On sekizinci yüzyılda bir Fransız gökbilimci, evinde beslediği bir küstüm otunun yapraklarının gündüz açılıp gece kapandığını fark etti. Merak edip bitkiyi güneş görmeyen karanlık bir dolaba kapattı. Şaşırtıcı biçimde yapraklar, ışık olmamasına rağmen aynı düzende açılıp kapanmayı sürdürdü. Bu basit deney, canlıların günlük döngülerinin yalnızca dış koşullara verilen tepkiler olmadığını, içeriden işleyen bir zamanlayıcı tarafından da yönetildiğini gösteren ilk ipuçlarından biriydi. Bugün bu içsel zamanlayıcıya sirkadiyen ritim adı verilir; kelime, Latincede yaklaşık bir gün anlamına gelen ifadeden türetilmiştir.

Sirkadiyen ritimlerin en dikkat çekici özelliği, dış dünyadan ipucu almadan da yaklaşık yirmi dört saatlik bir döngüyü sürdürebilmeleridir. Saat bilgisi olmayan, gün ışığı görmeyen yer altı odalarında yaşayan gönüllüler üzerinde yapılan deneylerde, katılımcıların uyku ve uyanıklık düzeni birkaç hafta boyunca belirli bir ritimle devam etmiştir. Ancak bu ritim tam yirmi dört saat değildir; çoğu insanda biraz daha uzundur. Bu nedenle iç saatin her gün dış dünyaya göre yeniden ayarlanması gerekir. Bu ayarlamayı sağlayan en güçlü etken ışıktır.

Memelilerde ana saat, beynin hipotalamus bölgesinde bulunan ve yaklaşık yirmi bin sinir hücresinden oluşan küçük bir yapıdadır. Gözdeki özel hücreler ışık bilgisini doğrudan bu merkeze iletir. Ana saat de vücudun dört bir yanındaki organlara zaman sinyalleri gönderir. Ancak araştırmalar, saatin yalnızca beyinde bulunmadığını ortaya koymuştur. Karaciğer, kalp, böbrek ve hatta deri hücrelerinin de kendi moleküler saatleri vardır. Ana saat, bir orkestra şefi gibi bu yerel saatlerin birbirleriyle uyum içinde çalışmasını sağlar.

Saatin moleküler düzeyde nasıl işlediği, yirminci yüzyılın sonlarında meyve sinekleri üzerinde yapılan çalışmalarla çözüldü. Hücrelerde bazı genler belirli proteinlerin üretimini başlatır. Bu proteinler zamanla birikir ve belli bir düzeye ulaştığında, kendilerini üreten genlerin etkinliğini baskılar. Proteinler yıkılıp azaldıkça baskı ortadan kalkar ve döngü yeniden başlar. Bu kendi kendini düzenleyen geri besleme döngüsünün tamamlanması yaklaşık bir gün sürer. Bu mekanizmayı aydınlatan bilim insanları daha sonra Nobel Tıp Ödülü ile onurlandırılmıştır.

İç saat; uyku ve uyanıklığın yanı sıra vücut sıcaklığından hormon salgısına, sindirimden bağışıklık yanıtına kadar pek çok süreci düzenler. Örneğin karanlık bastırdığında salgılanan melatonin hormonu bedene gecenin geldiğini bildirir. Sabaha doğru ise uyanmaya hazırlık yapan başka hormonların düzeyi yükselir. Bazı ilaçların günün belirli saatlerinde alındığında daha etkili olması, kronofarmakoloji adı verilen yeni bir araştırma alanının doğmasına yol açmıştır. Bu alan, tedavinin yalnızca ne olduğuyla değil, ne zaman uygulandığıyla da ilgilendiğini öne sürer.

Modern yaşam ise bu eski saatle sık sık çatışır. Gece boyunca yapay ışığa maruz kalmak, vardiyalı çalışmak ya da kıtalar arası yolculuk yapmak iç saat ile dış dünya arasındaki uyumu bozar. Uzun uçuşlardan sonra yaşanan ve halk arasında jet lag olarak bilinen yorgunluk, bu uyumsuzluğun en bilinen örneğidir. Uzun süreli vardiyalı çalışmanın bazı sağlık sorunlarıyla ilişkili olabileceğine dair bulgular da araştırmacıların dikkatini çekmektedir.

Herkesin iç saati de aynı biçimde ayarlanmış değildir. Bazı insanlar sabahın erken saatlerinde zihinsel olarak en verimli dönemlerini yaşarken, bazıları ancak öğleden sonra ya da akşam saatlerinde gerçek performanslarına ulaşır. Halk arasında sabah insanı ve gece kuşu olarak adlandırılan bu farklılıklar, kronotip kavramıyla açıklanır. Araştırmalar kronotipin kısmen kalıtsal olduğunu ve yaşla birlikte değiştiğini göstermektedir. Bu nedenle herkese aynı saatlerde aynı verimi bekleyen düzenlerin, bireyler arasındaki biyolojik farkları göz ardı ettiği ileri sürülmektedir.

Işığın iç saat üzerindeki etkisi, ışığın rengine göre de değişir. Gözdeki saat ayarından sorumlu hücreler, özellikle mavi tonlu ışığa duyarlıdır. Telefon ve bilgisayar ekranlarının yaydığı ışığın bu tonlarda yoğun olması, gece geç saatlerde ekran kullanımının melatonin salgısını geciktirebileceği kaygısını doğurmuştur. Bu nedenle uyku uzmanları, yatmadan önceki saatlerde parlak ekranlardan uzak durmayı ve gün içinde mümkün olduğunca doğal ışık almayı önerir.

Gençlerde gözlemlenen bir durum da bu konuyla yakından ilgilidir. Ergenlik döneminde iç saat doğal olarak ileri kayar; yani gençler daha geç uykuya dalma ve daha geç uyanma eğilimindedir. Bu nedenle bazı uzmanlar, okulların sabah çok erken başlamasının öğrencilerin dikkat ve öğrenme performansını olumsuz etkileyebileceğini savunur. Gençlerin sabahları uyanmakta zorlanması çoğu zaman tembellikle açıklansa da bunun arkasında biyolojik bir neden bulunabilir.