Cualquiera que haya experimentado el desfase horario conoce el poder del reloj biológico. Casi todos los organismos, desde los humanos hasta las bacterias más pequeñas, tienen un sistema incorporado que les dice si es hora de descansar o de estar activos. La mayoría de los relojes biológicos funcionan de forma autónoma, pero algunas bacterias dependen de la luz para sincronizar su reloj todos los días. Usando cálculos matemáticos, Los investigadores de AMOLF y la Universidad de Michigan ahora han demostrado que un reloj autónomo sufre mucho menos de ruido, como las fluctuaciones de la luz solar debido a las nubes. Los resultados de la investigación se publicaron en línea el 14 de agosto de 2018, en la revista científica Cartas de revisión física .

Prácticamente todos los organismos tienen un ritmo día-noche, por el que comen y duermen en momentos fijos del día, por ejemplo. Este ritmo está dictado por las concentraciones de proteínas en las células del organismo que oscilan durante un período de 24 horas. Estos comprenden el reloj circadiano.

Descompensación horaria

En la mayoría de las especies, el reloj circadiano no depende de señales externas como la luz y la oscuridad. "Si confinara personas o animales en una habitación sin luz, entonces todavía tendrían necesidad de dormir o comer en un ritmo de alrededor de 24 horas. Sin embargo, nuestro reloj biológico es sensible a la luz y la oscuridad, "dice Pieter Rein ten Wolde, quien lidera el grupo Biochemical Networks en AMOLF. "Se establece el período de aproximadamente 24 horas, pero las fases pueden cambiar. Si viajamos al otro lado del mundo, entonces necesitamos tiempo para ajustarnos, este es el fenómeno bien conocido del desfase horario. Sin embargo, rápidamente tomamos el ritmo cambiante día-noche del nuevo entorno ".

Algunas bacterias sin embargo, tienen lo que los biólogos llaman un reloj de arena. Estos relojes deben reiniciarse con luz todos los días. Si eso no sucede, entonces el reloj deja de correr. Ten Wolde:"Estos relojes de arena se encuentran en ciertos tipos de cianobacterias, las algas azules que ahora están contaminando el agua de natación en muchos lugares. Otras especies de cianobacterias tienen un reloj biológico autónomo, aunque. Con la ayuda de modelos matemáticos, hemos investigado cuál es la ventaja de los relojes circadianos autónomos ".

Modelado

Los investigadores descubrieron que el efecto del ruido difiere para los dos tipos de reloj. Para un reloj biológico variaciones en la intensidad de la luz solar debido a las nubes, por ejemplo, son una fuente importante de ruido. "Descubrimos que los relojes autónomos son mucho menos sensibles a ese ruido, "dice Ten Wolde." Podemos modelar un reloj de arena como un péndulo. Siempre que una señal externa lo impulse, permanece en movimiento. Un fuerte mecanismo de accionamiento asegura oscilaciones de gran amplitud y, por lo tanto, una mejor indicación del tiempo. En el caso de un acoplamiento fuerte, sin embargo, También se amplifican pequeños cambios en la señal de entrada, lo que hace que sea más difícil decir la hora con precisión. En cambio, un acoplamiento débil limita la influencia del ruido, pero con un acoplamiento tan débil, es difícil mantener las oscilaciones, en otras palabras, el movimiento pendular ".

Por tanto, es imposible minimizar el efecto del ruido en el caso de un reloj de arena. Relojes autónomos, por otra parte, continúe oscilando bien sin la necesidad de un mecanismo de accionamiento externo. Para estos relojes, un acoplamiento débil con la luz externa es suficiente para reiniciar el reloj en el caso de grandes cambios en el ritmo diario, como un viaje a otro continente. Como consecuencia, Los relojes autónomos experimentan menos obstáculos por el ruido y son más robustos. "Encontramos este resultado tanto en los modelos que desarrollamos específicamente para relojes biológicos de cianobacterias como en un modelo matemático más general para relojes, "dice Ten Wolde." La fiabilidad en caso de ruido externo es probablemente la razón por la que todos los organismos superiores tienen un reloj biológico autónomo. No está claro por qué todavía se encuentran relojes de arena en la naturaleza. Aunque estos están en desventaja en el caso del ruido externo, Los relojes de arena posiblemente ofrecen una ventaja si hay mucho ruido dentro del organismo ".