Aamu-iltaunisuudesta puolet määräytyy suoraan perintötekijöistä, toinen puolisko siitä johtuu ympäristön vaikutuksesta. Näistä aamu-iltaunisuutta määrittävistä perintötekijöistä osa on jo toistetusti voitu tunnistaa perimän kartoitusten avulla. Eräs niistä on sisäisen kellon toiminnan avainkellogeeni, josta koodattava proteiini (PER2) sitoutuu toisen sisäisen kellon avaimen (CRY2) kanssa yhteen, ja tämä pari säätelee signalointireitillään alavirtaan päin muun muassa useita metabolisia säätelytekijöitä perifeerisissä kudoksissa.

Ympäristön vaikutus tarkoittaa tässä sitä, että ihminen noudattaa yhteiskunnan kellonaikoja, sopeutuu niihin ja toimii niiden mukaan. Esimerkiksi, vaikka ihminen olisi perintötekijöidensä puolesta enemmän iltaihminen kuin aamuihminen, hän voi sopeutua työaikoihin ja vapaa-ajan toimintojen kellonaikoihin siten, että hänen sisäinen kellonsa käy enemmän aamuihmisen kuin iltaihmisen aikaa.

Ympäristöstä sisäiseen kelloon tulevista vaikutteista vahvimmat ovat ilmanalan valoisuus niin ulkona luonnossa kuin sisällä rakennuksissa, jolle kaikki ihmiset väistämättä altistuvat, sekä yhteiskunnan sosiaalisen lukujärjestyksen mukainen ajankäyttö. Yhteiskunta määrittelee ihmisilleen kellonajat, jolloin he ovat töissä ja viettävät vapaa-aikaa. Jäljelle jäävän ajan ihmiset nukkuvat. Yhteiskunta määrittelee ihmisilleen myös ne kellonajat, jolloin ulkona luonnossa on valoisaa.

Vaikuttaako silmiin lankeava valo meissä myös pintaa syvemmälle? Kyllä, silmille näkyvä valo kulkee silmiin tullessaan silmänpohjaan verkkokalvolle asti. Katso tämän reitin yksityiskohdat kuvasta Valon reitit aivoihin kulkevat silmien kautta. Verkkokalvon pohjakerroksessa on hento soluverkko, jonka silmiin tuleva valo kohtaa ensiksi ja jossa valon energian vangitsevat kryptokromit CRY1 ja CRY2 (kreikk. kruptón khrôma, kätketty väri), melanopsiini OPN4 sekä aivolisäkkeen adenylaattisyklaasin aktivoiva polypeptidi ADCYAP1. Verkkokalvolta aivoihin lähtevät hermosäikeet kulkevat näköhermojen kanssa samassa kimpussa, mutta niistä toimintansa suhteen erillisinä kahteen keskeiseen paikkaan.

Hermosäikeet kulkevat silmän verkkokalvolta aivojen näkökukkulan (talamus) takaosaan, jossa sijaitsee näkökukkulan patja (pulvinar). Näkökukkulaan tiivistyneet hermosolut toimivat useimpien keskushermoston aistiratojen väliasemina, ikään kuin junaliikenteen ratapihana, ja säätelevät vireystilaa. Tähän valon aktivoimaan hermosolureittiin perustuu se, että sarastus ja valo virkistävät välittömästi ja että hämärä ja pimeys väsyttävät.

Hermosäikeet kulkevat verkkokalvolta suoraan myös aivojen näkökukkulan alapuolen (hypotalamuksen) etuosassa, näköhermoristin (kiasman) yläpuolelle (suprakiasmaattiseksi) tumakkeeksi tiivistyneisiin hermosoluihin. Nämä hermosolut ovat elimistön sisäinen kello. Tähän perustuu se, että valo tahdistaa elimistön sisäisen vuorokauden maapallon pyörimisliikkeestä johtuvaan ulkoiseen vuorokauteen. Tämän elimistömme eräänlaisen keskuskellon tai kapellimestarin hermosoluissa kaikkien perintötekijöiden toiminta muuttuu loogisella tavalla silmiin tulevan valon vaikutuksesta.

Kun kokeessa valoisan ja pimeän säännöllinen vuorottelu kertoi hiirille, että vuorokausi oli joko 22, 24 tai 26 tunnin mittainen, sisäisen kellon soluissa kaikki perintötekijät muuttuivat aktiivisiksi tai hiljaisiksi siten, että niiden toiminta noudatti kulloisenkin vuorokauden pituuteen sopivaa aikataulua. Nämä muutokset osoittautuivat kokeessa pitkäkestoisiksi mutta palautuviksi sen jälkeen, kun vuorokauden mittaa jälleen oli muutettu. Siten päivän pituus antoi tahdin, kuten orkesterin kapellimestari johtaa soitantaa, sisäisen kellon toiminnalle jopa solutasolta lähtien, mikä näkyi ulospäin käyttäytymisen tasolle asti siinä, milloin hiiret nukkuivat ja milloin ne valvoivat.

Kuva

Valon reitit aivoihin kulkevat silmien kautta. Silmiin tulevalla valolla on välitön virkistävä vaikutus ja säännöllisenä toistuessaan myös sisäistä kelloa tahdistava vaikutus.