{"id":84163,"date":"2008-10-01T00:00:00","date_gmt":"2008-10-01T00:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/2008\/10\/01\/los-engranajes-del-tiempo-2\/"},"modified":"2017-06-13T18:42:43","modified_gmt":"2017-06-13T21:42:43","slug":"los-engranajes-del-tiempo-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/los-engranajes-del-tiempo-2\/","title":{"rendered":"Los engranajes del tiempo"},"content":{"rendered":"

\"\"EDUARDO CESAR<\/span><\/a>En 1729 el astr\u00f3nomo franc\u00e9s Jean Jacques d’Ortous de Mairan hizo un descubrimiento importante en biolog\u00eda. Al lado del telescopio que usaba para observar los astros, ten\u00eda una maceta con la planta Mimosa pudica<\/em>, la popular sensitiva, vergonzosa o dormilona, que cierra sus menudas hojas cuando alguien la toca. De Marian not\u00f3 que no siempre era necesario rozar sus hojas para que se recogieran \u2013\u00a0a la noche se cerraban naturalmente y volv\u00edan a abrirse cuando el d\u00eda llegaba. Por curiosidad, puso a la planta en un ba\u00fal cerrado que guard\u00f3 en un s\u00f3tano oscuro. Para su sorpresa, aun sin\u00a0 luz, la misma segu\u00eda abriendo y cerrando sus hojas como si preservara una memoria de la duraci\u00f3n del d\u00eda y la noche. Un siglo y medio m\u00e1s tarde, el bot\u00e1nico alem\u00e1n Wilhelm Pfeffer arribar\u00eda a la conclusi\u00f3n de que los movimientos de la Mimosa pudica<\/em> en la oscuridad constante ten\u00edan su origen en un mecanismo interno de la planta: el llamado reloj biol\u00f3gico, un conjunto de genes, prote\u00ednas y otras mol\u00e9culas que regula el ritmo de fen\u00f3menos f\u00edsicos y qu\u00edmicos \u2013\u00a0a ejemplo del movimiento de las hojas, la apertura de las flores o la producci\u00f3n de az\u00facares (fotos\u00edntesis) \u2013\u00a0y los mantiene en sincron\u00eda con los cambios en el ambiente, tales como la duraci\u00f3n del d\u00eda o el cambio de las estaciones del a\u00f1o.<\/p>\n

Siglos despu\u00e9s de los primeros experimentos, una serie de estudios recientes realizados en la Universidad de Cambridge, Inglaterra, con la participaci\u00f3n de un investigador brasile\u00f1o, aporta una nueva comprensi\u00f3n acerca del funcionamiento y la composici\u00f3n del reloj biol\u00f3gico de las plantas.<\/p>\n

Hasta hace poco tiempo se pensaba que el funcionamiento del reloj biol\u00f3gico era regulado \u00fanicamente por un conjunto de alrededor de diez genes y las prote\u00ednas que los mismos producen. Experimentos encabezados por Alex Webb, del Departamento de Ciencias de las Plantas de Cambridge, demostraron que no es precisamente as\u00ed. El grupo, del cual forma parte el bi\u00f3logo brasile\u00f1o Carlos Hotta, descubri\u00f3 que a decir verdad el reloj biol\u00f3gico de los vegetales se ajusta mediante mol\u00e9culas mucho menores, tales como la adenosina difosfato ribosa c\u00edclica (ADPRc), conocida porque les se\u00f1ala a las plantas situaciones ambientales extremas tales como la escasez de agua, la falta o exceso de luz solar, la ausencia de nutrientes en el suelo y el fr\u00edo o el calor intensos.<\/p>\n

“Ya sab\u00edamos que la ADPRc era responsable de activar parte de los mecanismos de protecci\u00f3n de la planta, entre ellos el cierre de peque\u00f1os poros existentes en las hojas para evitar la p\u00e9rdida de agua”, dice Hotta, quien tuvo un papel fundamental en la planificaci\u00f3n, la conducci\u00f3n y el an\u00e1lisis de los resultados de la investigaci\u00f3n realizada durante su doctorado en Cambridge, entre 2003 y 2007. “Ahora vimos que la ADPRc tambi\u00e9n puede incorporar informaciones sobre cambios ambientales al reloj biol\u00f3gico que regula la fisiolo0g\u00eda de las plantas”, afirma el bi\u00f3logo, quien cursa su posdoctorado en el Instituto de Qu\u00edmica de la Universidad de S\u00e3o Paulo (IQ-USP), uno de los autores del art\u00edculo que describi\u00f3 el hallazgo en diciembre pasado en Science.<\/p>\n

Este trabajo altera de manera importante la comprensi\u00f3n acerca de c\u00f3mo funcionan los relojes biol\u00f3gicos, con posibles implicaciones incluso en la agricultura. “Demostramos que una parte del mecanismo de marcaci\u00f3n del tiempo depende de mol\u00e9culas peque\u00f1as como la ADPRc y no solamente de genes o prote\u00ednas”, afirma Hotta. “Es un peque\u00f1o cambio de paradigma”. Si antes los investigadores prestaban atenci\u00f3n \u00fanicamente a los niveles de actividad de los genes, de ahora en adelante deber\u00e1n aprender tambi\u00e9n de qu\u00e9 modo dichas\u00a0\u00a0 mol\u00e9culas se comportan en el interior de las c\u00e9lulas vegetales y contribuyen al ajuste del reloj biol\u00f3gico.<\/p>\n

La participaci\u00f3n de la ADPRc como engranaje de este mecanismo de medici\u00f3n del tiempo permite por ejemplo comprender por qu\u00e9 las plantas se adaptan tan r\u00e1pidamente a las alteraciones en el ambiente tales como la variaci\u00f3n de la temperatura o de la luz solar. Por ser muy peque\u00f1a, la ADPRc es producida por las c\u00e9lulas en cuesti\u00f3n de minutos, mientras que la fabricaci\u00f3n de una prote\u00edna, miles de veces mayor, consume horas. “Esta mol\u00e9cula parece actuar en la regulaci\u00f3n fina del reloj biol\u00f3gico”, comenta Hotta.<\/p>\n

Ya se sab\u00eda que en los mam\u00edferos la ADPRc se liga a canales de organelas celulares que almacenan calcio, abri\u00e9ndolos. Como un interruptor, el calcio liberado activa y desactiva una serie de prote\u00ednas, funcionando como una especie de mensajero qu\u00edmico. Tambi\u00e9n hab\u00eda evidencias de que funcionaba de la misma forma en las plantas, controlando la apertura y el cierre de los poros (est\u00f3matos) de las hojas, el crecimiento de los pelos de las ra\u00edces y la fecundaci\u00f3n de las flores.<\/p>\n

Por cierto, Hotta empez\u00f3 su doctorado interesado en investigar la funci\u00f3n del calcio, no la de la ADPRc en las c\u00e9lulas vegetales. “Mi objetivo era descubrir si ese elemento qu\u00edmico influ\u00eda en el funcionamiento del reloj biol\u00f3gico”, explica. Estudios anteriores demostraron que los niveles de calcio en las c\u00e9lulas de las plantas var\u00edan con el correr del d\u00eda, aumentando en el per\u00edodo de luz y disminuyendo al oscuro, en un patr\u00f3n que se repite cada 24 horas \u2013\u00a0raz\u00f3n por la cual ese ritmo es conocido como circadiano, es decir, que oscila en el per\u00edodo de aproximadamente un d\u00eda. Pero no se conoc\u00eda el efecto provocado por esa\u00a0 variaci\u00f3n. “Hasta ahora se pensaba que el reloj biol\u00f3gico mandaba informaciones a las c\u00e9lulas, usando el calcio como mensajero”, comenta el bi\u00f3logo. Para\u00a0 la sorpresa del grupo, los experimentos revelaron que la funci\u00f3n del calcio no es regular la fotos\u00edntesis u otros procesos. Ese elemento qu\u00edmico integra el propio reloj biol\u00f3gico, como si fuera un engranaje del centro de ese mecanismo de marcaci\u00f3n del tempo. “Existe una retroalimentaci\u00f3n en ese proceso, es decir, la ADPRc controla el reloj y al mismo tiempo es controlada por \u00e9l”, dice Hotta.<\/p>\n

\"\"EDUARDO CESAR<\/span><\/a>Para arribar a esa conclusi\u00f3n, los investigadores emplearon drogas que bloquearon la producci\u00f3n del ADPRc en la Arabidopsis thaliana<\/em>, una hierba de la familia de las mostazas adoptada como modelo para estudiar diversos fen\u00f3menos en biolog\u00eda. La ausencia de ADPRc retard\u00f3 el mecanismo de marcaci\u00f3n del tiempo. Los ciclos de movimiento de las hojas, el uso de az\u00facares en la producci\u00f3n de energ\u00eda o la apertura y cierre de los estomatos, que antes se repet\u00edan cada 24 horas, pasaron a durar hasta 27 horas. “Todos los ritmos dependientes del reloj que medimos se vuelven m\u00e1s lentos”, afirma Hotta. “Eso nos ayud\u00f3 a concluir que la ADPRc es parte de ese sistema de medici\u00f3n del tiempo que ayudan a optimizar el crecimiento de la planta.”<\/p>\n

El ajuste r\u00e1pido del sistema permite a la planta prepararse de antemano para cambios en el ambiente y estar lista, por ejemplo, para capturar gas carb\u00f3nico e iniciar la fijaci\u00f3n de az\u00facares (fotos\u00edntesis) antes del amanecer, en lugar de poner ese proceso en marcha solamente despu\u00e9s de detectar los primeros rayos de sol. Ese mismo mecanismo hace posible la producci\u00f3n de mol\u00e9culas que protegen a las hojas de la radiaci\u00f3n ultravioleta antes que el sol est\u00e9 m\u00e1s fuerte al mediod\u00eda.<\/p>\n

Como la ADPRc ajusta aquello a lo que los bi\u00f3logos denominan per\u00edodo del reloj \u2013\u00a0el tiempo que un fen\u00f3meno tarda para repetirse \u2013, se cree que esa mol\u00e9cula influye sobre todos los ritmos biol\u00f3gicos controlados por el reloj de la planta, a ejemplo de la floraci\u00f3n, la fotos\u00edntesis, la s\u00edntesis y de la rotura del almid\u00f3n.<\/p>\n

Tama\u00f1a influencia estimula a los investigadores a buscar estrategias destinadas a ajustar el reloj de plantas usadas en la agricultura e incrementar la productividad. Aunque el estudio haya sido hecho con la Arabidopsis thaliana<\/em>, Hotta cree que muchos de los descubrimientos deben valer para otras especies. “Trabajos llevados a cabo con otras plantas han revelado que varios de los componentes del reloj son los mismos”, dice.<\/p>\n

En otra serie de experimentos con Arabidopsis thaliana<\/em>, Hotta constat\u00f3 que la oscilaci\u00f3n de los niveles de calcio es controlada por el gen TOC1 (sigla en ingl\u00e9s de regulador de la prote\u00edna que se liga a las clorofilas A y BL). Una alteraci\u00f3n espec\u00edfica\u00a0\u2013\u00a0la TOC1-2 \u2013\u00a0en ese gen redujo el per\u00edodo de variaci\u00f3n de los niveles\u00a0\u00a0 de calcio y otros ritmos a 21 horas. Cambios en otras regiones del gen dejaron ritmos biol\u00f3gicos como el de la apertura de los estomatos o de movimiento de las hojas con 21 horas, mientras que el de la variaci\u00f3n de calcio permaneci\u00f3 con 24 horas, seg\u00fan un estudio publicado en noviembre del a\u00f1o pasado en Plant Cell<\/em>. “Es un indicio de que existen dos tipos de reloj en la planta, ambos dependientes de la TOC1, pero con caracter\u00edsticas distintas”, dice Hotta, quien investiga la existencia y el funcionamiento de relojes biol\u00f3gicos en la ca\u00f1a de az\u00facar en el posdoctorado que desarrolla con financiamiento de la FAPESP en el Laboratorio de Se\u00f1alizaci\u00f3n Celular del IQ-USP.<\/p>\n

El primer paso consiste en verificar si el reloj de la ca\u00f1a es similar al de la Arabidopsis<\/em>, para despu\u00e9s conocer su papel en el control de caracter\u00edsticas tales como la acumulaci\u00f3n de az\u00facar y la resistencia a la sequ\u00eda. Esas\u00a0 informaciones en el futuro pueden llevar a la mejora y al aumento de la productividad de la ca\u00f1a.<\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos
\n<\/em>DODD, A.N. et al<\/em>. The Arabidopsis circadian clock incorporates a cADPR-based feedback loop<\/a>. Science<\/strong>. v. 318, p. 1789-1792.\u00a0 14 dic. 2007.
\nXU, X.; HOTTA, C.T. et al<\/em>. Distinct light and clock modulation of cytosolic free Ca2+ oscillations and rhythmic chlorophyll A\/B binding protein2 promoter activity in Arabidopsis<\/a>. The Plant Cell<\/strong>. v. 19, p. 3474-3490. nov. 2007.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Bi\u00f3logos detallan el funcionamiento del reloj biol\u00f3gico de las plantas","protected":false},"author":20,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","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":[275,280,282,306,328],"coauthors":[112],"class_list":["post-84163","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es","tag-biodiversidad","tag-bioquimica-es","tag-botanica-es","tag-genetica-es","tag-quimica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/84163","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\/20"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=84163"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/84163\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=84163"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=84163"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=84163"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=84163"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}