Estudios de laboratorio mienten sobre el reloj
WIKIMEDIA COMMONS, FIR0002/FLAGSTAFFOTOS
Un experimento único en su tipo que rastrea el comportamiento de la mosca de la fruta en un entorno natural desafía 40 años de suposiciones sobre los relojes circadianos .
La investigación, publicada hoy (4 de abril) en Nature, sugiere que gran parte de los científicos’ los conocimientos actuales sobre los ritmos circadianos de comportamiento de Drosophila pueden ser erróneos. También enfatiza la importancia de estudiar organismos en ambientes naturales.
“Siempre ha sido un misterio cómo se comportan realmente las moscas en la naturaleza” dijo Paul Hardin, director del Centro de Investigación de Relojes Biológicos de la Universidad Texas A&M, que no participó en el estudio. “Este estudio es realmente novedoso. Se acerca más que cualquier otro artículo a la hora de revelar el patrón de actividad de las moscas individuales en la naturaleza».
«Este es el primer artículo sobre moscas que sugiere que si estudias el reloj en un amplio entorno natural, detecta características que son imposibles de observar en condiciones de laboratorio simplificadas” dijo senior…
Ritmos circadianos Los cambios fisiológicos y de comportamiento de 24 horas impulsados por mecanismos bioquímicos oscilantes están presentes en casi todos los organismos, incluidos los humanos e incluso algunas bacterias. Muchos problemas de salud humana tienen un componente rítmico, incluidos los trastornos del sueño, el desfase horario, incluso la obesidad y los trastornos cardiovasculares.
Dado que los insectos y los humanos comparten muchos genes de reloj, los científicos han utilizado Drosophila como un sistema modelo para estudios circadianos de los últimos 40 años. Sin embargo, casi todos esos experimentos se realizaron en el laboratorio y utilizaron condiciones artificiales similares. El movimiento de un interruptor enciende las luces repentinamente por la mañana y las apaga repentinamente por la noche, por ejemplo, no hay amanecer ni atardecer. Las moscas también suelen mantenerse a una temperatura constante, en contraste con los aumentos de temperatura que experimentan las moscas por la tarde en la naturaleza.
En 2006, Costa, junto con Charalambos Kyriacou de la Universidad de Leicester en el Reino Unido, se dispuso a observar Drosophila en un entorno natural. Su investigación formaba parte del proyecto EUCLOCK, un proyecto multicéntrico para estudiar los relojes circadianos en numerosos organismos en el que participaron 34 cronobiólogos de 11 países europeos.
Los investigadores instalaron dos centros de seguimiento de moscas al aire libre, expuestos a la luz solar cambiante. y temperaturas, pero protegidos del viento y la lluvia: uno en una casa de juegos de ToysRU para niños en el ambiente frío y húmedo de Leicester, Inglaterra, y el otro en un jardín en la azotea en la cálida y soleada Italia. La temperatura, la intensidad de la luz, la humedad y la actividad de las moscas se monitorearon continuamente desde abril hasta noviembre durante 3 años, desde 2007 hasta 2009.
Los resultados fueron espectaculares. Numerosos aspectos del comportamiento de las moscas registrados previamente en el laboratorio eran dramáticamente diferentes en el exterior. En primer lugar, las moscas al aire libre eran más activas durante el día, en lugar de al amanecer y al anochecer, como se vio en el laboratorio, lo que demuestra que las moscas tienen patrones de actividad diurnos (durante el día) en lugar de crepusculares (de la palabra latina para crepúsculo). Esta diferencia se debió en parte al hecho de que las moscas no tomaron la siesta de la tarde, un período de menor actividad a la mitad del día, como se observó en el laboratorio. En cambio, exhibieron una explosión de actividad al mediodía. Otros dos estudios del proyecto EUCLOCK han hecho hallazgos similares: tanto los ratones de laboratorio como los hámsteres son diurnos en entornos al aire libre, pero nocturnos en el laboratorio.
En segundo lugar, los modelos clásicos sugieren que hay osciladores circadianos matutinos y vespertinos que controlan comportamiento de la mosca Pero al aire libre, la actividad de las moscas por la mañana parecía ser una respuesta física al cambio de temperatura, en lugar de un comportamiento controlado por el reloj.
Finalmente, y quizás lo más sorprendente, los mutantes del reloj no demostraron ritmos defectuosos en un entorno natural. ajuste tenían ciclos de comportamiento normales. Fue realmente inesperado, dijo Costa. En el laboratorio, los mutantes de reloj clásicos tienen comportamientos circadianos peculiares que difieren drásticamente de las moscas de tipo salvaje. Pero esto no era así en el medio natural. Es posible que la información ambiental compleja que las moscas reciben al aire libre pase por alto las mutaciones en los genes de un solo reloj, dijo Costa, pero se necesita más investigación para aclarar esos mecanismos.
Aún así, los hallazgos de comportamiento no se extrapolan a los genes básicos. mecanismos moleculares circadianos que subyacen a los cambios fisiológicos, como el metabolismo, enfatizó Costa. Por lo que sabemos, a nivel fisiológico, los osciladores matutinos y vespertinos siguen haciendo su trabajo modulando la bioquímica de la mosca, dijo.
Al final del estudio, Costa y sus colegas intentaron reproducir los fenotipos circadianos naturales en un laboratorio imitando las condiciones de luz y temperatura exteriores en Italia. Les complació descubrir que podían observar con éxito los comportamientos del ritmo natural en el laboratorio usando las nuevas simulaciones, pero Costa todavía cree que los experimentos al aire libre producirán los resultados más ilustrativos.
Si queremos entender exactamente cómo el reloj funciona, pensamos que va a ser muy útil tener enfoques para observar los organismos que viven en la naturaleza, dijo Costa. No podemos simplemente transferir lo que sabemos en el laboratorio a condiciones naturales.
S. Vanin, et al., Características inesperadas de los ritmos de comportamiento circadiano de Drosophila en condiciones naturales , Nature, doi:10.1038/nature10991, 2012.
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