Una Noche en Circadia
El novelista argentino Julio Cortazar (1965) ha escrito, "el tiempo entra por los ojos". Sinceramente, no le erró, porque sí, uno de los principales componentes de nuestros relojes es su conexión anátomo-fisiológica con la percepción de la luz.
No solo nosotros los humanos, sino también todos los animales, plantas y microorganismos poseen dispositivos biológicos controlados por genes, proteínas y cascadas moleculares. Estos relojes internos están conectados al incesante pero variable ciclo de luz y oscuridad causado por la rotación e inclinación de nuestro planeta.
Desde hace décadas, los científicos han comprendido que cada función corporal está bajo el control de un reloj interno. En otras palabras, la fisiología es cuatridimensional, presentando ancho, altura y profundidad, agregado a la dimensión tiempo. Así es como podríamos ser animales diferentes durante el día que durante la noche.
Este reloj interno denominado sistema circadiano (del latín, "cerca de un día") nos permite estar de acuerdo con el planeta que gira y aprovecharlo en forma íntegra. El primero de ellos se originó hace aproximadamente unos dos mil millones de años (casi tan viejo como la vida en nuestro planeta). Sin este sistema, las tareas cotidianas de comer (o ser comido) o de buscar pareja, así como toda la fisiología del organismo, se verían seriamente afectadas impidiendo sincronizar adecuadamente las funciones corporales entre uno mismo y el ambiente. Estos relojes dirigen los procesos antes mencionados según un ciclo de aproximadamente 24 horas, que afecta a nuestros estados de ánimo, deseos, apetitos, patrones de sueño y sentido del paso del tiempo.
Se encuentran en todas partes, y de hecho son casi universales en el árbol de la vida. El sistema circadiano ayuda a los seres vivos a prepararse para los eventos diarios que son importantes para su supervivencia. Por ejemplo, la alarma interna de un murciélago lo despierta al atardecer en una cueva sin ninguna otra noción de tiempo más que lo interno, para salir volando justo a tiempo y así atrapar a los insectos crepusculares de los cuales se alimenta.
En la naturaleza, un organismo para integrarse plenamente en un ecosistema debe aferrarse a sus nichos (lugar que cada especie ocupa dentro de un ecosistema), es decir, cada uno se tiene que ubicar en su palmera (o cueva, o árbol, o lo que sea) y uno de ellos es un nicho temporal cuidadosamente tallado por la maravillosa evolución. Por ejemplo, la homeotermia (mal llamada sangre caliente) de los primeros mamíferos permitió la colonización exitosa del mundo nocturno. Por otra parte, los reptiles son animales ectotermos (mal llamada sangre fría), entonces, cuando los sistemas de estos se apagan, nuestros amigos peludos pueden salir de joda a disfrutar de la noche en ausencia de reptiles no avianos. Modificaciones como estas permiten que dos especies diferentes pueden ocupar cómodamente el mismo espacio si lo hacen a diferentes horas del día, evitando así la competencia, interacción interespecífica desventajosa para ambas especies.
La agenda interna está llena de citas, de lunes a lunes, podríamos decir que más que la tuya y la mía. Este sistema no discrimina entre reinos, ya que muchas bacterias apagan su división celular al mediodía, independientemente de la cobertura de nubes, para protegerse de la dañina radiación UV. Otras son fijadoras de nitrógeno, recogen el oxígeno de la atmósfera, y también hacen fotosíntesis para almacenar energía. Pero no pueden hacer ambas cosas a la vez, así que alternan entre la fijación nocturna de nitrógeno y la fotosíntesis diurna.
De bacterias pegamos un salto a mamíferos, los cuales tienen muchos procesos de este tipo para orquestar, y casi todo lo que nuestro cuerpo hace, desde el metabolismo y la reparación del ADN hasta las respuestas inmunológicas y la cognición, aunque lo crean o no, está bajo control circadiano.
Estos ritmos de vida nos permiten optimizar la fisiología y el comportamiento ante las variadas demandas del ciclo día/noche, y detener todo lo que ocurre en nuestro interior al mismo tiempo, asegurando que los procesos biológicos se produzcan en la secuencia adecuada.
Los ritmos circadianos determinan los cambios rítmicos de 24 hs en la mayoría de nuestra fisiología y comportamiento, incluyendo la temperatura corporal, la presión sanguínea, los niveles de cortisol, melatonina y hormona del crecimiento, la producción de orina y muchas otras variables fisiológicas. Incluso afecta al estado de ánimo, la capacidad cognitiva, la fuerza de agarre e incluso la velocidad de natación, sí nada que ver la natación pero se ve que tiene que ver.
Las plantitas también lo hacen, por ejemplo, las populares sucus, (denominadas Crasuláceas o plantas CAM), que habitan ambientes muy áridos cuyas temperaturas superan los 45° al mediodía. Razón por la cual deben "encontrar" un mecanismo que, si bien gasta mayor energía, tiene como prioridad ahorrar agua, ya que la evaporación en estos ambientes es mayor, y bueno, demás está decir que sin agua no viven.De la manito de la evolución estas plantas desarrollaron una forma de, básicamente, no morir deshidratadas. Durante la noche la temperatura puede bajar incluso hasta 0°, y aquí es cuando estas plantas permiten el paso de CO2 e intercambio gaseoso a través de unas células especializadas llamadas estomas, y completan la famosa fotosíntesis al fijar CO2 durante la noche, porque de lo contrario, si ocurriera de día, la pérdida de agua (evaporación) sería excesiva e imposible de compensar. Por tal motivo, sus relojes son sensibles a las señales ambientales que indican el amanecer y el atardecer. Si bien está de más aclarar que las plantas no poseen ojos sí presentan otros mecanismos que funcionan como relojes internos.
Pero ¿Dónde está ese reloj? Obviamente no existe un reloj propiamente dicho. Entonces, ¿Cómo se traduce un modelo conceptual como este en estructuras y procesos biológicos? ¿Es producido por células individuales o emerge de una red celular?
Estos relojes moleculares, en los humanos, se encuentran en jerarquía. El primero y más importante, lo encontramos en el hipotálamo del cerebro: el núcleo supraquiasmático o timón (NCS) que establece el ritmo general del cuerpo, el reloj maestro. Sin embargo, cada órgano posee su propio ritmo interno con relojitos individuales en cada célula. Si buscamos la definición de "reloj" vamos a encontrar que consiste en cualquier tipo de oscilación regular, es decir, que cumple un ciclo en un determinado tiempo, en este caso de 24 horas; tiempo en el cual ocurre un bucle de retroalimentación de transcripción-traducción que vuelve a iniciarse luego de transcurrido este lapso. Los genes de este reloj activan un proceso que da lugar a la síntesis de proteínas, y una vez que la concentración de esas proteínas en la célula alcanza un umbral crítico, entran en el núcleo y desactivan el gen que las codificó dándole así un break al transcriptoma (conjunto de todas las moléculas de ARN que codifican estas proteínas). Cuando termina este stock de proteínas, el gen se vuelve a encender, arranca a laburar y el ciclo comienza de nuevo. Así una y otra vez, todo ese aparatejo sucede en cada una de nuestras células.
No debería extrañarnos que vivir en desacuerdo con nuestros relojes internos puede causarnos problemas. El mejor ejemplo de una ruptura en la sincronización circadiana es el jet lag (cuando nos tomamos un vuelo, por ejemplo) y si esto se da de manera continuada puede crónicamente privarnos de sueño y ser más propensos a fumar, aumentar de peso, sentirnos deprimidos, enfermarnos y fallar en la geometría. Entendiendo y respetando nuestro tiempo interno, podemos vivir mejor.
De todas maneras, pensando un poco, quizá no deberíamos sorprendernos demasiado por la relación entre los organismos y el ciclo solar diario. Después de todo, desde que la vida comenzó hace unos 3.000 millones de años, ha habido demasiados amaneceres y atardeceres para contarlos (sin embargo, nos seguimos asombrando y sacándole fotos cada vez que vemos uno). Este ritmo diario predecible expone a casi todos los seres vivos a la constante repetición de la luz y la oscuridad, haciéndonos así esclavos de nuestra biología y qué terca hubiera sido la evolución de no aprovecharlo.
- Joaquin Ortiz & Sofía Virasoro
Bibliografia:
https://aeon.co/essays/soon-we-will-see-chrono-attached-to-every-form-of-medicine
Benavides, A. (2003). Fotosíntesis: Diferencias en las vías metabólicas C3, C4 y CAM.
Golombek, D. A., & Yannielli, P. C. (2006). Organización del sistema circadiano en vertebrados. Cronobiología Básica y Clínica. Madrid; Editec@ Red SL, 191-222.
Foster, R. G., & Kreitzman, L. (2013). The rhythms of life: what your body clock means to you! Experimental Physiology, 99(4), 599-606. https://doi.org/10.1113/expphysiol.2012.071118
https://www.hup.harvard.edu/catalog.php?isbn=9780674065857