هر انسان جزئی از ساختار طبیعت است. طبیعت رفتار دوره‌ای دارد که این دوره‌ها روی فیزیولوژی انسان‌ها اثرات تعیین‌کننده‌ای دارند. به‌تازگی علم فیزیولوژی به ریتم‌های ساعت بیولوژیکی بدن، که هر کدام عملکرد ویژه‌ای از بدن را تنظیم می‌کند، پی برده است. مهمترین ریتم درونی ما همان چرخه‌ی ۲۴ ساعتهای است که بسیاری از فرایندهای مهم مانند درجه‌ی حرارت بدن، تولید هورمون و سایر مواد زیست‌شیمیایی و عملکرد سیستم عصبی مانند گرسنگی، خوابیدن، بیدار شدن و دفع کردن را مشخص می‌کند. همچنین ریتم‌های ماهانه و فصلی هم داریم که عادات ماهیانه‌ی زنان و عادات بیوریتم مردان، نمونه‌ای از آن‌ها است.
بعضی از این چرخه‌ها با جزر و مد دریاها و حتی فراتر از جهان، با کیهان در ارتباط است که عامل فراز و نشیب‌های جسمانی و عاطفی ما هستند. ساعت زیستی یا ساعت بیولوژیکی، چرخه‌‌ای تقریبا ۲۴ ساعته در فرایندهای زیست‌شیمیایی، فیزیولوژیکی یا رفتاری موجودات زنده (گیاهان، جانوران، قارچ‌ها و سیانوباکتری‌ها) است. اختلال در ساعت زیستی انسان می‌تواند زمینه‌ساز بیماری‌های بسیاری شود. تنوع دوره‌های فعالیت‌های زیستی در موجودات زنده برای فرایندهایی بسیار ضروری انجام می‌گیرد که در جانوران شامل خوردن، خوابیدن، تولید مثل، مهاجرت، خواب زمستانی و تقسیم یا باززایی سلول‌ها و در گیاهان شامل جنبش‌های جوانه‌زنی و واکنش‌های فوتوسنتزی است.
در میان دوره‌های گوناگون مهمترین دوره، دوره‌های شبانه‌روزی است که به ریتم شبانه‌روزی هم معروف است. فعالیتی که در زمان مشخصی انجام می‌گیرد، می‌تواند تعادل و انرژی را افزایش دهد و در عین حال اگر همین فعالیت در ساعت دیگری انجام شود باعث بی‌تعادلی و خستگی می‌شود. به‌عنوان مثال بهترین ساعت جذب مواد غذایی در بدن، ساعت ۸ شب تا ۴ صبح و بهترین ساعت دفع از ساعت ۴ صبح تا ۱۲ ظهر است. چرخه‌های روزانه هر ۲۴ ساعت به دو نیمه تقسیم می‌شود یعنی روز و شب؛ که هر کدام شامل سه دوره‌ی چهارساعته برای خوردن، خوابیدن و دفع کردن می‌شوند.
تأثیر این دوره‌ها در محیط کاملا مشخص است؛ غروب پس از اتمام کار، احساسی از میل به سکوت تجربه می‌شود؛ به‌گونه‌ای که تمام طبیعت آرام می‌گیرد. هنگام شب، علاقه به نشستن و استراحت کردن زیاد است. البته ممکن است در مناطق شلوغ شهری این سکوت را نتوانید درک کنید. بهترین زمان صرف شام ساعت ۶ بعد از ظهر یا ساعت ۷ است زیرا برنامه‌ی گوارش حداکثر تا ساعت ۱۰ شب به اتمام برسد. چون هضم غذا باعث افزایش سوختوساز بدن می‌شود، خواب را مختل می‌کند. ضمن اینکه ساعت خواب در شب بستگی به فعالیت‌های روزانه دارد.
سات زیستی
حدود ساعت ۱۰ شب بهترین زمان برای خواب است. اگر خوابیدن را در این زمان به تعویق بیاندازید، خود را از یک استراحت خوب که باعث ترشح هورمون‌ها و جذب مواد مغذی خوب می‌شود، محروم کرده‌اید. با برهم زدن این چرخه، موقع بیداری، احساس خستگی و کسالت می‌کنید. خواب می‌تواند منبع مهم انرژی و تعادل وزن باشد. نکته مهم دیگری که به‌همین اندازه اهمیت دارد، زمان بیدار شدن در طلوع خورشید حدود ساعت ۶ صبح است. اگر در این زمان بیدار شوید، ذهن و جسم شما تحت تأثیر احساساتی مثل سبکی، چالاکی، شور و اشتیاق، شادابی و نشاط است.
در میان دوره‌ها، مهمترین دوره دوره‌های شبانه‌روزی است که به ریتم شبانه‌روزی هم معروف است
به‌همان اندازه که انسان‌ها باید به خوردن و ورزش کردن کافی توجه کنند باید ریتم‌های شبانه‌روزیشان را نیز در نظر داشته باشند. گزارش‌های تازه نشان داده است که بیدار ماندن بعد از رسیدن زمان خواب باعث چاقی می‌شود. از زمان پرداخته شدن فرضیه‌ی ژان‌ژاک اورتوس دومیران در سال ۱۷۲۹ تاکنون کارهای زیادی درباره‌ی ساعت زیستی انجام شده است. اکنون می‌دانیم که ساعت زیستی یک سامانه‌ی زمان‌سنجی درونی است که سوختوساز را در تمام اشکال حیات تنظیم می‌کند. دومیران که یک ستاره‌شناس بود، پس از انجام آزمایش‌هایی روی گیاهان دوباره به مشاهده‌ی آسمان برگشت.
باید برای توصیف یک یخچال چینی در سال ۱۷۴۹ که از اثر سردکنندگی عمل تبخیر بهره می‌برد، از دومیران سپاسگزار باشیم. با این وجود، او نمی‌دانست که ما اسیر ساعت زیستی خودمان هستیم. مشاهده شده است که صدها نقش یاخته‌ای، فیزیولوژیکی و رفتاری از چرخه‌ی ۲۴ ساعته در انسان پیروی می‌کند، به همین دلیل ساعت زیستی را نواخت شبانه‌روزی نیز می‌نامند. نواخت شبانه‌روزی با مفهوم عامیانه و شبه‌علمی بیوریتم متفاوت است. دمای بدن نمونه‌ی خوبی از نواخت شبانه‌روزی است.
دمای بدن افراد سالم در طی ۲۴ ساعت، ۳۵.۵ تا ۳۸.۵ درجه‌ی سانتی‌گراد است. در اولین ساعات صبح، دمای بدن در کم‌ترین حد خود قرار دارد و بعداز ظهر و اوایل عصر به بالاترین حد می‌رسد. خستگی پرواز یا خستگی ناشی از اختلاف ساعت و مشکلات بهداشتی ناشی از کار در نوبت‌های چرخشی شغلی، بیشتر ناشی از مبارزه‌ی بدن با نواخت شبانه‌روزی است؛ همان ساعت حساس به نور که چرخه‌ی خواب را تنظیم می‌کند. ساعتهای معیوب می‌توانند سبب افسردگی و اختلال در خواب شوند؛ مدت نواخت شبانه‌روزی به‌ندرت ۲۴ ساعت است، ولی بین ۲۳ و ۲۵ ساعت تغییر می‌کند.
ساعت بیولوژیکی مردان و لزوم توجه به آن
چرخه خواب-بیداری درونی انسان حدود ۲۵ ساعت است. به‌علت این چرخه، انسان‌ها ساعت خواب را پیوسته روزی یک ساعت جلو می‌کشند تا آن را با برنامه‌ی ۲۴ ساعته‌ی زمین تطابق دهند. اما وقتی انسان‌ها دوره‌ی کاری خود را تغییر می‌دهند، تغییر در چرخه‌ی خواب-بیداری بسیار چشمگیر است. کل سامانه، همزمانی خودش را از دست می‌دهد و چرخه‌ی ۲۴ ساعتی را به جلو می‌کشد تا اینکه دوباره به‌نظم درآید. همین بی‌همزمانی است که علت خستگی پرواز به‌شمار می‌آید زیرا چرخه‌ی ۲۴ ساعته‌ی خواب-بیداری به‌طور طبیعی سعی دارد خواب را به‌تأخیر اندازد زیرا تطابق با برنامه‌ی کاری که باعث می‌شود تا دیرتر از حد معمول بیدار باشیم، که یک چرخش به جلو است، تا حدودی آسان‌تر است.
ساعت زیستی / biological clock
ساعت زیستی موجودات را قادر می‌سازد تا با محیط خود سازگار شوند. چون تمام اشکال حیات دارای ساعتهای زیستی هستند و برخورداری این ساعت برای آن‌ها مزایایی دارد، احتمال دارد که در طی تکامل ایجاد شده باشد. مثلا در مهره‌داران ساعت زیستی از ۲۴۰ میلیون سال پیش از این ایجاد شده است. اگر واقعا یک ساعت زیستی در وجود ما است، پس در کجا قرار دارد؟ در پستانداران از جمله انسان این ساعت در هیپوتالاموس مغز در تعداد کمی از یاخته‌ها به‌نام هسته‌ی سوپراکیاسماتیک قرار دارد. هسته‌ی سوپراکیاسماتیک نزدیک عصب بینایی قرار دارد و به‌طور مستقیم به چشم‌ها متصل است؛ هسته‌ی سوپراکیاسماتیک در بافت‌های دیگر بدن هم کشف شده است.
اگر واقعا ساعت زیستی در وجود ما است، پس در کجا قرار دارد؟
هسته‌ی سوپراکیاسماتیک فقط بخشی از محور شبانه‌روزی است؛ دو جز دیگر آن، غده‌ی صنوبری و شبکیه‌ی چشم است. در بعضی افراد ترشح زیاد ملاتونین در طی شب‌های تاریک و طولانی و روزهای زمستان می‌تواند حالتی بنام اختلال عاطفی فصلی یا غم زمستانی ایجاد کند. این حالت افسردگی را می‌توان در مجاورت با نور روشن مناسب، درمان کرد. زمین با چرخش حول محور خود، ریتمی ۲۴ ساعته دارد و سطحش به‌صورت متناوب در معرض نور خورشید و تاریکی قرار می‌گیرد.
موجودات زنده از جلبک گرفته تا انسان با سنجش زمان توسط ضربان روشنایی یا تاریکی سیاره، فرگشت یافته‌اند. آن‌ها با استفاده از مهمترین زمان‌سنج‌های جهان، که ساعت‌هایی روزانه یا شبانه‌روزی هستند، اجازه می‌دهند جدول زمانی روزانه‌شان به‌وسیله‌ی طلوع و غروب خورشید غافلگیر نشود. ساعت اصلی در مغز انسان، به‌وسیله‌ی هماهنگ کردن خواب و بیداری با نور خورشید ظهور کرد. اما ساعتهای بیشتری در بدن وجود دارد. ساعتهای شبانه‌روزی تقریبا در هر سلولی از بدن تیک‌تاک می‌کنند. یک ساعت در کبد و ساعتی دیگر در بافت چربی و دیگری در طهال. باربارا هلم، متخصص ساعتهای زیستی در دانشگاه گلاسکو اسکاتلند می‌گوید:
این ساعت‌ها، الگوهای خواب و زمان‌های غذا خوردن را تنظیم می‌کنند. آن‌ها جریان هورمون‌ها را کنترل و پاسخ‌های بدن به مقدار قند و بسیاری از فرآیندهای زیستی دیگر را تنظیم می‌کنند.
بسیاری از دانشمندان می‌گویند که زمان‌سنج‌ها چنین مزیت‌های فرگشتی‌ای را عرضه کرده‌اند که گونه‌های مختلف در سراسر تاریخ، بارها و بارها آن‌ها را گسترش داده‌اند. به‌غیر از مهم و متعارف بودن ساعتهای شبانه روزی، اینکه دقیقا چرا چنین ساعت‌هایی در اولین گام از حیات پدیدار شدند، هنوز در هاله‌ای از باهام قرار دارد. بسیاری از دانشمندان طرفدار این دیدگاه هستند که ارگانیسم‌های مختلف، به‌طور مستقل، ساعتهای زیستی خود را فرگشت دادند. هر کدام از این ساعت‌ها چرخه‌ی مخصوص به‌خودش را تکرار می‌کند.
پروتئین KaiA
موجودات زنده این کار را احتمالا برای محافظت از دی‌ان‌ای آسیب‌پذیر و شکننده‌ی خود دربرابر پرتوهای مخرب فرابنفش خورشید انجام داده‌اند. اما گروه کوچکی از پژوهشگران این طور فکر نمی‌کنند. آن‌ها می‌گویند باید یک ساعت مادر پیش از ظهور همه‌ی ساعتهای زیستی دیگر وجود داشته باشد. آن ساعت برای محافظت سلول از آسیب ناشی از اکسیژن و شاید دیگر مزایای ناشناخته محافظتی، فرگشت یافت. جلبک سبز-آبی یکی از ساده‌ترین ساعتهای شبانه‌روزی را با سه چرخ‌دنده‌ی پروتئینی، دارا است.
ساعتهای شبانه‌روزی چرخ‌دنده و عقربه ندارند؛ بلکه از مولکول‌های RNA و پروتئین‌هایی تشکیل شده‌اند
با رسیدن غروب آفتاب، پروتئین KaiA به پروتئین KaiC (شکل بالا) و فسفات ارغوانی کمک می‌کند تا به خودش تبدیل شوند. در شب، KaiB پروتئین KaiA را مسدود می‌کند و در سپیده‌دم، فسفات‌ها از KaiC جدا می‌شوند. این ساعت به فتوسنتز هماهنگ‌شده‌ی جلبک با نور خورشید کمک می‌کند. ساعتهای زیستی اولیه ممکن است شباهتی به ساعتهای دقیق بدن که امروزه دانشمندان آن‌ها را مطالعه می‌کنند، نداشته باشند. پژوهشگران می‌گویند ساعتهای اجدادی ممکن است به‌طور ساده همانند یک ساعت آفتابی شروع به‌کار کرده باشند، اما اساسی برای ساخت مکانیزم‌های پیچیده‌تر فراهم آوردند که اکنون همه چیز ما از فشار خون گرفته تا زمان خواب را کنترل می‌کنند.
ساعتهای شبانه‌روزی چرخ‌دنده و عقربه ندارند، آن‌ها از مولکول‌های RNA و پروتئین‌هایی تشکیل شده‌اند که به‌وفور نوسان می‌کنند. در زمان‌های خاصی از روز، پروتئینهای ساعت‌ساز معینی، تولید پیام‌رسان RNA را که سلول از آن برای ساختن دسته‌ای جدید از دیگر پروتئینهای ساعت‌ساز استفاده می‌کند، متوقف می‌کنند. درنهایت سطح آن پروتئین‌ها به آستانه‌ی معینی می‌رسد، سپس ساختن پیام‌رسان RNA را متوقف می‌کنند. پروتئینهای خودسرکوب‌گر متلاشی یا به‌وسیله‌ی دیگر پروتئین‌ها کم‌کم خورده می‌شوند تا سطح‌شان به زیر آستانه سقوط کند، سپس پیام نیاز به دسته‌ای دیگر از پروتئینهای ساعتی صادر و چرخه مجددا شروع می‌شود.
