{"id":292973,"date":"2019-06-26T15:25:17","date_gmt":"2019-06-26T18:25:17","guid":{"rendered":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=292973"},"modified":"2024-06-05T15:51:13","modified_gmt":"2024-06-05T18:51:13","slug":"un-reloj-que-funciona-en-la-oscuridad","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/un-reloj-que-funciona-en-la-oscuridad\/","title":{"rendered":"Un reloj que funciona en la oscuridad"},"content":{"rendered":"

En la naturaleza, las condiciones de vida son un tanto inconstantes. Los alimentos pueden hallarse disponibles o no, los predadores son m\u00e1s abundantes en determinadas circunstancias, los elementos clim\u00e1ticos, a veces, constituyen todo un desaf\u00edo. Conviene prever algunos de esos par\u00e1metros para poder entrar en acci\u00f3n cuando esto \u00faltimo resulta m\u00e1s productivo o seguro. En ese caso interviene el reloj biol\u00f3gico, un mecanismo interno que regula la actividad y cuyo control gen\u00e9tico viene siendo develado durante los \u00faltimos 30 a\u00f1os, en una gesta reconocida este a\u00f1o con el Premio Nobel de Medicina. Esta capacidad de previsi\u00f3n es especialmente valiosa para aquellos animales que no disponen de un f\u00e1cil acceso a los indicadores ambientales, como es el caso de los roedores subterr\u00e1neos conocidos como tucutucos (Ctenomys <\/em>spp.). Se trata de un ambiente extremo desde el punto de vista de la luz, que tambi\u00e9n es una realidad para las especies zool\u00f3gicas polares, abisales o cavern\u00edcolas, y por lo mismo resulta crucial para los estudios de cronobiolog\u00eda. \u201cEstamos comparando los ritmos biol\u00f3gicos en la naturaleza y en laboratorio\u201d, relata la f\u00edsica Gisele Oda, coordinadora del Laboratorio de Cronobiolog\u00eda del Instituto de Biociencias de la Universidad de S\u00e3o Paulo (IB-USP). \u201cLa l\u00ednea de estudios de campo es poco usual en la cronobiolog\u00eda, que tradicionalmente se estudia en ambientes controlados\u201d, dice la investigadora, quien lleg\u00f3 a estudiar la biolog\u00eda partiendo desde la f\u00edsica, estudiando las oscilaciones en los sistemas din\u00e1micos.<\/p>\n

La comparaci\u00f3n entre ambas orientaciones inmediatamente sum\u00f3 elementos por esclarecerse cuando los tucutucos, diurnos en su vida normal en la naturaleza, pasaron a ser nocturnos en laboratorio. Tal cambio ya se hab\u00eda observado en otros animales, entre ellos los de una especie an\u00e1loga chilena, a los que se conoce con el nombre de cururos (Spalacopus cyanus<\/em>). La bi\u00f3loga Patricia Tachinardi, quien forma parte del grupo de trabajo de Gisele Oda, se aboc\u00f3 al estudio de ese aspecto y determin\u00f3 que esto los beneficia en cuanto al ahorro de energ\u00eda, seg\u00fan relata en un art\u00edculo publicado el a\u00f1o pasado en la revista cient\u00edfica Physiological and Biochemical Zoology<\/em>.<\/p>\n

Durante el desarrollo de su doctorado, cuya tesis defendi\u00f3 este a\u00f1o, Tachinardi evalu\u00f3 tucutucos confinados en c\u00e1maras que miden la actividad metab\u00f3lica por medio del consumo de ox\u00edgeno en la respiraci\u00f3n. En el marco de esos experimentos, pudo definirse que las temperaturas en un rango situado entre 23 grados Celsius (\u00baC) y 33 \u00baC son ideales para la vida de estos animales, y se calcul\u00f3 cu\u00e1nta energ\u00eda economizan siendo diurnos o nocturnos. El estudio cont\u00f3 con la colaboraci\u00f3n del fisi\u00f3logo estadounidense Loren Buck, de la Universidad del Norte de Arizona, experto en balance energ\u00e9tico en condiciones naturales. Fue un hallazgo sorprendente que tres de los nueve espec\u00edmenes sujetos al experimento, noct\u00e1mbulos en el laboratorio, instant\u00e1neamente pasaron a desarrollar actividad diurna en esas cajas. \u201cLa humedad aumenta y la concentraci\u00f3n de ox\u00edgeno es menor que en las condiciones normales de laboratorio, necesitamos controlar esos par\u00e1metros para estudiar qu\u00e9 es lo que suscita esa alteraci\u00f3n del patr\u00f3n de actividad\u201d.<\/p>\n

Sucede que en invierno, cuando lo ideal ser\u00eda refugiarse en el nido subterr\u00e1neo, los tucutucos que viven en libertad necesitan estar m\u00e1s activos. Deben comer m\u00e1s para obtener la energ\u00eda suficiente como para poder afrontar el fr\u00edo, y el alimento, en dicha estaci\u00f3n del a\u00f1o, es m\u00e1s escaso. Entonces se vuelve crucial restringir la actividad a las horas en que el Sol modera la temperatura del ambiente. Para estudiar minuciosamente el consumo energ\u00e9tico en campo, el grupo de Oda se topa con ciertas limitaciones t\u00e9cnicas. \u201cLos aceler\u00f3metros con que contamos a\u00fan son muy grandes para poder acoplarlos en los animales libres\u201d, dice la f\u00edsica. Ella se refiere a unos dispositivos (sensores) que, sujetos a collares o bien implantados, podr\u00edan registrar con precisi\u00f3n el movimiento y el gasto de energ\u00eda de los animales.<\/p>\n

En invierno, resulta crucial acotar la actividad a las horas en que el Sol modera la temperatura<\/p><\/blockquote>\n

Presupuesto energ\u00e9tico<\/strong>
\nResulta curioso constatar la capacidad adaptativa del horario de actividad, como si las condiciones ambientales activasen un interruptor que altera instant\u00e1neamente el patr\u00f3n. \u201cLa condici\u00f3n de ser nocturno o diurno suele hallarse asociada a la identidad de cada especie, como una marca inmutable\u201d, comenta Oda. Tales observaciones se ajustan al modelo \u201ctrabajando por la comida\u201d, del cronobi\u00f3logo holand\u00e9s Roelof Hut, de la Universidad de Groninga, donde Tachinardi estuvo un tiempo durante su doctorado. El investigador revel\u00f3 que, en ratones, el aumento de la dificultad para obtener alimento altera su pauta nocturna transform\u00e1ndolos en diurnos. \u201cCuanto mayor es el esfuerzo que deben realizar para poder comer, m\u00e1s diurnos se tornan\u201d, explica la bi\u00f3loga. De acuerdo con esa hip\u00f3tesis, esto ser\u00eda lo que sucede con los tucutucos cuando deben cavar t\u00faneles para encontrar escaso alimento. \u201cEl presupuesto energ\u00e9tico es bastante justo en la naturaleza, mientras que en el laboratorio, ellos disponen de alimento a voluntad\u201d. En el confort cal\u00f3rico del cautiverio, estos animales revertir\u00edan al modo nocturno, en teor\u00eda, el modelo ancestral de esta especie.<\/p>\n

Desde el comienzo, el an\u00e1lisis de la actividad de los tucutucos no fue una tarea trivial. Uno de los problemas es que ellos pasar\u00edan gran parte del tiempo en galer\u00edas subterr\u00e1neas excavadas en el suelo des\u00e9rtico de la regi\u00f3n de Anillaco, en la provincia de La Rioja, Argentina, un pueblo de 1.400 habitantes, famoso por ser la localidad natal y albergar la residencia del expresidente Carlos Menem. Durante su gobierno, en 1998, se inaugur\u00f3 all\u00ed el Centro Regional de Investigaciones Cient\u00edficas y Transferencia Tecnol\u00f3gica (Crilar), como parte de una iniciativa tendiente a establecer polos cient\u00edficos en zonas alejadas. Es el \u00e1mbito ideal para el estudio de esos roedores, que acaso pertenezcan a una especie a\u00fan no descrita. Si bien su taxonom\u00eda a\u00fan no est\u00e1 definida, los cient\u00edficos los identifican como Ctenomys knighti<\/em>, la especie conocida en la regi\u00f3n. \u201c\u00c9stos pululan en el jard\u00edn de Menem y los vitivinicultores de la propiedad vecina al centro de investigaci\u00f3n los consideran una plaga\u201d, comenta Gisele Oda. De cualquier manera, el mayor indicio del per\u00edodo activo de los tucutucos eran las vocalizaciones que emiten permanentemente, que se escucha desde el interior de sus madrigueras.<\/p>\n

Oda comenz\u00f3 a estudiar a estos animales hace ocho a\u00f1os en colaboraci\u00f3n con la bi\u00f3loga argentina Ver\u00f3nica Valentinuzzi, del Crilar, a quien conoci\u00f3 durante una pasant\u00eda de posdoctorado en el IB-USP. Desde un principio, ella cont\u00f3 con la ayuda de Tachinardi, Danilo Fl\u00f4res y Barbara Tomotani, por entonces alumnos de la carrera de grado en biolog\u00eda. Para monitorear a los tucutucos era necesario capturar a los animales, adosarles sensores para seguirlos sin perturbar sus actividades, y tambi\u00e9n construir escenarios seminaturales para realizar experimentos, de donde ellos no pudieran huir cavando, entre otros retos. Luego de varias pruebas y errores, lograron construir muros subterr\u00e1neos de hormig\u00f3n debajo de las cercas, les instalaron collares con sensores de luz y movimiento a los animales y les implantaron sensores de temperatura corporal.<\/p>\n

A trav\u00e9s de estos dispositivos adosados a ocho ejemplares y al cabo de los inviernos de 2014 y 2015, se pudo comprobar que todos se expon\u00edan a la luz solar durante per\u00edodos breves, cuando sacan tierra afuera al excavar t\u00faneles y buscan las hojas de las plantas con que se alimentan, o bien, se quedan inm\u00f3viles en las entradas de las cuevas, acaso calent\u00e1ndose. La exposici\u00f3n a la luz ocurre al menos una vez al d\u00eda, aunque usualmente son varias veces, tal como lo revela un art\u00edculo que se public\u00f3 en 2016 en la revista Scientific Reports<\/em>, que forma parte de la tesis doctoral de Danilo Fl\u00f4res, quien obtuviera ese t\u00edtulo en 2016.<\/p>\n

\"\"

Patricia Tachinardi\/USP<\/span><\/a> Cercos instalados junto al centro de investigaci\u00f3n posibilitan la realizaci\u00f3n de experimentos en condiciones seminaturalesPatricia Tachinardi\/USP<\/span><\/p><\/div>\n

\u00a0Un d\u00eda en el laboratorio<\/strong>
\nEntonces, el grupo se aboc\u00f3 a tratar de entender c\u00f3mo se regula el ritmo circadiano. Si se los deja en un ambiente de oscuridad permanente en laboratorio, registrando su actividad mediante el uso de una de esas ruedas comunes en las jaulas para roedores mascotas, los tucutucos mantienen un ritmo de actividad correspondiente a un ciclo de 25 horas, un desfasaje frecuente en otros animales. Para sincronizar el reloj biol\u00f3gico a las 24 horas de rotaci\u00f3n de la Tierra basta con incorporar un pulso de luz con una duraci\u00f3n de pocos segundos al d\u00eda, incluso en horarios variables, que se ajusta a un modelo computacional elaborado por el grupo de la USP y que simula un oscilador circadiano: el mecanismo central que controla el reloj biol\u00f3gico. Ante ese pron\u00f3stico sorprendente, Fl\u00f4res quiso hacer una prueba concreta. Brind\u00e1ndoles acceso a la luz solamente durante una hora diaria, el tiempo suficiente para la ejecuci\u00f3n de tareas tales como alimentar a los animales y limpiar sus instalaciones en el laboratorio, nueve de los tucutucos pasaron a exhibir una actividad coherente con un d\u00eda de 24 horas. Esto suced\u00eda cuando hab\u00eda acceso a la luz en horarios aleatorios (dentro de los l\u00edmites de las horas correspondientes al d\u00eda fuera del laboratorio) o predeterminados.<\/p>\n

Una vez cotejados los experimentos en laboratorio, en el ambiente natural y las mediciones tomadas en campo, los resultados est\u00e1n ayudando a definir los factores claves del ritmo circadiano. Tambi\u00e9n tercian en la discusi\u00f3n te\u00f3rica acerca de c\u00f3mo ocurrir\u00eda\u00a0 dicha regulaci\u00f3n. En el modelo al que se conoce como param\u00e9trico, la luz tendr\u00eda un efecto permanente en su sincronizaci\u00f3n. \u201cEs como un oscilador que activa un balance continuo\u201d, compara Gisele Oda. En el modelo no param\u00e9trico, el p\u00e9ndulo fluct\u00faa merced a destellos de luz peri\u00f3dicos. Los mismos, en el caso del reloj biol\u00f3gico, ser\u00edan los cambios abruptos en el aporte de luz que se producen durante el amanecer y el crep\u00fasculo. Los tucutucos exhiben un tercer modelo, h\u00edbrido entre los dos anteriores, en el cual los destellos pueden producirse en cualquier punto de la trayectoria del p\u00e9ndulo.<\/p>\n

El enfoque del modelado matem\u00e1tico tambi\u00e9n fue lo que gui\u00f3 el descubrimiento de los mecanismos moleculares subyacentes en los ritmos circadianos, que les granje\u00f3 el Premio Nobel de Medicina de este a\u00f1o a los estadounidenses Jeffrey Hall, Michael Rosbash y Michael Young. \u201cEl punto m\u00e1s destacado para el logro del premio fue que identificaron cu\u00e1les elementos son los que intervienen en la regulaci\u00f3n del ritmo de 24 horas\u201d, explica Oda. La prote\u00edna PER, que es producida por el gen period<\/em>, identificado en la d\u00e9cada de 1980, se acumula en el n\u00facleo de las c\u00e9lulas, inhibiendo la actividad de dicho gen. \u201cPero el modelo apuntaba que las etapas bioqu\u00edmicas de ese proceso no llegaban a 24 horas, por lo tanto, estaba previsto matem\u00e1ticamente que tendr\u00eda que haber alg\u00fan elemento de retraso\u201d. Esto ocurre gracias a otra prote\u00edna que degrada a la PER, retardando su acumulaci\u00f3n. Los pulsos lum\u00ednicos tambi\u00e9n intervienen en la degradaci\u00f3n de otra prote\u00edna del reloj, impulsando una sincronizaci\u00f3n, cuya explicaci\u00f3n la brinda el modelado matem\u00e1tico.<\/p>\n

\u201cEl sistema oscilante presenta una din\u00e1mica que se rige por ecuaciones diferenciales\u201d, sostiene Oda, anticipando que el sistema revelado por el modelo subterr\u00e1neo tambi\u00e9n valdr\u00eda para los ratones e incluso para las personas. \u201cEl oscilador es el mismo para todos\u201d, concluye, desde su enfoque como f\u00edsica.<\/p>\n

Proyecto<\/strong>
\nCronobiolog\u00eda de roedores subterr\u00e1neos sudamericanos, en laboratorio y en campo (n\u00ba 14\/20671-0<\/a>); Modalidad<\/strong> Apoyo a la Investigaci\u00f3n \u2013 Regular; Investigadora responsable<\/strong> Gisele Akemi Oda (USP); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 162.935,51<\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos<\/strong>
\nFL\u00d4RES, D. E. F. L. et al<\/em>. Entrainment of circadian rhythms to irregular light\/ dark cycles: A subterranean perspective<\/a>. Scientific Reports<\/strong>. v. 6, 34264. 4 oct. 2016.
\nTACHINARDI, P. et al.<\/em> The interplay of energy balance and daily timing of activity in a subterranean rodent: A laboratory and field approach<\/a>. Physiological and Biochemical Zoology<\/strong>. v. 90, n. 5, p. 546-52. sept.-oct. 2017.
\nTACHINARDI, P. et al<\/em>. Nocturnal to diurnal switches with spontaneous suppression of wheel-running behavior in a subterranean rodent<\/a>. PLOS ONE<\/strong>. v. 10, n. 10, e0140500. 13 oct. 2015.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"F\u00edsica, biolog\u00eda y tecnolog\u00eda se unen para develar los ritmos circadianos de un roedor subterr\u00e1neo","protected":false},"author":3,"featured_media":292979,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[278,293,304,305,306,335],"coauthors":[1601],"class_list":["post-292973","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-ciencia-es","tag-biologia-es","tag-ecologia-es","tag-fisica-es","tag-fisiologia-es","tag-genetica-es","tag-zoologia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/292973","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=292973"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/292973\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":292987,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/292973\/revisions\/292987"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/292979"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=292973"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=292973"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=292973"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=292973"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}