Un reloj biológico ancestral

Los ritmos biológicos juegan un papel importante en nuestra vida, marcan las pautas de trabajo y actividad de todo ser humano. El sueño condiciona en buena medida los momentos de actividad.

Los ritmos biológicos humanos atendiendo a la frecuencia se pueden clasificar, como de alta frecuencia con ritmos de menos de 30 minutos, entre los que se encuentran los ritmos cardíaco y respiratorio, de mediana frecuencia con ritmos entre 30 minutos y 2 días, entre los que se encuentran el ritmo circadiano de sueño-vigilia, el ritmo de temperatura corporal o el ritmo de la producción de melatonina-cortisol, y finalmente de baja frecuencia con una duración de más de 2 días como puede ser la mestruación.

Existe una variación a lo largo del día que muestra la activación, con dos factores antagónicos, por un lado esta la somnolencia y por otro lado la alerta. En una jornada de 8 a 24 h la máxima alerta durante el día se produce aproximadamente a las 12 h coincidiendo con la mínima somnolencia. En la jornada vespertina se produce otro pico de alerta máxima, mucho menor que el matutino, en torno a las 18h, a partir de esta hora la atención disminuye progresivamente hasta las 24 h. Con una ligera depresión donde disminuye la atención durante la hora de la comida hasta las 16 h aproximadamente. Por lo tanto, el ritmo de nuestro organismo viene marcado por ciclos de 24, 12 y 8 horas.

El ritmo circadiano coordina los procesos fisiológicos durante el ritmo de las 24 horas del día, lo que permite a los animales anticipar cambios en su entorno y prepararse para ellos. Hasta la fecha, se sabía que algunos genes son controlados por este ritmo y que sólo se activan una vez durante cada ciclo de 24 horas. Ahora, investigadores de la Escuela de Medicina de la Universidad de Pensilvania y del Instituto Salk de Estudios Biológicos, en Estados Unidos, han descubierto –a partir del estudio de ratones- que algunos genes se “encienden” una vez cada 12 u ocho horas.
Esto significa que ciclos más cortos del ritmo circadiano también están codificados biológicamente. El descubrimiento ayudaría a comprender mejor los trastornos en los ritmos circadianos normales, que contribuyen a una serie de patologías, como enfermedades cardiacas y metabólicas, cáncer o problemas relacionados con la edad.
Los científicos explican que el ciclo de 24 horas es el que más condiciona los ritmos circadianos (se comprobó que afectaba a 3.000 genes en total), pero 260 de los genes estudiados (se analizaron los genes de los ratones con chips de ADN) se expresaron en ciclos de 12 horas, y 63 genes en ciclos de ocho horas. Sin embargo, unos estudios recientes, publicados por la revista Nature, y realizados por científicos de la Universidad de Cambridge y de la Universidad de Edimburgo han profundizado en los conocimientos que hasta ahora se tenían acerca de los ritmos circadianos. Estos ritmos son los que controlan los patrones de la actividad cotidiana y estacional de los organismos, desde los ciclos de sueño hasta las migraciones de las mariposas. 

Todos los animales, las plantas y probablemente todos los organismos muestran algún tipo de variación rítmica fisiológica (tasa metabólica, producción de calor, floración, etc.) que suele estar asociada con un cambio ambiental rítmico (el día y la noche, por ejemplo).
La primera de las investigaciones fue realizada por investigadores del Institute of Metabolic Science de la Universidad de Cambridge. En ella, lo que los investigadores lograron identificar por vez primera fueron ritmos de 24 horas en los glóbulos rojos de la sangre.
Este hallazgo resulta significativo porque desde siempre se había asumido que los ritmos circadianos estaban relacionados con el ADN y la actividad genética, pero a diferencia de la mayoría del resto de las células del cuerpo, los glóbulos rojos no tienen ADN. 

Para su estudio, los científicos incubaron, a temperatura corporal y en la oscuridad, glóbulos rojos obtenidos de voluntarios sanos. En intervalos de varios días, los científicos tomaron muestras de estos glóbulos rojos. Después, analizaron en estas muestras los niveles de unos marcadores bioquímicos producidos por la sangre (unas proteínas llamadas peroxirredoxinas). De esta forma, descubrieron que las peroxirredoxinas seguían un ciclo de 24 horas. 

En un segundo estudio, realizado por investigadores de las Universidades de Edimburgo y Cambridge y del Observatorio Oceanológico de Banyuls, en Francia, se descubrió un ciclo similar, de 24 horas, en algas marinas, concretamente en la llamada Ostreococcus tauri, que es un género de alga verde unicelular perteneciente a la clase Prasinophyceae. En este caso, los investigadores constataron la presencia de los ritmos circadianos muestreando durante varios días peroxirredoxinas presentes en estas algas, a intervalos regulares. Cuando las algas fueron mantenidas en la oscuridad, su ADN (la Ostreococcus tauri presenta un núcleo con 14 cromosomas lineales) dejó de estar activo, pero las algas mantuvieron sus relojes circadianos en funcionamiento, a pesar de la ausencia de actividad genética. 

El director de esta investigación y director de la Escuela de Ciencias Biológicas de la Universidad de Edimburgo, Andrew Millar, afirma que el presente estudio “demuestra que los relojes biológicos son mecanismos antiguos que han estado con nosotros durante miles de millones de años de evolución. Deben ser mucho más importantes y sofisticados de lo que previamente creíamos”.

(Fuente: Revista Tendencias 21. 21/1/2011)