भौगोलिक स्थितीनुसार पृथ्वीवरील विविध भागांत असलेला परिसर, तापमान, सूर्यप्रकाशाची उपलब्धता या विविधतेशी व स्थिती बदलाशी जुळवून घेण्यासाठी बहुतेक सजीवांमध्ये अंतर्जात जैविक कालगणना व्यवस्था असते. सामान्य भाषेत याला जैविक घड्याळ (Biological clock) असे म्हणतात. दररोजच्या दिवस-रात्र चक्रानुसार शरीरक्रिया आणि वर्तन जैविक घड्याळामुळे नियंत्रित होते. दैनिक अंतर्जात कालबद्धतेला ‘सर्कॅडियन रिदम’ (Circadian rhythm) असे म्हणतात. हा शब्द लॅटिन भाषेतील circa म्हणजे ‘around’ आणि dies म्हणजे ‘day’ यापासून बनलेला असून मराठीमध्ये याला ‘दैनिक लयबद्धता’ किंवा ‘दैनिक लय’ असे म्हटले जाते.
दैनिक लयबद्धता ही सर्व सजीवांमध्ये अस्तित्वात असलेली अत्यंत प्राचीन तसेच उत्क्रांतीमध्ये टिकून राहिलेली क्रिया आहे. एकपेशीय नीलहरित शैवाल (Cyanobacteria), एकपेशीय आदिजीव, बहुपेशीय कवके, वनस्पती, कीटक, कृदंत आणि मानव यांसहित प्रत्येक सजीवांमध्ये दैनिक लयबद्धता आढळते. दैनिक लयबद्धतेत शरीराच्या अंतर्गत चोवीस तास कार्यक्षम असणारा संदेश प्रवर्तक (Oscillator) असतो. हा अंतर्गत संदेश प्रवर्तक प्रकाशाची उपलब्धता यासारख्या बाह्य कारणामुळे उत्तेजित होतो. त्याला अनुसरून अंतर्गत दैनिक लयबद्धता शारीरिक क्रियांचे नियंत्रण करते.
सजीवांची शरीरक्रिया दिवस व रात्रीच्या वेळेनुसार बदलते. हे फार पूर्वीपासून सामान्य व्यक्ती व वैज्ञानिकांच्या लक्षात आले होते. उदा., शिरीष वृक्षाची पाने सायंकाळी मिटतात आणि ही पाने दिवसा पुन्हा उघडतात. जीन-जॅक्वेस दी ऑर्टोस (Jean-Jacques d’Ortous de Mairan) यांनी १७२९ साली लाजाळूचे (Mimosa pudica) रोप बरेच दिवस अंधारात ठेवले. परंतु, अंधारात असताना दिवस असावा अशाप्रकारे त्याची पाने उघडायची व रात्री पुन्हा मिटायची. यामुळे लाजाळूमध्ये दिवस-रात्र ओळखण्याची अंतर्गत क्षमता असावी असे त्यांना वाटले (पहा आ.१.). यानंतर १९३० मध्ये जर्मनीतील वनस्पती क्रियाविज्ञानाचे संशोधक एरविन बनिंग (Erwin Bunning) यांनी दैनिक लयबद्धता शोधण्यासाठी घेवड्याच्या वेलीवर प्रयोग केला. त्यांनी गतिलेखी/स्पंदलेखी (Kymograph) नावाच्या यंत्रावर घेवड्याच्या वेलीच्या पानांचा काळजीपूर्वक आलेख काढला. दिवसा व रात्री त्यांनी काढलेला आलेख आणि सतत प्रकाशात ठेवलेल्या वेलीच्या पानांचा आलेख जवळजवळ एकसारखाच होता. सतत उजेडात असणाऱ्या पानांची हालचाल ही रात्री व दिवसाच्या नेहमीसारख्या हालचालींप्रमाणे होत असे. यावरून वेळ व उजेड यावरून वनस्पतीमध्ये काही अंतर्गत यंत्रणा कार्य करते, असा त्यांनी निष्कर्ष काढला. अनेक दशके यावर चर्चा चालू होती. शेवटी लयबद्धता या संकल्पनेवर शिक्कामोर्तब होण्यास विसावे शतक उजाडले.
झाडाची पाने उघडणे व मिटणे याच्याशिवाय अनेक शारीरिक क्रिया जैविक लयबद्धत्तेबरोबर जोडलेल्या आहेत असे आढळल्याने जैविक लयबद्धता (Biological rhythms) हा नैसर्गिक निवडीचा भाग आहे, असे वाटू लागले. जैविक लयबद्धता वनस्पतीमध्ये आनुवंशिक वारशाने येते, हे एरविन बनिंग यांनी १९३० साली केलेल्या अभ्यासातून स्पष्ट केले होते. लयबद्धतेमागे जनुकीय कारणे आहेत, यावर संशोधकांचे १९६० साली एकमत झाले होते. यानंतर लयबद्धतेचे नियंत्रण कसे होते यासंबंधीच्या संशोधनाला चालना मिळाली. थोडक्यात जैविक लयबद्धता म्हणजे शारीरिक क्रियांमध्ये होणारे नियतकालिक नैसर्गिक बदल होय. याच्या तुलनेत दैनिक लयबद्धता म्हणजे चोवीस तासांच्या चक्रामध्ये होणारे नियमित शारीरिक, मानसिक आणि वर्तणुकीतील बदल होय.
दैनिक लयबद्धता याचा जैविक लयबद्धतेशी जवळचा संबंध आहे असे वैज्ञानिकांच्या लक्षात येऊ लागले. जैविक कालबद्धतेमुळे झोप, संप्रेरकांचे स्रवणे, रक्तदाब, शरीराचे तापमान यांचे नियंत्रण होते. जैविक लयबद्धतेचा मानवी आरोग्याशी जवळचा संबंध आहे (आ.२). रेणवीय चक्र (घड्याळ) अनेक ऊतींवर स्थानिक परिणाम करते. लयबद्धता जनुकांचे (Genetic control of Biological rhythm) शमन झाल्यास इन्शुलिन आणि कॉर्टिकोस्टीरोन यासारखी संप्रेरके लहरी पद्धतीने स्त्रवतात. त्यामुळे ग्लुकोजनवजनन (Gluconeogenesis), इन्शुलिन परिणामकारकता आणि रक्तशर्करा यांचा ताळमेळ बिघडतो. मेंदूची कार्यक्षमता झोपेवर अवलंबून असते. जैविक लयबद्धतेतील बिघाड नैराश्य,एकापाठोपाठ तीव्र नैराश्य आणि तीव्र उत्साह याचे झटके येणे (Bipolar disorder), बोधनक्रियेमध्ये अडथळे, स्मृतिभ्रंश आणि काही चेतासंस्थेच्या आजारांचे प्रमाण वाढवतो. काही प्रकारात लयबद्धता जनुकामधील उत्परिवर्तनामुळे झोपेच्या व जागे राहण्याच्या वेळामध्ये दूरगामी परिणाम होतो. उदा., मध्यरात्री जागे होणे किंवा रात्री दोन वाजता माझी स्नानाची वेळ झाली आहे आणि आता थोड्या वेळात सकाळ होणार आहे असे वाटणे वगैरे. काही आजारांची जसे कर्करोग, चेतासंस्था दौर्बल्य आजार, चयापचय आजार व दाह यांचा प्रभाव वाढतो. यावर उपचार करून अंतर्गत लयबद्धता औषध उपचाराने पूर्ववत कशी करता येईल याबाबत अभ्यास सुरू आहे. २०१७ मध्ये जैविक लयबद्धतेच्या रेणवीय नियंत्रणावरील संशोधनासाठी यंग (Michael W. Young), हॉल (Jeffrey C. Hall) व रोशबाश (Michael Rosbash) या तिघांना नोबेल पुरस्काराने सन्मानित करण्यात आले.
नेहमी जैविक लयबद्धतेचा आणि झोप येणे व झोपेतून जागे होणे यांचे संतुलन बदलत नाही. परंतु, आंतर खंडीय प्रवास (Inter continental travel) अधिक वेगाने केल्यास जैविक लयबद्धतेचा झोपेवर परिणाम होतो. याला विमान पश्चता किंवा समय क्षेत्र विलंब (Jet lag; मूळच्या ठिकाणच्या वेळेहून पोहोचायच्या ठिकाणची वेळ भिन्न असणाऱ्या स्थलापर्यंतच्या केलेल्या दीर्घ विमान प्रवासाने येणारा शिणवटा) असे म्हणतात.
पहा : जैविक लयबद्धतेचे नियंत्रण, प्रवासी आरोग्य.
संदर्भ :
- https://www.researchgate.net/publication/12868604_Biological_clocks Click to access 85-93.pdf
- https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/biological-clocks
समीक्षक : प्रमोद जोगळेकर