Per decenni la questione è sembrata chiara: la luce regola l’orologio biologico dell’organismo. Al mattino, la luce solare colpisce la retina, il cervello smette di produrre melatonina e l’organismo passa a uno stato di veglia. La sera, l’intensità della luce diminuisce, subentra la sonnolenza e l’orologio biologico prepara il corpo al sonno e al recupero. Questo modello ha plasmato la cronobiologia moderna sin dagli anni ’70 e rimane ancora oggi il fondamento della ricerca sul sonno. Ma negli ultimi anni il quadro ha cominciato a cambiare. I ricercatori hanno trovato prove sempre più numerose del fatto che il tempo biologico sia organizzato in modo molto più complesso di quanto si pensasse in precedenza. Non è solo la luce a influenzare i ritmi circadiani umani. Anche l’alimentazione, l’esercizio fisico, la temperatura e l’attività sociale interferiscono con il sistema di sincronizzazione finemente regolato dell’organismo. Ora entra in gioco un altro fattore, a lungo in gran parte trascurato: l’ossigeno.

Uno studio del 2025 sta quindi suscitando un interesse insolitamente elevato tra gli esperti. Gli scienziati sono riusciti a dimostrare che anche una moderata riduzione dei livelli di ossigeno durante la notte altera in modo misurabile il rilascio della melatonina, l’ormone del sonno. Gli orologi biologici dei soggetti si sono spostati in avanti, senza ricorrere alla terapia della luce, a farmaci o alla privazione del sonno. Era stata modificata solo l’aria che respiravano. L’idea che l’ossigeno stesso possa fungere da timer biologico potrebbe cambiare radicalmente la nostra comprensione della percezione umana del tempo.

Perché la cronobiologia è sull’orlo di una potenziale rivoluzione

L’organismo umano non funziona in modo continuo e uniforme. Quasi tutte le funzioni corporee seguono fluttuazioni ritmiche. I livelli ormonali aumentano e diminuiscono in momenti specifici della giornata; la temperatura corporea e la pressione sanguigna variano nel corso della giornata; persino le cellule immunitarie e gli enzimi metabolici operano secondo programmi biologici fissi.

Al centro di questi processi c’è il cosiddetto nucleo soprachiasmatico, una minuscola regione situata nell’ipotalamo del cervello. Esso funge da centro di controllo centrale dei ritmi circadiani. Per molto tempo è stato considerato principalmente come il recettore della luce del corpo. Infatti, alcune cellule specializzate della retina sono estremamente sensibili alla luce del giorno e inviano segnali direttamente a questo centro. Ma ora sappiamo che il tempo biologico non ha origine esclusivamente nel cervello. Quasi ogni cellula del corpo possiede i propri “orologi” molecolari. Questi orologi cellulari devono essere costantemente sincronizzati. È proprio qui che entra in gioco il nuovo significato dell’ossigeno.

L’ossigeno, infatti, non è solo una sostanza chimica utilizzata per la produzione di energia. Per l’organismo, è anche un segnale ambientale costante. Qualsiasi variazione nella disponibilità di ossigeno costringe il corpo ad adattarsi. Da un punto di vista evolutivo, ciò è stato fondamentale per la sopravvivenza nel corso di milioni di anni. La domanda cruciale, quindi, è: il corpo umano potrebbe interpretare le fluttuazioni dell’ossigeno in modo simile ai cambiamenti di luce?

L’effetto sorprendente dell’ipossia notturna

I ricercatori autori dello studio, pubblicato nel 2025, hanno esaminato partecipanti sani in condizioni di laboratorio rigorosamente controllate. I partecipanti hanno trascorso diverse ore in un ambiente con livelli ridotti di ossigeno. Le condizioni corrispondevano approssimativamente all’aria a un’altitudine di 2.400 metri o al livello di pressione nelle moderne cabine degli aerei. Il cambiamento era moderato. Nessuno ha sofferto di una pericolosa carenza di ossigeno. Ciononostante, il corpo ha reagito in modo molto più sensibile del previsto.

La produzione di melatonina è iniziata prima rispetto alle condizioni normali. L’orologio biologico si è spostato in modo misurabile. Sebbene l’effetto sia durato solo pochi minuti, è proprio qui che risiede il suo significato scientifico. I sistemi circadiani rispondono in modo estremamente sensibile agli stimoli esterni. Anche piccoli spostamenti temporali possono influenzare a lungo termine la qualità del sonno, il metabolismo e le prestazioni. Ciò che è risultato particolarmente degno di nota è stato il fatto che l’effetto si sia verificato indipendentemente dal classico segnale luminoso. Il cervello, quindi, ha apparentemente ricevuto ulteriori informazioni sullo stato fisiologico dell’organismo.

I ricercatori ipotizzano che i sensori di ossigeno interagiscano direttamente con i geni dell’orologio molecolare. Al centro di questo processo vi è una proteina chiamata HIF-1α, un regolatore chiave della risposta cellulare all’ipossia. Quando la disponibilità di ossigeno diminuisce, questo sistema attiva numerosi processi adattativi nell’organismo. A quanto pare, allo stesso tempo influenza anche i meccanismi del ritmo circadiano. Ciò disegna un quadro affascinante: l’orologio interno potrebbe non solo rilevare la luminosità dell’ambiente circostante, ma anche quanto l’ambiente risulti «respirabile».

Un antico legame evolutivo

L’idea che l’ossigeno possa fungere da timer biologico sembra insolita a prima vista. Da una prospettiva evolutiva, tuttavia, ha un senso sorprendente. Per gran parte della storia della Terra, l’ossigeno non era un fattore ambientale stabile. L’atmosfera della Terra primordiale conteneva una quantità di ossigeno libero significativamente inferiore rispetto a quella odierna e, anche dopo il cosiddetto «Grande Evento di Ossigenazione» avvenuto circa 2,4 miliardi di anni fa, i livelli di ossigeno variavano notevolmente a seconda della regione e del clima. Per gli organismi primitivi, ciò significava una pressione costante ad adattarsi. La produzione di energia era sempre legata alla disponibilità di ossigeno. Gli organismi in grado di adattare in modo flessibile il proprio metabolismo, la propria attività e la propria rigenerazione alle mutevoli condizioni ambientali godevano di vantaggi evolutivi.

È proprio qui che potrebbe aver avuto origine il legame tra la regolazione dell’ossigeno e il tempo biologico. I ritmi circadiani si sono probabilmente evoluti non solo per adattarsi alla luce e all’oscurità, ma anche come meccanismo di protezione contro lo stress metabolico. Durante il giorno, la temperatura, l’attività e il consumo energetico di molti organismi aumentano. Allo stesso tempo, cambiano il fabbisogno di ossigeno delle cellule e lo stress ossidativo. Di notte, i processi di riparazione e rigenerazione assumono un ruolo centrale. L’organismo ha quindi dovuto imparare a coordinare l’equilibrio energetico e la protezione cellulare con una tempistica precisa. La ricerca moderna dimostra ora che proprio questi sistemi sono strettamente interconnessi a livello molecolare.

Di particolare importanza in questo contesto è la cosiddetta via di segnalazione HIF (“Hypoxia-Inducible Factor”, fattore inducibile dall’ipossia). Le proteine HIF fungono da sensori centrali dell’ossigeno nella cellula. Quando la disponibilità di ossigeno diminuisce, l’HIF-1α attiva numerosi geni che adattano il metabolismo, promuovono la formazione dei globuli rossi o modificano i processi energetici. Sorprendentemente, questo sistema interagisce direttamente con i geni dell’orologio circadiano come CLOCK, BMAL1 e PER. Ciò crea una sorta di dialogo molecolare tra la misurazione del tempo e la regolazione dell’ossigeno. Esperimenti sugli animali hanno già dimostrato che le fluttuazioni dei livelli di ossigeno possono influenzare i ritmi circadiani. Nei topi, le condizioni ipossiche alterano i modelli di sonno, la temperatura corporea e i cicli di attività. Anche studi condotti sui moscerini della frutta hanno dimostrato che i geni dell’orologio biologico sono sensibili allo stress metabolico. Persino le colture cellulari isolate mostrano variazioni nei propri ritmi molecolari interni in presenza di livelli di ossigeno alterati.

Alcuni ricercatori parlano quindi ormai di un «linguaggio metabolico» comune dell’organismo. Secondo questa visione, la misurazione del tempo e il bilancio energetico non sono sistemi separati, ma sono profondamente intrecciati. L’orologio interno potrebbe non solo registrare le condizioni di luce esterne, ma anche monitorare continuamente lo stato energetico dell’organismo. Ciò spiegherebbe perché i disturbi del ritmo circadiano sono spesso associati a malattie metaboliche. Il diabete, l’obesità e l’infiammazione cronica si manifestano frequentemente in concomitanza con alterazioni nell’apporto di ossigeno a livello cellulare. Anche l’apnea notturna, che comporta cali notturni dei livelli di ossigeno, è spesso accompagnata da disturbi dei ritmi circadiani.

In questo contesto, lo studio sull’uomo del 2025 assume un significato particolare. Per la prima volta, fornisce prove del fatto che questi meccanismi evolutivamente antichi non solo esistono nei modelli animali o nelle colture cellulari, ma potrebbero anche avere effetti direttamente misurabili sull’orologio interno del corpo umano. Se ciò fosse confermato, amplierebbe radicalmente la nostra comprensione della cronobiologia. L’orologio biologico non sarebbe quindi solo un pacemaker nel cervello controllato dalla luce, ma parte di un sistema evolutivo completo per la sincronizzazione dell’energia, del metabolismo e delle condizioni ambientali. Il corpo umano non solo «vedrebbe» il tempo, ma forse lo «respirerebbe» anche.

Cosa potrebbe significare per il sonno e la salute

Se l’ipotesi fosse confermata, avrebbe enormi implicazioni pratiche. La società moderna vive sempre più fuori sincrono con il proprio orologio biologico. Milioni di persone lavorano di notte, dormono in modo irregolare o trascorrono le giornate sotto la luce artificiale. Le conseguenze sono ormai ben documentate: disturbi del sonno, depressione, malattie cardiovascolari, diabete e infiammazioni croniche si verificano con frequenza significativamente maggiore quando i ritmi circadiani sono alterati. Finora la medicina ha cercato principalmente di contrastare questo fenomeno con la terapia della luce o con integratori di melatonina. Ma questi metodi hanno un’efficacia limitata.

Una nuova ricerca apre una prospettiva radicalmente diversa: forse l’orologio interno del corpo può essere sincronizzato anche attraverso il metabolismo. In futuro, stimoli controllati di ossigeno potrebbero essere utilizzati per modificare in modo mirato i ritmi biologici. Tra le potenziali applicazioni figurano il jet lag, il lavoro a turni o i disturbi del sonno. Ciò è particolarmente interessante per la medicina aerospaziale. Gli astronauti, i piloti e chi viaggia su lunghe distanze soffrono spesso di una grave desincronizzazione circadiana. La gestione dell’ossigeno potrebbe diventare parte integrante delle strategie terapeutiche in futuro. Le potenziali implicazioni per la cronomedicina si estendono ancora oltre. È già noto che i farmaci hanno effetti diversi a seconda dell’ora del giorno. Alcune terapie antitumorali mostrano risultati migliori e minori effetti collaterali in specifici momenti biologici. Se l’ossigeno influisce effettivamente sull’orologio interno dell’organismo, ciò potrebbe anche consentire nuove forme di terapie a tempo controllato.

Tra euforia e cautela

Nonostante tutto l’entusiasmo, la ricerca è ancora nelle sue fasi iniziali. Gli studi condotti finora sono su scala ridotta e molti meccanismi non sono ancora chiari. Attualmente nessuno sa esattamente con quanta intensità o in modo permanente l’ossigeno possa influenzare l’orologio biologico. Altrettanto aperta è la questione se i diversi cronotipi reagiscano in modo diverso o quali rischi possano comportare i trattamenti a lungo termine con ipossia. Dopotutto, la privazione di ossigeno non è mai biologicamente irrilevante. L’ipossia cronica può mettere a dura prova l’organismo. La sfida, quindi, consiste nel sfruttare i segnali fisiologici a fini terapeutici senza causare effetti dannosi.

Ciononostante, la ricerca attuale sta già rivelando qualcosa di fondamentale: la percezione umana del tempo è molto più strettamente legata al metabolismo di quanto si sia a lungo supposto. L’orologio interno, a quanto pare, non è un semplice interruttore isolato nel cervello. Fa parte di una rete biologica altamente complessa che elabora costantemente le informazioni provenienti dall’ambiente, dalla respirazione, dal bilancio energetico e dal comportamento. Forse è proprio qui che inizia un nuovo capitolo della cronobiologia: uno in cui non solo la luce determina il ritmo della vita, ma anche il ritmo del nostro respiro.