w ramach zmieniających się dób i pór roku.
Odwiedzałem również dziadka ze strony matki, który był już wówczas na emeryturze. Zaledwie kilka lat po zakończeniu pracy zaczął zdradzać oznaki demencji. Babcia zajmowała się nim jak dzieckiem. Na ostatnim roku studiów przyjeżdżałem do niego prawie co weekend: byłem jedną z trzech czy czterech osób, które rozpoznawał. Dzień mylił mu się z nocą; mógł być głodny, śpiący albo całkiem rozbudzony o dowolnej porze. Zacząłem dostrzegać, jak ważny w naszym życiu jest prosty kod czasu. Kilka dni po tym, jak skończyłem studia, dziadek zmarł, dożywszy 72 lat.
Na studiach szło mi dobrze; dyplom uzyskałem z hodowli roślin i genetyki. Naturalnym krokiem byłoby teraz pójście na studia magisterskie dotyczące tych samych dziedzin, ale szczęśliwie uzyskałem stypendium na magisterium z biologii molekularnej, w Indiach nazywanej biotechnologią. Biologia molekularna była wówczas nową gałęzią nauki, dzięki której poznałem zagadnienia związane z kodem genetycznym.
Później udało mi się otrzymać posadę badawczą w Chennai, w firmie Bush Boake Allen (dziś International Flavors and Fragrances), która wytwarza substancje smakowe i zapachowe dla niemal wszystkich największych producentów żywności na świecie. Moim pierwszym zadaniem było wykrycie związków chemicznych, którym swój aromat zawdzięczają laski wanilii. Odwiedziłem plantacje wanilii w górach Nilgiri na południu Indii, gdzie gospodarz budził mnie o drugiej nad ranem, po czym jechaliśmy na pola, by zobaczyć, jak robotnicy ręcznie zapylają każdy kwiat wanilii, gdy tylko rozchylą się jego płatki, co następowało jeszcze przed świtem. Choć praca była dobrze płatna, robotnicy nienawidzili zrywać się w środku nocy przez kilka miesięcy z rzędu, a pod koniec sezonu wszyscy czuli się bardzo źle. Zastanawiałem się, czy ich dolegliwości były reakcją na jakiś czynnik obecny na polu, czy też wynikały z dwumiesięcznej deprywacji snu. Tymczasem badania nad rytmem okołodobowym powoli torowały sobie drogę do nagłówków najważniejszych czasopism naukowych, gdy swoje przełomowe prace publikowali Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash i Michael W. Young (którzy wspólnie otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii).
Wkrótce opuściłem Indie, udając się na dalsze studia do Winnipeg w prowincji Manitoba w Kanadzie. Pod wieloma względami był to wielki szok, przy czym przeprowadzka z kraju, gdzie temperatura dochodziła do 40 stopni Celsjusza, do takiego, w którym zimą –18 stopni nie było niczym niezwykłym, grała tu najmniejszą rolę. Zimowe noce były bardzo długie, a mój mózg czuł się zdezorientowany: czy winny był szok kulturowy, temperaturowy, czy brak światła? Niemal połowa moich kolegów z grupy na wydziale immunologii chodziła przygnębiona; nazywali to „zimową depresją”. Efekt, jaki długie kanadyjskie noce wywierały na mój rytm okołodobowy, na nowo rozbudził moje zainteresowanie tą kwestią. Spędziwszy w Winnipeg tylko jedną zimę, przeniosłem się do San Diego, by szukać odpowiedzi na wszystkie pytania i doświadczenia mojego życia w jednej konkretnej dziedzinie nauki. Oficjalnie rozpocząłem studia nad zegarem biologicznym.
Poświęciłem tym badaniom ostatnie 21 lat. Jako doktorant w Instytucie Badawczym Scripps (Scripps Research Institute) w La Jolla w Kalifornii pracowałem nad zrozumieniem, jak rośliny mierzą czas. Najbardziej ekscytujące było to, że laboratorium, w którym prowadziliśmy badania, należało do ścisłej czołówki w tej dziedzinie. Właśnie wtedy odkryliśmy, że zarówno w organizmach roślin, jak i zwierząt działają geny zegarowe. Naszym celem było rozszyfrowanie, jak te geny działają. Fascynujący był każdy dzień, czułem się, jakbym siedział w pierwszym rzędzie i oglądał ulubiony musical na Broadwayu. Należałem do grupy, która odkryła, jak poszczególne geny współpracują ze sobą, by dawać znać roślinom, kiedy należy rozpocząć fotosyntezę, by pozyskać energię, kiedy spać, a kiedy naprawiać uszkodzenia w swoich tkankach. Jeden z roślinnych genów, który odkryłem, pozwolił nam zrozumieć, jak mogą funkcjonować powiązania między zegarem okołodobowym, metabolizmem i naprawą DNA.
W 2001 roku zostałem zaproszony na badania podoktoranckie do nowo utworzonego Instytutu Genomiki przy Fundacji Badawczej Novartis (Genomics Institute of the Novartis Research Foundation, GNF), gdzie miałem pracować nad zegarami biologicznymi zwierząt. Ta wiodąca placówka specjalizowała się w wykorzystywaniu dopiero co opisanych genomów myszy i człowieka do zrozumienia nieodkrytych tajemnic biologii. Dołączyłem do badaczy, by zgłębiać tajemnice rytmów okołodobowych.
Pierwszy przełom nadszedł w ciągu roku. Znalazłem wytłumaczenie, jak nasze rytmy biologiczne dostosowują się do pór roku i różnego typu światła. Mój zespół odkrył w siatkówce oka nieznany dotąd fotoreceptor, który reaguje na światło niebieskie i wysyła do mózgu sygnały informujące, czy jest ranek, czy noc. Rozpracowanie tego fotoreceptora pomogło nam zrozumieć, ile światła, jakiej barwy, przez jak długi czas i o jakiej porze dnia potrzebujemy, by przyśpieszyć lub opóźnić nasz zegar. Było to wielkie odkrycie, gdyż przez niemal sto lat naukowcy wiedzieli, że w oku znajduje się fotoreceptor tego typu, ale nie mieli pojęcia, gdzie go szukać i jak on działa. Prestiżowy magazyn „Science” zaliczył nasze odkrycie do czołowej dziesiątki przełomowych wydarzeń 2002 roku. Właśnie dlatego możesz przełączyć podświetlenie ekranu w smartfonie czy tablecie ze śnieżnobiałego na przygaszony odcień pomarańczowy na kilka godzin przed planowanym pójściem spać.
Prawie osiem lat pracowaliśmy nad ustaleniem, jak ten fotoreceptor funkcjonuje, jak przesyła informacje z oka do mózgu i które rejony mózgu przetwarzają jego sygnały, by zawiadywać snem, stanami depresyjnymi, rytmem okołodobowym czy odczuwaniem bólu. Co więcej, nadal staramy się oszacować pełen zakres oddziaływania światła na nasz rytm okołodobowy i zrozumieć, jak współczesne oświetlenie oddziałuje na ten proces. Niemniej jednak niezwykłą satysfakcję przyniósł mi fakt, że nasze odkrycie pokonało drogę od prostej obserwacji do zastosowania w praktyce, w zaledwie piętnaście lat przyczyniając się do tego, że przeszło miliard ludzi zyskało świadomość o wpływie światła na zdrowie.
Kolejnym tematem badawczym było ustalenie, jak nasz zegar wewnętrzny przesyła informacje o upływie czasu i jak poszczególne narządy odczytują czas, by o określonej porze wykonywać rozmaite zadania. Zaczęliśmy stosować najnowocześniejsze techniki genomiczne w celu monitorowania, które geny, w jakich narządach i o jakim czasie włączają się i wyłączają. Badania te rozpoczęły się w 2002 roku i od tego momentu zaliczyliśmy kolejny przełom: odkryliśmy, że setki, a nawet tysiące genów w mózgu i wątrobie włączają się i wyłączają o konkretnej porze. Nadal rozszerzamy eksperymenty na różne inne narządy, tkanki, ośrodki mózgowe i gruczoły. Dowiadujemy się, że niemal każdy narząd ma swój własny zegar i w każdym narządzie geny ulegają włączaniu i wyłączaniu, co ma wpływ na intensywność produkcji białek w przewidywalnych momentach dnia.
Gdy stworzyłem własne laboratorium w prestiżowym Instytucie Studiów Biologicznych Salk (Salk Institute for Biological Studies), kontynuowałem badania nad zegarem biologicznym wraz ze znamienitymi kolegami. Dziś już wiemy, że ktoś, kto ma przewidywalny rytm okołodobowy, ma też zdrowy organizm. Życie niezgodne z rytmem okołodobowym może nas popchnąć ku chorobie na takiej samej zasadzie jak mutacja w kodzie genetycznym może wywołać określone schorzenia. Przez ostatnie kilka lat miałem szczęście współpracować z największymi umysłami w dziedzinie chorób sercowo-naczyniowych i metabolicznych; wspólnie ustaliliśmy, że zwierzęta, których zegar jest zaburzony, charakteryzują się wysoką zapadalnością na te schorzenia. Powoli stało się jasne, że u źródeł wszystkich dolegliwości leży zakłócony zegar biologiczny, i odwrotnie – w większości chorób przewlekłych funkcja zegara jest zaburzona.
W 2009 roku dziedziny moich badań – światło i czas – wreszcie się spotkały. Rozszerzając zakres wcześniejszych studiów, zaprojektowaliśmy prosty eksperyment, w ramach którego poddaliśmy myszy działaniu specyficznego cyklu światła i ciemności1. Myszy są na ogół zwierzętami nocnymi, nocą także pobierają pokarm. Ale podczas eksperymentu podawaliśmy im pożywienie w dzień i obserwowaliśmy, co stanie się z ich wewnętrznym zegarem. Co zaskakujące, odkryliśmy, że niemal wszystkie geny wątroby,