har upptäckt att dygnsklockan och cellcykeln är, faktiskt, synkroniserad.

Ingenting inom biologi är statiskt; allt är flytande, dynamisk och ständigt rörlig. Ofta, denna rörelse sker i upprepade mönster – regelbundna, mätbara cykler som tickar precis som "klockor".

Två av de viktigaste sådana cyklerna är dygnsklockan, som reglerar sömn/vaken rytmen, och cellcykeln, som reglerar tillväxten, liv och död för praktiskt taget varje cell i kroppen. Med tanke på saker som sömnavvikelser, cancer, åldrande och andra relaterade problem, det är inte svårt att se varför båda dessa cykler har fått ett enormt intresse från forskare.

En av de stora frågorna på området har varit frågan om synkronisering, ett fenomen som först observerades av den holländska fysikern – och klockmakaren – Christian Huygens. I synkronisering, rytmerna (faserna) hos två oscillatorer matchar i låssteg.

Naturligtvis, dygnsklockan tar upp en daglig rytm, men det visar sig att även cellcykeln i många system involverar en liknande tidsskala. Dessutom, det finns några bevis som tyder på att båda klockorna faktiskt kan påverka varandra.

Nu, forskare från Felix Naefs labb har funnit att dygns- och cellcykelklockorna faktiskt är synkroniserade. Genombrottsstudien publiceras i Naturfysik , och finns också med i tidskriftens avsnitt Nyheter och vyer.

För att genomföra studien, forskarna utvecklade en metod för "smådata" för att bygga och identifiera en matematisk modell av de kopplade klockorna från time-lapse-filmer med tusentals enstaka celler från möss och människor.

Modellen gjorde det möjligt för dem att förutsäga och mäta fasförskjutningar när de två klockorna synkroniserades i ett 1:1 och 1:2 mönster, och titta sedan på hur systembrus påverkar denna synkronisering. Till sist, forskarna undersökte också hur det kan modelleras på ett randomiserat sätt ("stokastiskt"), som bättre skulle fånga vad som händer i verkliga celler.

Synkroniseringen visade sig också vara anmärkningsvärt robust mot temperaturförändringar, som är känd för att påverka cellcykelklockan, ändra rytmen av celldelningar. Teamet fann att denna dygns-cellcykelsynkronisering är vanlig för olika arter inklusive människor, föreslår en grundläggande biologisk mekanism bakom det.

"Denna interaktion kan spela en fysiologisk roll, " säger Felix Naef. "Det kan förklara varför olika kroppsvävnader har sina klockor inställda på lite olika tidpunkter, lite som väggklockor i världens tidszon på en flygplats."

Implikationerna av studien är betydande, och Natur 's News &Views beskriver det som "ett nytt kapitel i historien om hur icke-linjära kopplingsmekanismer kan vara av grundläggande betydelse för vår förståelse av levande system."