Als de zon ondergaat en de schemering inzet komt er melatonine vrij in je hersenen. Dit gebeurt via signalen vanuit je ogen naar je pijnappelklier. De schemering gaat over in de donkere nacht, je lichaamstemperatuur daalt en je lichaam en hersenen worden steeds slaperiger. Pas wanneer het licht wordt in de ochtend stopt de productie van melatonine en gaan de hersenen uit de slaapstand.

Om melatonine aan te maken hebben we het enzym ‘timezyme’ nodig. Dit stofje ontstond waarschijnlijk op het moment in de evolutie dat ongewervelde dieren overgingen naar gewervelde dieren. Vandaar dat we weten dat melatonine zo’n 500 tot 700 jaar miljoen geleden is ontstaan bij onze vroegste voorouders, kleine organismen die in de zee leefden.

Meer recentelijk hebben wetenschappers van de European Molecular Biology Laboratory in Duitsland nog eens stukje van deze puzzel ontrafeld en de opkomst van melatonine zelfs nog verder teruggeschoven op de evolutietijdlijn. Dit deden ze door te kijken naar de activiteit van specifieke genen die betrokken zijn bij de productie van melatonine en andere slaap gerelateerde moleculen. Uit het onderzoek bleek dat de eenvoudige zeeworm Platynereis dumerilii dezelfde melatonine regulerende en lichtvangende cellen heeft als de mens. Ook bij deze zeeworm wordt alleen ’s avonds melatonine geproduceerd. Vanwege de gelijkheid tussen het gen-netwerk van de mens en de zeeworm denken de onderzoekers dat deze genen voortkomen uit een gedeelde ongewervelde voorouder. Dit is een compleet nieuwe en verrassende theorie die uiteindelijk terugleidt naar waarschijnlijk de eerste vorm van slaap.

Melatonine is een klok en kalender

Omdat melatonine (net als DHA) zo vroeg in de evolutie aanwezig was is het op de diepst mogelijke manier in ons leven verweven en daarom een zeer belangrijke lichaamseigen stof.

En dit allemaal voor een molecuul dat in het allereerste begin als afvalstof van oogcellen ontstond. Langzamerhand werd het gevormd tot een signaal van de nacht omdat het stofje ’s nachts opstapelde in cellen. Met het complexer worden van levensvormen op aarde nam ook de behoefte aan melatonine toe. Vanuit deze vraag ontstond de pijnappelklier. Een structuur los van de ogen om serotonine en andere giftige stoffen die nodig zijn om melatonine te maken weg te houden van het gevoelige oogweefsel.

Stap voor stap komt er meer duidelijkheid over de evolutionaire oorsprong van de hoofdfuncties in onze hersenen. Het fascinerende is dat veel van deze fundamentele ontdekkingen worden gedaan door te kijken naar levensvormen die in de zee voorkomen. Dit is echter niet vreemd omdat het leven in de oceanen en zeeën de aarde sinds het prille begin hebben gedomineerd.

Melatonine is dus een van de oudste biologisch actieve moleculen op aarde en helemaal verweven met het functioneren van ons lichaam. Niet alleen dieren produceren melatonine, zelfs bacteriën en planten maken gebruik van dit mysterieuze neurohormoon.

Als ‘hormoon van de nacht’ wisselen de melatonine concentraties overigens niet alleen in een 24-uurs cyclus, maar ook op basis van de maan- en seizoencycli. Melatonine is dus niet alleen een klok voor het lichaam maar ook een kalender.

Zo weet het lichaam bijvoorbeeld aan de hand van de melatonine concentraties wanneer het winter is. Omdat de nacht eerder valt vindt er voor een langere periode melatonine productie plaats. Het lichaam pikt dit signaal van meer melatonine op en zo wordt het thermoregulatie setpoint beïnvloed, waar je beter bestand bent tegen kou. Dat is natuurlijk heel fijn in de winter!

Melatonine – N-acetyl-5-methoxytryptamine

Melatonine heeft veel functies in het lichaam en deze zijn niet alleen maar hormonaal. Naast de functie van Zeitgeber en hoofdregelaar van slaap regelt het bijvoorbeeld ook de timing en vrijlating van allerlei andere hormonen, stimuleert het autofagie (het lichaam vernieuwt haar cellen op natuurlijk wijze) en is het een unieke en zeer krachtige antioxidant.

In eerste instantie werden bij melatonine alleen cellen in de directe celomgeving geïnformeerd. Later met het ontstaan van de melatoninepiek tijdens de slaap kwam melatonine ook in de bloedcirculatie terecht, dit staat bekend als endocrien. Vanaf dat moment konden ook andere weefsels gebruik maken van melatonine.

Melatonine – N-acetyl-5-methoxytryptamine – wordt gesynthetiseerd uit het essentiële aminozuur tryptofaan en uiteindelijk serotonine, via een meerstaps chemisch proces. De productie vindt voornamelijk, maar niet exclusief, plaats in de pijnappelklier. Ook in de in de retina, de hersenen, het maag-darmkanaal, de testikels, de eierstokken en de huid wordt melatonine geproduceerd.

Pijnappelklier

De pijnappelklier (epifyse) fungeert als een verbinding tussen het zenuwstelsel en het limbische systeem (link) van de hersenen. In de Westerse wereld was er tot 1958 weinig bekend over de pijnappelklier totdat Aaron Bunsen Lerner claimde dat deze klier melatonine produceerde. In de Oosterse geneeskunde had de pijnappelklier daarentegen al duizenden jaren een gevestigde reputatie als het derde oog.

Het mysterie van slaap

Vanuit een wetenschappelijk oogpunt kunnen vervolgstudies voor de bovenstaande hypotheses wellicht ook fundamentele informatie verschaffen over de rol slaap, want dit is anno 2015 nog steeds een mysterie. Het lijkt erop dat slaap niet goed verklaard kan worden vanuit de biologie omdat de complexe werking meer in een kwantumwereld afspeelt waar andere regels gelden dan in de biochemische wereld. Vanuit de biofysica zal eerder een verklaring van dit mysterie komen, aangezien men hier meer bekend is met fenomenen zoals magnetisme, elektriciteit en andere natuurkundige wetten, in combinatie met biologie.

Nieuwe informatie over slaap lijkt inderdaad die kant op te wijzen. Zo blijkt het grote verschil tussen hersenactiviteit tijdens waken en hersenactiviteit tijdens slaap de mate te zijn waarin hersengebieden met elkaar communiceren. Hieruit komt de hypothese voort dat de functie van slaap niet wordt bepaald door de activiteit van individuele hersengebieden, maar door de interactie tussen deze gebieden en de mate waarin deze interactie zich ontwikkelt over de ruimte en tijd.

We moeten slaap dus eigenlijk beschouwen als een specifieke configuratie van het netwerk in ons brein. Een interessante aanvulling op deze theorie is de ontdekking dat tijdens slaap de elektrische signalen, die gebruikt worden door hersencellen om te communiceren, in de tegenovergestelde richting lopen. Hierdoor wordt onbelangrijke informatie gewist en worden de cellen gevoelig gemaakt voor nieuwe leerervaringen. Deze onthulling ligt aan de basis van het vormen van nieuwe herinneringen.

Niet alleen de configuratie of de richting van de elektrische signalen veranderen tijdens slaap, ook de cellulaire structuur van de hersencellen verandert. De hersenen hebben een unieke manier om via het glymfatische systeem schadelijke afvalstoffen te verwijderen. Het meest interessante van deze ontdekking is de manier waarop dit plaatsvindt. Hersencellen krimpen namelijk met ongeveer 60% tijdens de slaap waardoor de afvalstoffen gemakkelijker kunnen worden afgevoerd. Slaap verandert dus ook de cellulaire structuur van de hersenen waardoor ze in een compleet andere staat komen.

Kunstmatig vs natuurlijk licht

Een compleet andere configuratie van de hersenen, omgekeerde elektrische signalen en een veranderde cellulaire structuur klinkt naar onze mening vrij ‘kwantum-achtig’. In de wereld van vandaag de dag waarin kunstmatig licht de boventoon voert over de donkere nacht moet men niet vergeten dat de basis voor een goed lichamelijk functioneren diepgeworteld zit in onze natuurlijke bioritmen. Om je natuurlijke bioritme te stimuleren ga je overdag lekker naar buiten om te genieten van het daglicht en ’s avonds vermijd je zo veel mogelijk blauw licht. Dus doe die tv uit, leg je telefoon weg en steek gezellig de open haard of kaarsjes aan. De aanmaak van melatonine wordt zo op tijd in werking gezet, waardoor je heerlijk zult slapen en je lichaam en geest optimaal herstellen.