En latitudes templadas, la correcta sincronización es crucial para casi todos los seres vivos: las plantas brotan con la llegada de la primavera, las abejas saben el mejor momento para visitar las flores, las personas se cansan por la noche y se despiertan nuevamente cada mañana. El cambio constante entre luz y la oscuridad, día y noche, es el ritmo al que todos los seres vivos deben adaptarse si quieren sobrevivir y reproducirse. Los relojes circadianos les ayudan a lograr esto regulando este mecanismo temporal en cada organismo y ajustándose a los cambios.
Pero, ¿qué sucede entornos donde el ciclo de día y noche ya no sigue el ritmo usual de 24 horas, como es el caso de la regiones polares donde el crepúsculo es seguido directamente por el amanecer o cuando el sol está bajo sobre el horizonte solo durante unas pocas horas? Científicos del Departamento de Neurología y Genética de la Universidad de Würzburg han realizado una investigación para responder a esta pregunta. Los resultados han sido publicados en la revista científica Current Biology.
“Los relojes circadianos con una periodicidad de aproximadamente 24 horas permiten que los animales se adapten a los ciclos diurnos y nocturnos. Sin embargo, si estos mecanismos son demasiados rígidos, podría ser una desventaja cuando se adapten a ambientes con otros ritmos como puede ser en las regiones polares”, explica la Dr Pamela Menegazzi, que estuvo a cargo del estudio. “Sabemos que varias especies en estas latitudes altas que viven en el extremo norte o sur ya no adaptan sus actividades a un ritmo de 24 horas, sino que han adoptado un comportamiento arrítmico”.
Los investigadores han investigado el reloj circadiano de la Drosophila, también conocida la mosca de la fruta común. Esta ofrece importantes ventajas para los científicos: su genoma es fácilmente accesible para las intervenciones y su cerebro es relativamente simple en estructura, pero los principios moleculares son los mismos que en los humanos. Además, solo 150 neuronas forman la base del reloj circadiano de las moscas cuyas funciones son conocidas en su mayor parte. La Drosophila se encuentra en todo el mundo. Incluso prosperan en latitudes muy altas donde exhiben el patrón típico de actividad arrítmicas. También se encuentran en regiones subárticas donde son capaces de ajustar su actividad nocturna al a veces muy largo periodo de crepúsculo.
Anteriormente se desconocía qué mecanismos moleculares en el sistema circadiano de las moscas eran responsables de estas adaptaciones regionales. Se analizaron dos modelos: “la arritmicidad podría deberse a una pérdida de la oscilación molecular dentro del reloj maestro o, alternativamente, un eslabón perdido entre este reloj maestro y sus estructuras subordinadas era el responsable”, dice Menagazzi.
Para responder a estas preguntas, Menagazzi y su equipo realizaron lo que probablemente sea el primer análisis comparativo entre géneros. Ademá de la Drosophila, los científicos estudiaron la Chymomyza, un género de moscas del vinagre que se separó de la Drosophila hace unos cinco millones de años para colonizar con éxito las latitudes bajas y altas. Los investigadores eligieron este enfoque para observar más de cerca las adaptaciones evolutivas del sistema circadiano que facilitan la vida de los animales en el Ártico y el subártico.
Los resultados muestran que: “ambas explicaciones son igualmente válidas. Al menos los hallazgos biológicos moleculares de este estudio respaldan esta suposición. En Drosophila ezoana, por ejemplo, la pérdida de la función del reloj molecular en el reloj maestro facilitó la adaptación a la vida en latitudes altas. El resultado es el mismo en Chymomyza pero en este caso debido a un enlace perdido entre el reloj maestro y su salida. Esto sugiere que la capacidad de mantener la ritmicidad conductual se ha perdido más de una vez durante la evolución de la familia Drosophilidae», concluye Menagazzi.
En el estudio, los científicos examinaron un viejo concepto de cronobiología que dice que los relojes circadianos deben tener ciertas propiedades, a saber, un ritmo de 24 horas, la capacidad de sincronizarse con estímulos externos y otro propiedad que los científicos denominan como “autosustentables”, lo que significa la capacidad de mantenerse intrínsecamente un ritmo a largo plazo. “Cada vez es más evidente que muchos organismos, que no son organismos modelos estándar, no poseen estas características”, añade Menagazzi.
Al mismo tiempo, los resultados respaldan la hipótesis de larga tradición que dice que los ritmos conductuales fuertes pueden ser una desventaja en entornos débilmente rítmicos, como las regiones polares. Además, ayudan a los científicos a comprender mejor cómo los animales se adaptan a diferentes nichos ecológicos y qué características podrían ser beneficiosas en entornos extremos. Los investigadores creen que identificar las características que podrían ser necesarias para colonizar con éxito las altas latitudes podría ser aún más relevante a la luz del cambio climático.
