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Relojes y ritmos biológicos: ¡es la hora de la cronobiología!

En este nuevo número especial, nos adentraremos en el mundo de la Cronobiología de la mano de nuestra colaboradora Beatriz Baño Otálora. ¡Es hora de hablar de relojes y ritmos biológicos!

Los relojes biológicos, son unos “dispositivos” que tienen los organismos internamente, también los seres humanos, y que básicamente hacen lo que se espera que haga todo reloj: medir el paso del tiempo e informar sobre “qué hora es”. Así pues, el reloj de pulsera o el reloj del teléfono móvil no son un invento original del ser humano, sino que la naturaleza ya los desarrolló hace millones de años.

El hecho de que la selección natural, a lo largo de millones de años de actuación, se haya asegurado de que organismos en todas las ramas del árbol evolutivo, desde bacterias hasta animales vertebrados e invertebrados, pasando por hongos y plantas, tengan estos relojes internos, sugiere que saber “qué hora es”, debe ofrecer alguna ventaja adaptativa.

¿Cuál es esa ventaja? Básicamente, saber “qué hora es” nos permite anticiparnos y prepararnos ante los eventos que ocurren de manera cíclica en el ambiente que nos rodea. Por ejemplo, en la naturaleza, el sol sale cada mañana y se pone cada noche, y este ciclo se repite, día tras día, cada 24 horas. Así, es vital que un ratón se asegure de estar de vuelta en su madriguera antes de que el búho salga de caza al caer la noche. A nivel de reproducción, distintas especies necesitan predecir y anticiparse a la llegada de las estaciones de manera que sus crías nazcan en aquella estación con mayores probabilidades de supervivencia, por ejemplo, cuando haya más comida disponible o cuando haga menos frío.

Bea Baño Otálora, investigadora postdoctoral en la Universidad de Manchester

Los relojes biológicos que operan con un periodo cercano a 24 horas se conocen como relojes circadianos (del latín circa diem, que significa “cercano a un día”). Estos relojes son los encargados de generar y coordinar los distintos ritmos diarios o ritmos circadianos en nuestro organismo. Ejemplos de este tipo de ritmos son el ciclo sueño-vigilia o los ritmos de temperatura corporal.

La alteración de estos ritmos no es un tema menor, por lo que cada vez son más los estudios que analizan el impacto que los estilos de vida 24/7 (24 horas/7 días a la semana) de las sociedades modernas pueden tener sobre nuestros relojes biológicos. En general, estos estilos de vida pueden producir alteraciones del ciclo sueño-vigilia o de la producción de hormonas tan importantes como la melatonina. Aún más relevante es el hecho de que muchas de estas alteraciones están asociadas con una mayor incidencia de obesidad, cáncer o trastornos neuropsiquiátricos, entre otros.

A lo largo de los próximos días, publicaremos 6 entradas con las que iremos descubriendo el mundo de los relojes biológicos y el impacto que los estilos de vida de las sociedades modernas están teniendo sobre ellos. En la primera entrada, presentaremos un estudio que demuestra que la selección natural favorece la presencia de relojes biológicos con periodos muy cercanos a 24 horas y averiguaremos qué ventaja adaptativa suponen. En la segunda y tercera entrega discutiremos cómo la alteración de los ciclos naturales de luz/oscuridad, como consecuencia del acceso a luz eléctrica y exposición a luz artificial durante la noche en las sociedades modernas, puede trastocar nuestros ritmos biológicos modificando, por ejemplo, cuándo y cuánto dormimos. Además, ya que el impacto de la exposición a la luz artificial nocturna va más allá de los humanos, en la cuarta entrada presentaremos el caso particular de una especie de canguro, el canguro tammar, en el que esta luz nocturna produce una alteración de los ritmos de reproducción estacional. En la quinta entrada, nos iremos de camping un fin de semana para resaltar el papel que tiene la exposición a la luz natural del sol a la hora de conseguir una buena sincronización de nuestro reloj biológico con el ambiente. Finalmente, en la sexta y última entrada, hablaremos de lo importante que es que “el día sea día y la noche, noche”, es decir, que exista un gran contraste entre el día y la noche, como estrategia para potenciar y mejorar el buen funcionamiento de nuestros relojes biológicos.

Reloj astronómico de Praga. Foto: Bea Baño Otálora.

Es la hora de los relojes biológicos: Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2017

No podemos terminar esta entrada sin mencionar el premio Nobel de Fisiología o Medicina, el cual ha supuesto el reconocimiento mundial de la importancia que tienen los relojes biológicos y los ritmos circadianos.

Durante muchos años, se sabía que los seres vivos poseíamos estos relojes biológicos en nuestro organismo y que estos nos ayudaban a anticiparnos a los cambios cíclicos que tienen lugar en nuestro entorno como consecuencia del paso del tiempo. Por ejemplo, anticipándonos a la hora de salida del sol o a la llegada de la noche como ya hemos comentado anteriormente. Sin embargo, cuáles eran las piezas que los hacían funcionar y marcar la hora era todo un misterio.

Durante los años 70, los investigadores Seymour Benzer y Ronald Konopka a partir de sus trabajos sobre la mosca de la fruta descubrieron la primera pieza del engranaje de estos relojes: un gen, al que llamaron per (de «período»). Esto quiere decir que las bases del funcionamiento de estos relojes ¡están escritas en el ADN!

Sin embargo, fueron los posteriormente laureados Jeffrey C. Hall y Michael Rosbash, de la Universidad Brandeis, en Boston, y Michael W. Young, de la Universidad Rockefeller, en Nueva York, quienes consiguieron aislar este gen y demonstrar que era responsable de la formación de una proteína, una especie de pieza, que se acumula en las células durante la noche y se degrada durante el día, y así sucesivamente en ciclos de 24 horas. Es decir, habían conseguido identificar uno de los engranajes moleculares clave para el funcionamiento del reloj biológico. Estos hallazgos llevaron a otros investigadores a estudiar si estos mismos genes/engranajes u otros similares estaban también presentes en todos los organismos. Y así fue como, a lo largo de los años, se fue descubriendo que el funcionamiento básico de los relojes biológicos es algo muy antiguo, es decir, es una característica muy conservada a lo largo de la escala evolutiva.

Si no podéis esperar a que publiquemos las siguientes entradas de este número especial o simplemente os apetece conocer más sobre el mundo de los relojes biológicos, os recomendamos que veáis este capítulo del programa de divulgación científica REDES, sobre “el reloj que llevamos dentro”.

¡Que el tiempo os acompañe!