遺伝子研究は、動物が冬眠しているときでも体内時計が進み続けることを示す、観察研究が長年保持してきたことを裏付けるものである。さらに、彼らの概日リズムは人間の概日リズムと同じであり、これらのクマ (Ursusarctoshorribilis) は、体重の 30% が減る以外はほとんど悪影響なく、暗闇の中で 4 ～ 7 か月間冬眠することができます。
ワシントン州立大学（WSU）の科学者らは、これらの「極端なシフト労働者」の印象的な生理機能が、人間がサーカディアンリズムの乱れにどのようにうまく対処できるかについての手がかりを提供する可能性があると考えている。概日リズムの乱れは、心臓病、免疫不全、糖尿病や肥満などの代謝疾患、脳卒中、がん、早死にと関連があり、交替制勤務者の間でより蔓延しています。
研究者らは、冬眠中のツキノワグマのエネルギー生産量は、数か月間何も食べていなくても、日によって変動することを発見した。冬眠中はエネルギーのピークが抑制され、エネルギーのピークは動物が活動しているときよりも一日の遅い時間に発生しますが、概日リズムが停止するのではなく維持されていることを明らかに示しています。
「これは、概日リズム自体の重要性を強調しています。概日リズムにより、生物は冬眠中のクマのような極限状態でも柔軟に機能することができます」と、主著者でウェスタンシドニー大学統合生理学・神経科学部教授のヘイコ・ジャンセン氏は述べた。
研究チームは、ツキノワグマが何か月も食事をとらず、ほとんど活動せずに、健康への悪影響を引き起こすことなく、どのようにして大幅に体重を増加させることができるのかを理解できれば、人間への治療への扉が開かれる可能性があると考えている。ツキノワグマの体重は最大 100 ポンド (45 kg) まで減少しますが、筋肉はほとんど減らず、骨の劣化も代謝性疾患もありません。
この研究では、研究者らは動物の時計の発現を細胞レベルで研究しました。研究者らは、培養のために活動期間と冬眠期間中に6頭のツキノワグマから細胞サンプルを収集した。研究者らは、一般的に体温が約34℃（93.2°F）と低い冬眠中の動物から採取した細胞と、体温が約37℃（98.6°F）の活動期の動物から採取した細胞を比較した。
彼らの発見は、冬眠中の動物の細胞内で数千の遺伝子がリズミカルに発現する概日活動を裏付けた。これは、体の細胞のエネルギーであるアデノシン三リン酸 (ATP) が、ピークと谷は低いものの、24 時間周期で生成されていることを示唆しています。
前述したように、ピークのエネルギー出力も動物が活動しているときよりも遅く発生することから、クマは「電池」の稼働を維持するコストを削減するために冬眠中に概日リズムを変更していることが示唆されています。このため、彼らは何ヶ月も食べなくても、有害な健康上の問題を引き起こすことなく、体にエネルギーを供給するのに十分な燃料を燃焼し続けることができます。
「サーモスタットを設定するようなものです」とヤンセン氏は言う。 「エネルギーを節約したい場合は、サーモスタットの温度を下げることになります。これは基本的にクマが行っていることです。」
西シドニー大学のツキノワグマセンターで冬眠中の動物を観察していた研究者らは、光条件が同じでも、1日の特定の時間帯に動物がより活動的であることに気づいた。これらの活性の増加は、冬眠中の動物の細胞による ATP 産生のピークに対応します。
同氏はさらに、「彼らは時計を止めることなく概日リズムを抑制する能力を利用している。これは動物の代謝プロセスとエネルギー消費を微調整する非常に斬新な方法だ」と付け加えた。
研究者らは、この能力を活用することで、人間が夜に働き、日中に眠るという「生物学的」スケジュールに対処できるようになる可能性があると考えている。
労働力の14%が夜間に働いていると推定されており、特に慢性疾患、事故、生活の質の低下、医療費など、労働時間による人間の健康への悪影響についての懸念が高まっています。
もし科学者が人間の体内時計を平均的なクマの体内時計よりも賢くする方法を発見できれば、健康への有害な影響を排除できる可能性は非常に大きくなるでしょう。
最近の別の10年にわたる研究で、科学者らはクマが冬眠中に独自の抗凝固タンパク質を生成して、長時間動かないリスクから身を守ることも発見した。
この研究はJournal of Comparative Physiology Bに掲載されました。