Những người làm nước hoa hái hoa hồng từ lúc nửa đêm đến 2 giờ sáng để chế tạo nước hoa cao cấp nhất. Bởi vì hoa hồng thơm nhất lúc sáng sớm tối tăm và lạnh. Tại sao hoa hồng tỏa mùi thơm hơn lúc sáng sớm? Và làm sao hoa biết thời gian riêng biệt và tỏa mùi thơm? Không chỉ riêng hoa hồng đâu. Chúng ta cũng vậy, cứ đến 12 giờ trưa thì đồng hồ bụng lại reo vang. Sau khi ăn cơm và trở về văn phòng làm việc, rồi khoảng lúc 3 giờ chiều thì cảm thấy buồn ngủ sau khi ăn như đã hứa. Khi mặt trời lên thì thức dậy và đêm đến thì ngủ. Giống như trong cơ thể có đồng hồ, loài người và các động thực vật lặp đi lặp lại nhiều việc mà sống theo chu kỳ một ngày, một tháng, một năm.
Đi máy bay để du lịch ở đất nước xa xôi thì thấy vất vả trong vòng mấy ngày vì lệch múi giờ. Dù mặt trời đã lên đỉnh đầu nhưng ngủ gà ngủ gật và rõ ràng là buổi trưa nhưng cơ thể muốn ngủ như lúc nửa đêm. Ngược lại, khi đêm đến thì mất ngủ. Ấy là vì không liên quan gì đến thời gian ở địa điểm du lịch, đồng hồ sinh học của cơ thể chúng ta muốn duy trì dòng chảy thời gian 24 tiếng của đất nước mình. Nhịp điệu sinh học này quá chính xác đến mức khó nói rằng ấy là vì thói quen đơn thuần. Vậy làm thế nào có nhịp sống này?
Vào thế kỷ 4 TCN, nhịp điệu sinh vật được phán hiện ra lần đầu tiên. Thuyền trưởng Androstenes dẫn dắt đội viễn chinh của Alexander Đại đế, đã để lại ghi chép quan sát rằng “Vào ban ngày lá cây me nằm ngang, nhưng vào ban đêm thì chuyển sang vuông góc.” Từ đó trở sau, tính chu kỳ của thực vật như thế này được phát hiện ra. Vào năm 1729, De Marin – nhà thiên văn học người Pháp nghiên cứu về sự quay vòng của trái đất, đã phát hiện ra một điều kỳ lạ khi quan sát “cây mắc cỡ”. Cây mắc cỡ có vẻ như héo khô vì các lá kép gập vào trong và cụp xuống mỗi khi chạm vào lá. Tuy nhiên, ông đã nhìn thấy rằng dù không có tác động của bên ngoài, lá cây mắc cỡ mở ra vào ban ngày nhưng khi đêm đến thì gập lại. Đầu tiên, ông ấy cũng dự đoán rằng nguyên nhân hiện tượng thế này là ánh sáng. Tuy nhiên lá cây mắc cỡ mở ra vào ban ngày và gập lại vào ban đêm dù được đặt ở trong phòng tối không có ánh sáng.
Không chỉ thực vật, mà cơ thể người cũng tỏ ra hiện tượng tương tự như thế này. Vào năm 1960, viện nghiên cứu Max Planck, Đức đã thí nghiệm xem nhịp điệu sinh học của người vẫn cố định dù ở không gian tầng hầm không có cửa sổ hay không. Kết quả là có thể quan sát rằng hầu hết mọi người ngủ và thức dậy theo chu kỳ khoảng 25 tiếng dù ở trong tình huống không thể biết được thời gian. Có thể biết được rằng trong cơ thể có đồng hồ sinh học và duy trì nhịp điệu cố định. Hơn nữa, nguyên nhân căn bản của nhịp điệu sinh học thế này được vận hành bởi yếu tố nội tại của sinh vật chứ không phải bởi yếu tố bên ngoài như ánh sáng.
Sự thật rằng tính chu kỳ được tồn tại trong động thực vật là một sự thật đã được quan sát từ ngày xưa. Tuy nhiên khi nghiên cứu về gen con ruồi giấm, thì mới có được giải đáp về câu hỏi căn bản ấy. Điều vận hành đồng hồ sinh học chính là gen. Các nhà khoa học đã tìm kiếm gen vận hành đồng hồ sinh học dựa vào sự thật rằng con ruồi giấm lột xác và lên thành trùng vào lúc sáng sớm trong một ngày. Họ đã phát hiện rác gen như clock, period, timeless mà điều chỉnh nhịp điệu sinh học trong con ruồi giấm. Đồng hồ sinh học được điều chỉnh bởi tác động tương hỗ của các chất đạm được phát sinh ra bởi các gen này. Đồng hồ analog có bên trong rất phức tạp, được chuyển động nhờ các bánh răng khớp nhau và vận hành kim đồng hồ. Giống như vậy, đồng hồ sinh học trong cơ thể chúng ta cũng được vận hành một cách có hệ thống nhờ nhiều chất đạm được làm ra bởi gen. Tức là từng một tế bào có đồng hồ phức tạp và tinh xảo mà chạy tanh tách.
Chu kỳ trung bình một ngày của con người là 24,3 tiếng chứ không phải là chu kỳ 24 tiếng hoàn hảo. Hơn nữa, vì mỗi người có sự khác biệt nên có “người dậy sớm” chu kỳ 23 tiếng và cũng có “người thức khuya” có chu kỳ 25 tiếng. Mỗi tế bào trong cơ thể chúng ta có chu kỳ khác nhau một chút.
Tuy nhiên làm thế nào mà sinh vật không làm trái chu kỳ 24 tiếng vậy? Ấy chính là vì có đồng hồ sinh học trung ương làm cho khớp các đồng hồ sinh học trong cơ thể nhờ cảm nhận ánh sáng. Bộ phận đóng vai trò đồng hồ sinh học trung ương là hạt nhân suprachiasmatic có kích cỡ như hạt gạo và nằm ở vị trí vùng dưới đồi trong não. Hạt nhân suprachiasmatic được cấu thành bởi 20.000 tế bào thần kinh và được liên kết với thần kinh thị giác của hai mắt, cảm nhận sự biến đổi của ánh sáng và báo hiệu khắp nơi trong cơ thể để thiết lập lại nhịp điệu sinh học 24 tiếng. Bản thân ánh sáng không phải là nguyên nhân làm ra nhịp điệu sinh học nhưng cung cấp tiêu chuẩn để làm cho đồng hồ sinh học của chúng ta theo thời giờ cố định hàng ngày. Cho nên nếu hạt nhân suprachiasmatic xảy ra vấn đề vì bệnh u não thì tất cả mọi nhịp điệu của sinh hoạt thường nhật bị phá vỡ nên ngủ bất kỳ lúc nào và thức dậy bất kỳ lúc nào. Tuy đã biết được đồng hồ sinh học trung ương có ở trong hạt nhân suprachiasmatic, nhưng bí mật về cơ chế chính xác của đồng hồ sinh học và đồng bộ hóa tế bào là vấn đề nan giải vẫn chưa có giải đáp.
Hạt nhân suprachiasmatic có nhiều bí mật, tiết ra hormone và điều tiết sự ngủ. Từ hạt nhân suprachiasmatic cảm nhận sự biến đổi của ánh sáng, tín hiệu rằng đã trở nên tối được truyền đạt đến tuyến tùng thì tuyến tùng tiết ra hormone là melatonin làm cho ngủ sâu. Melatonin được tiết ra lúc tối tăm nhưng lại không tiết ra vào ban ngày sáng, dựa trên tín hiệu truyền đến từ hạt nhân suprachiasmatic. Nhờ melatonin được tiết ra, chúng ta có thể ngủ sâu được. Tuy nhiên khi bước vào thời đại kỹ thuật số, số người khó ngủ vào ban đêm tăng lên. Bởi vì nếu bị phơi nhiễm dưới ánh sáng chói lọi như điện thoại di động hoặc TV vào ban đêm thì hạt nhân suprachiasmatic nhầm lẫn là ban ngày và làm giảm melatonin.
Và cũng có những người đang chịu đau đớn vì khó ngủ cực đoan hơn nữa. Đây là những người mà đồng hồ sinh học bị hư hoàn toàn. Các bệnh nhân “hội chứng rối loạn giấc ngủ bị trì hoãn” ngủ từ 4 giờ sáng đến 12 giờ trưa. Những người này hầu như không thể hoạt động trong giờ buổi sáng khác với những người bình thường khác. Các bệnh nhân bệnh hiếm “hội chứng giấc ngủ đến sớm” là những “người dậy sớm” có tính cực đoan ngủ từ 7 giờ 30 phút tối và tỉnh dậy lúc 4 giờ 30 phút sáng. Theo nghiên cứu gần đây, các bệnh nhân hội chứng giấc ngủ đến sớm có triệu chứng thế này là do biến dị đột biến gen điều khiển đồng hồ sinh học.
Rất nhiều người nhìn đồng hồ đến hàng chục lần trong một ngày để xác minh giờ giấc chính xác và trải qua thời gia bận rộn. Tuy nhiên cơ thể của chúng ta biết thời gian phải ăn và phải ngủ dù không nhìn đồng hồ. Sự biến hóa nồng độ của sắc tố, sự thải hương khí hoa, vận động lá cây v.v của thực vật cũng chuyển động theo thời kỳ, và côn trùng cũng đang sống theo nhịp điệu cố định từ thời kỳ con nhộng chui ra khỏi kén đến thời gian hoạt động của thành trùng. Muôn vật biết dòng chảy của thời gian theo bản năng và đang sống theo dòng chảy đó. Con người cũng có nhịp điệu mà nhiệt độ cơ thể và lượng bài tiết hormone thay đổi theo chu kỳ một ngày, ngoài sự ngủ và thức dậy. Thật kỳ lạ thay, đồng hồ chính xác thích hợp nhất với cơ thể là hàng chục tỷ đồng hồ sinh học trong cơ thể chứ không phải đồng hồ trên cổ tay. Nhờ vào đồng hồ trong cơ thể, chúng ta đang cảm nhận dòng chảy thời gian bằng da thịt và sống theo thời kỳ. Tất cả mọi sinh vật đang tồn tại trên trái đất đều đang sống theo dòng chảy thời gian đã được ghi khắc trong đầu.
- Tài liệu tham khảo
- Sự phát minh ngạc nhiên của thời gian (Stefan Klein)
- Niềm vui của giấc ngủ (Satou Tomio)
- Những điều mà chúng ta biết rất ít về con người và vũ trụ (Jung Jae Seung và 4 người khác)
- YTN SCIENCE phim tài liệu “Đồng hồ báo thức trong cơ thể, đồng hồ sinh học”