Elk levend wezen heeft een innerlijke klok: eencelligen, eenvoudige schimmels, planten, dieren en mensen. „Kennelijk is een inwendige biologische klok bijzonder belangrijk voor het leven op deze planeet.”

De wetenschap die zich bezighoudt met de innerlijke klok heet chronobiologie. Het is het vakgebied van dr. Till Roenneberg. Hij is als hoogleraar verbonden aan het instituut voor medische psychologie van de Ludwig-Maximilians-Universität in München. De Duitse onderzoeker sprak onlangs over zijn vakgebied tijdens de Erasmus MC-lezing Lof der Geneeskunst in Rotterdam. Bij die gelegenheid werd ook de Nederlandse vertaling van zijn boek getiteld ”Het innerlijk uurwerk” gepresenteerd.

„Drie klokken beheersen ons leven”, stelt Roenneberg. „Eén hangt aan de muur, een andere tikt in ons brein. De derde is de zogeheten sociale tijd.” Die laatste bepaalt hoe laat de wekker staat en hoe onze agenda eruitziet: werk, reizen en afspraken.

De innerlijke tijd, die wordt gereguleerd door een groep zenuwcellen in de hersenen, kan per persoon sterk verschillen; de uitersten liggen wel twaalf uur uiteen. Om vast te stellen wat voor type iemand is, kijken onderzoekers naar het slaapgedrag van mensen op vrije dagen. Het dag-nachtritme wordt dan niet bepaald door werk- of schooltijden, maar door de klok die de innerlijke tijd dicteert, zo is de gedachte.

Omdat mensen niet allemaal even lang slapen, kijken chronobiologen bij het bepalen van de timing van de innerlijke klok –het chronotype– naar het midden van de slaap. Het grootste deel van de bevolking heeft daarbij een min of meer gemiddeld chronotype.

Iemand die ’s nachts 8 uur slaapt zou dan op vrije dagen tussen half 1 en 1 uur naar bed gaan en wakker worden tussen half 9 en 9 uur ’s ochtends. De midslaap valt dan tussen half 5 tot 5 uur ’s nachts. Bij meer dan 60 procent van de bevolking ligt de midslaap (op vrije dagen) tussen half 4 en half 6 ’s nachts.

Extreem vroege vogels komen weinig voor: zij vormen minder dan 0,5 procent van de bevolking. Hun midslaap ligt tussen half 2 en 2 uur ’s nachts, wat inhoudt dat ze tussen half 10 en 10 uur ’s avonds inslapen en tussen half 6 en 6 uur ’s ochtends uit zichzelf wakker worden (opnieuw uitgaande van een slaapduur van 8 uur).

Nachtbrakers zijn er wat meer. Ongeveer 4 procent van de bevolking valt in deze categorie. Zij gaan, als ze hun eigen ritme kunnen volgen, tussen 3 uur en half 4 ’s nachts slapen, om tegen het middaguur pas weer te ontwaken.

Overigens stuurt de biologische klok veel meer lichaamsfuncties aan dan alleen het slaap-waakpatroon. Tal van lichaams- en hersenfuncties staan onder controle van dit innerlijke uurwerk en fluctueren dagelijks. De lichaamstemperatuur en hormoonspiegels stijgen en dalen, de vaardigheid om sommen te maken varieert en het spijsverteringskanaal wordt meer en minder actief. „Als we bijvoorbeeld midden in de nacht wakker worden, gaan we geen maaltijd koken. We hebben geen honger.”

Maar wat stuurt nu eigenlijk deze innerlijke klok? „In de eerste plaats is deze genetisch bepaald.” Zo weet Roenneberg van een familie uit de Amerikaanse staat Utah met extreem vroege vogels. Een collega-onderzoeker trof ze om 4 uur ’s ochtends bij een fitnesscentrum dat 24 uur per dag geopend was toen ze gezamenlijk gingen sporten: oma, dochters, zoon en enkele kleindochters.

Een tweede factor die het slaap-waakritme stuurt, is zonlicht. Omdat de biologische klok uit zichzelf vaak een dag aangeeft die langer –en soms korter– is dan 24 uur, moet hij dagelijks worden gelijkgezet met de zonnetijd. In onze westerse samenleving verloopt die synchronisatie niet zo goed. „We zitten het grootste deel van de dag binnen. Velen van ons zijn maar twintig minuten per dag buiten. Dat heeft grote gevolgen voor onze innerlijke tijd.”

De Duitse onderzoeker legt uit hoe dat werkt. „Het verschil in lichtintensiteit tussen binnen en buiten is enorm.” Op een bewolkte, regenachtige dag is de lichtintensiteit zo’n 10.000 lux, schat Roenneberg. Op een zonovergoten dag met een strakblauwe lucht bedraagt die 100.000 lux. „Binnenshuis varieert de lichtintensiteit van 100 lux tot 400 lux onder ideale omstandigheden. Ook is het ’s nachts in de stad vrijwel nergens meer echt donker.”

De afstemming van de innerlijke klok op de zonnetijd verloopt daardoor bij veel westerlingen minder efficiënt, weet de onderzoeker. „Voor een boer die de hele dag buiten werkt bij 10.000 tot 100.000 lux is de paar honderd lux van de lamp thuis als sterrenlicht. Iemand die de hele dag niet buiten komt, ervaart diezelfde lamp echter als zonlicht. Het lichaam krijgt daardoor in de loop van de avond minder sterk het signaal dat het tijd wordt om te gaan slapen. ’s Ochtends wordt die persoon op werkdagen vervolgens wakker door de wekker, soms lang voordat de innerlijke klok aangeeft dat het tijd is om op te staan. Dat resulteert in chronisch slaapgebrek.”

Wanneer iemand overdag meer aan natuurlijk zonlicht blootstaat, zal de herijking van de biologische klok beter verlopen. Mensen met een innerlijke dag van meer dan 24 uur zullen daarmee een vroeger chronotype krijgen, oftewel minder sterke avondmensen worden. Omgekeerd zullen personen met een innerlijke dag korter dan 24 uur minder sterke ochtendmensen worden en ’s avonds langer op kunnen blijven. Dat kan grote gevolgen hebben voor het dagelijks functioneren, stelt Roenneberg. „Een laat chronotype kan ongeveer een uur vervroegen als iemand twee uur of meer buiten doorbrengt. Wie op werkdagen met de fiets naar het werk gaat, in plaats van de auto of het openbaar vervoer te nemen, zal ’s avonds eerder zijn bed opzoeken en daarmee minder slaaptekort krijgen. Hij hoeft dan op vrije dagen ook minder slaap in te halen. Bovendien verbeteren het leervermogen, het immuunsysteem, de stemming en de sociale vaardigheden, want die staan allemaal onder invloed van de innerlijke klok.”

”Het innerlijk uurwerk. Alles over onze bioritmes”, Till Roenneberg; uitg. Babel & Voss, Amsterdam; ISBN 978 94 909 5005 7; 288 blz.; € 10,-.

Werken in een andere tijdzone

Alle Nederlanders verzetten volgend weekend weer hun klok naar de wintertijd. Het fenomeen zomertijd, dat ooit werd ingevoerd om energie te besparen, heeft duidelijk gevolgen voor de innerlijke klok, ontdekten chronobiologen.

„Het is opmerkelijk hoe hecht het slaappatroon op vrije dagen aan de zonnetijd is gekoppeld. Van de winter tot in het voorjaar staan mensen daardoor gemiddeld steeds eerder op”, blijkt uit een studie van klokonderzoeker Roenneberg.

„Wat we niet hadden voorzien, is dat dit volgen van de zonnetijd stopt zodra de standaardtijd eind maart overgaat op de zomertijd. Gedurende de hele zomertijd schommelt het moment van wakker worden op vrije dagen rond een stabiele 8:45 uur (7:45 uur standaardtijd).”

Roenneberg en zijn collega’s zagen echter ook dat met het terugzetten van de klok naar de ‘normale’ tijd –op de laatste zondag van oktober– de relatie tussen het wakker worden op vrije dagen en de zonsopkomst onmiddellijk terugkeert.

„In werkelijkheid is de zomertijd niets anders dan een collectieve beslissing om een uur eerder te gaan werken of om voor een bedrijf te gaan werken dat een tijdzone verder naar het oosten is gevestigd, neem Boekarest, zonder te verhuizen”, aldus Roenneberg.

Gedurende de zomertijd lopen de sociale tijd –die onder meer onze werktijden dicteert– en de innerlijke klok ’s zomers blijvend een uur uit de pas. Daardoor vermindert de slaapduur van velen, met chronisch slaapgebrek als gevolg.

Zou Roenneberg –als hij het voor het zeggen had– de zomertijd afschaffen? „Als wetenschapper zeg ik: Houd hem alsjeblieft. Het is het grootste experiment met de innerlijke klok dat we hebben. Als medicus en als slachtoffer zeg ik: Stop ermee. Het is erg slecht voor de gezondheid.”

Slapende en wakende mimosa

De Franse sterrenkundige Jean Jacques d’Ortous de Mairan zat in de zomer van 1729 aan het begin van de avond in zijn studeerkamer te werken. Al peinzend over een lastige zin, dwaalde zijn blik af naar de vensterbank. Opeens viel het hem op dat de mimosa die daar stond al ‘naar bed was gegaan’: de blaadjes, die de hele dag gestrekt waren geweest, waren nu samengevouwen.

De Mairan vroeg zich af of de beweging van de plantenbladeren te vergelijken was met het slaap-waakritme van mensen. Hij had al vaak opgemerkt dat planten overdag met hun bladeren de baan van de zon volgden. Hoe meer hij over het verschijnsel nadacht, des te duidelijker werd het hem dat de mimosa afhankelijk was van zonlicht en duisternis. Om dit te testen, zette hij de plant in een kast en sloot de deur.

De volgende dag liep hij naar zijn werkkamer, trok de gordijnen dicht en opende behoedzaam de kastdeur. Tot zijn grote verrassing was de mimosa ‘wakker’: de bladeren waren uitgestrekt, ook al stond de plant in volslagen duisternis.

Hij zette dit kleine experiment nog enkele dagen voort en constateerde dat de beweging van de mimosabladeren met dezelfde regelmaat doorging, alsof de pot nog steeds in de vensterbank stond. De plant had kennelijk een innerlijk besef van dag en nacht.

Deze bevindingen rapporteerde de astronoom later dat jaar aan de Académie Française in een uiterst beknopt wetenschappelijk document van nog geen 350 woorden. Hij eindigde met de mededeling dat hij het te druk had voor vervolgexperimenten; die liet hij graag over aan plant- en dierkundigen.

Hoewel bekend is dat enkele wetenschappers uit deze vakgebieden kennisnamen van de observaties van De Mairan –onder wie Charles Darwin–, zou het nog 200 jaar voordat duren voordat biologen de mechanismen die ten grondslag liggen aan de raadselachtige innerlijke klok verder zouden onderzoeken.