Ang mga orasan sa ating katawan

Isinulat ang artikulong ito noong ika-5 ng Nobyembre 2013 habang nasa loob ako ng Baganga Provincial Subjail. Una itong lumabas sa Pinoy Weekly noong ika-23 ng Disyembre 2013 na may pasasalamat kay Hiyasmin Bisoy para sa pag-encode ng sulat-kamay.

Marami sa mga sumusubaybay sa aking kaso ang naging interesado sa isang espesyalisasyon sa agham na kronobiyolohiya o ang pagaaral sa mga regular na ritmo sa mga hayop, halaman, at iba pang buhay na bagay.

Kasama sa mga pinag-aaralan dito ang pang-araw-araw na pangyayari sa ating katawan tulad ng pagtulog; ang buwanang dalaw ng mga babae; ang regular na pagbabago sa o galaw ng mga hayop sa baybaying dagat ayon sa lalim ng tubig;at ang taunang alaw n gmga populasyon ng ibon mula hilaga hanggang timog at pabalik; mga ritmong arawan buwanan, taon-hunas (pasensya na hindi ko maalala ang Tagalog nito), at taunan. Ang apat na ritmong ito ay tinitingnan bilang batayan sa mga ritmong biyolohikal dahil malinaw ang kaugnayan nito sa galaw ng pinaka-maimpluwensyang bagay sa kalawakan: ang araw at ang buwan. Ngunit marami pang mga ritmo sa katawan ng bawat organismo ang may katangi-tanging haba na hindi mahuhulog sa ritmikong galaw ng araw at buwan tulad ng pagpitik ng puso ng mga hayop, haba ng buhay ng mga selyula ng dugo, ritmo ng paghahati ng mga selyula ng katawan, at iba pang paulit-ulit na nangyayari sa katawan ng isang organismo.

Sa pag-aaral ng mga ritmo, maging ito ma’y pisikal tulad ng ugoy ng duyan, o biyolohikal, kailangang gumamit ng mga eksaktong paraan ng pagsukat nito. Dito natin magagamit ang kaalaman ng mga liknayano (sa English ay physicist) na bihasa sa mga ritmo. Ang matematika sa likod nito’y umunlad nang mabilis pagkatapos ng Ikawalang Digmaang Pandaigdig, nang maimbento ang mabibilis na makinang pangkwenta, ang kompyuter. Dito natuklasan na ang klase-klaseng ritmo sa mundo ay mahahati sa tatlong batayang uri: peryodikal, mala-peryodikal, at magulo (sa English ay chaotic).

Ang peryodikal na ritmo ay ang pinakasimple kung ipaliwanag dahil paulit-ulit lang ang galaw nito, may isang period lang ito tulad, halimbawa, ng ugoy ng duyan. Ang mala-peryodikal at magulong ritmo ay may kakaibang katangian; hindi eksaktong umuulit ang galaw bagamat meron pa ring pagtatangka na balikan ang nadaanang posisyon. Ang mga ritmo sa panahon tulad ng bagyo, ulan, at hangin ang mga halimbawa nito. Ang matematika sa likod ng mga ritmong pisikal tulad ng ugoy ng duyan o pag-ikot ng mundo ay sinubukan ding gamitin ng knonobiyolohiko para sukatin at ipaliwanang ang samu’t-saring kaugalian ng mga ritmong biyolohikal.

Isa sa mga pinakakilalang simbolo ng chaos theory, ang Lorenz attractor.

Para sa karagdagang kaalaman tungkol sa kasaysayan ng pagtuklas at pag-unald ng matematika sa likod ng mga ritmo, maaring basakin ang librong Chaos ni James Gleick. Ang librong Sync ni Steven Strogatz naman ay isang pinasimpleng pagpapaliwanang sa maraming ritmong biyolohikal. Ang isang limitasyon lang sa dalawang librong ito ay nasa wikang English ito.

Halimbawa ng isang actogram na pamilyar sa mga kronobiyolohiko. Pinapakita ng tuwid na linya ang isang mala-24 oras na ritmo.

Noong 1960, isinagawa ang pagpupulong ng mga siyentista na ang pananaliksik ay may kaugnayan sa ritmong biyolohikal. Ginanap ito sa isang sentrong pananaliksik sa Estados Unidos, sa Cold Spring Harbor Laboratory, at dinaluhan ng mga biyolohiko na may iba-ibang espesyalisasyon, enhinyerong kemikal at mga kemiko, mga liknayano, at mga doktor medikal sa Estados Unidos at maraming bansa sa Europa. Mula sa pagpupulong na ito ay nabuo at unti-unting lumawak ang komunidad ng mga siyentista na kalaunan ay nagtatag ng kanya-kanyang laboratoryo at sentro ng pananaliksik (research centers) sa espesyalisasyong kronobiyolohiya. Mahalagang banggitin na bago pa man ang pagpupulong na iyon ay marami ng mga obserbasyon at pananaliksik na naisagawa sa Alemanya tungkol sa katangian ng mga halaman na may ritmong arawan tulad ng paggalaw ng mga dahon. Ang mga resulta sa mga pananaliksik na iyon ay isa sa mga naging tampok na ulat sa Cold Spring Harbor.

Ang mga paraan ng pagsusukat ng ritmo na pinaunlad at patuloy na pinauunlad ng mga liknayano at matematiko ay nilapat sa ritmong biolohikal. Ang mga teorya ng resonans (resonance), isang penomenon kung saan may pagsasabay ng galaw ng dalawang ritmo, ay naging sentral na teoryang matemtikal upang maipaliwanag ang samu’t saring ritmong biyolohikal. Halimbawa, ang ritmong arawan ay masasabing indikasyon ng kahalagahan ng kakayahang sumabay ng mga organismo sa ritmo ng mundo sa sarili nitong timong-hilagang axis; mahalaga sa buhay ng maraming, kung hindi man lahat ng orgranismo na makasabay sa pagsikat at paglubog ng araw. Sa madaling salita, ang ritmo ng organismo at ang ritmo ng sikat ng araw ay nagkaroon ng resonans.

Ang ritmo ng pagtulog ng tao ay mahalagang magresona sa ritmo ng sikat ng araw upang makasiguro ntiong gising ang katawan sa mga oras na mas madaling mangalap ng pagkain at nakakapagpahinga ang katawan sa mga oras na dapat makaiwas sa mga mababangis na hayop; mahalaga na mapanatiling gising sa araw, at ang gabi naman ay igugol sa pagtulog kung kailan mahirap maghanap ng pagkain at aktibo ang mga lobo.

Isang halimbawa ng ritmong buwanan ay ang pangingitlog ng mga insekto. May mga species ng insekto na ang uod nito ay kumakain ng buto at ng katutubo lang na mais o palay. Ang mga itlog ng mga insektong ito ay nagiging uod sa panahon kung kailan “hindi lumulubog ang buwan”, isang obserbasyon ng mga magsasaka na ang ibig sabihin ay masisilayan pa rin ang buwan kahit maliwanag na ang sikat ng araw.

Ayon sa mga magsasaka dito sa Davao Oriental at sa katabing probinsiya ng CompostelaValley, hindi dapat magtanim ng palay o mais sa mga araw na ito dahil mauubos lang ng mga dangan na insekto ang mga buto o katutubong halaman. Ang natuklasan nilang sistema ng pagtatanim ng mais o palay ay itaon ito pagkatapos ng kabilugan ng buwan. Sa matagal na panahon ng pagsasaka at pagnanais na mabuhay sa gitna ng kumplikado at nagbabagong kapaligiran, nadiskubre nila ang ritmong buwanan ng mga species ng insektong namemeste sa kanilang mga pananim. Ang ritmong ito ng mga insekto ay nag-resona sa ritmo ng pagbilog ng buwan, kung gagamitin ang wika ng matematika.

Sa pagtanim naman ng palay, iniiwasan ng mga magsasaka ang anihan o kaya ang pagtatanim sa mga buwang Abril at Mayo. Sa mga buwang ito, malakas ang atake ng mga ibong maya, kinakain nito ang mga buto ng palay na nasa lupa o di kaya ang mga buto ng palay na mahihitik na sa mga damo. Ayon sa kanila, ang buwan talaga ng Mayo ang pinaka-aktibo at pinakamarami ang ibong ito. Sa isip ko lang, baka ito ang pinagmulan ng pangalan ng species ng ibon na ito. Ang sistemang ito sa pagtatanim ng palay ay ginagawa lamang sa mga bundok kung saan tuyo ang lupa. Sa mga patag na lupain, ang mga palayan ay lubog sa tubig kaya ang pagtatanim ay pwedeng gawin sa buong taon basta’t ang anihan ay hindi gaawin sa buwan ng Abril at Mayo. Sa mga kabundukan dito sa Davao Oriental, nagsisimula silang magtanim sa Nobyemre. Hindi na pwedeng magtanim pagkatapos ng kalagitnaan ng Disyembre dahil aabutin na ng pag-dami ng maya ang anihan. Ang katangiang ito ng ibong maya ay tumutugma sa maraming pananaliksik na nagpapakita ng ritmong taunan ng maraming species ng ibon, lalo na ang mga migratoryong klase. Sa ritmong taunang ito, nagreresona ang ritmong biyolohikal sa taunang (seasonal) pagbabago ng sikat ng araw. Ang ritmong ito ng mga ibon ay mas tampok sa mas hilagang mga bansa kung saan dumadayo ang napakadaming ibong migratoryo tuwing tag-init (summer) at lumilipad patimog tuwing tag-lamig (winter).

May mga ritmong tauban (circatidal rhythms) na mapapansin sa mga hayop at iba pang organismo na nakatira sa mga dalampasigan tulad ng lokasyon ng Baganga Jail. Ang ritmong ito ay nagreresona sa pagtaas-baba ng tubig na siyang sumasabay naman sa magkasamang galaw ng buwan at araw.

Ang apat na ritmong biyolohikal na nabanggit sa itaas ay nagpapakita sa impluwensya ng paggalaw ng mga bagay sa kalawakan, ang araw at ang buwan, sa patuloy na pag-unlad ng mga buhay na bagay dito sa ating planeta. Ang ritmong biyolohikal na ito ay taglay ng mga buhay na bagay at hindi lamang epekto ng pagbabago ng kapaligiran. Bilang patunay, sa mga eksperimentong ginawa upang gawing konstant o di-nagbabago ang liwanag, patuloy pa ring makikita ang mga ritmong arawan sa organismong pinag-aaralan bagamat’t hindi eksaktong 24 oras ang haba ng bawat pag-ulit ng ritmo. Patunay ito na nasa loob ng organismo o internal ang ritmong arawan.

Sa tao, ang internal na orasang ito ay isang maliit na tisyu sa hypothalamus, isang bahagi ng utak na tinatatawag na suprachiasmatic nucleus o SCN. Ang tisyung ito ay direktang konektado sa ating mga mata; isang indikasyon na ang liwanag sa paligid na mas masinsing prinoproseso ng mga mata ang siyang pinakamahalagang impormasyon na kailangan ng katawan para makasabay sa pagbabago ng sikat ng araw. Ang internal na orasan na nasa SCN ay hindi eksaktong 24 oras na ritmo ng araw. Ang mekanismo ng pag-reset na nagaganap ay aktibong inaalam sa mga kontemporaryong pananaliksik. Ang apat na dekada na ebidensyang nakalap sa mga eksperimento, obserbasyon, at mga pananaliksik ay nagtuturo sa SCN bilang ang tunay na internal na orasan ng ating katawan.

Halos lahat ng organismo ay may internal na orasan. Maging ang napakasimpleng mikrobyo na cyanobacteria, na ang buong katawan ay isang selyula lamang,ay merong internal na orasan. Simple lang ang orasan ng cyanobacteria: tatlong protina na nagbabago ang hugis at konsentrasyon sa loob ng selyula. Kahit sa loob ng test tube, na hindi na kasama ang iba pang kemikal ng selyula, patuloy ang ritmong arawan ng tatlong protinang ito.

Sa mga susunod na kolum ay tatalakayin natin ang iba pang mga eksperimento at pananaliksik sa ritmong biyolohikal. May mga interesanteng kwento mula sa mga magsasakang nakasalamuha ko sa paglalakbay dito sa kanayunan ng Davao Oriental at Compostela Valley; interesante sa punto de bistang akin bilang isang behavioral biologist at physicist; mga kwento tungkol sa iba’t ibang karanasan ng mga magsasaka sa patuloy na pakikisalamuha nila sa kalikasan.