Ritmos circadianos: el reloj biológico.

¿Cómo puede una planta de espinaca distinguir un día de 14 horas de un día de 13,5 horas? Buscar una respuesta para esta pregunta nos lleva a un grupo de fenómenos fácilmente observables. Algunas especies de plantas, por ejemplo, tienen flores que se abren por la mañana y se cierran a la tardecer. Otras extienden sus hojas a la luz del sol y las pliegan hacia el tallo durante la noche. Ya en 1729, el científico francés Jean-Jacques de Mairan notó que estos movimientos diurnos continúan aunque las plantas se mantengan en una luz tenue y constante. Estudios más recientes han mostrado que actividades menos evidentes, tales como la fotosíntesis, la producción de auxina y la tasa de inhibición celular, también tienen ritmos diarios. Los ritmos continúan aun cuando todas las condiciones del ambiente se mantengan constantes. Éstos ritmos regulares día-noche se llaman ritmos circadianos (de las palabras latinas circa, que significa «alrededor», y dies, «día») y se han encontrado en los cuatro reinos de organismos eucarióticos.

Relojes biológicos

¿Estos ritmos internos -es decir, están causados por factores dentro del organismo mismo- o el organismo se mantiene en sincronía con algún factor externo? Durante varios años los biólogos debatieron acerca de si estos ritmos podrían estar determinados por alguna fuerza ambiental, como los rayos cósmicos, el campo magnético o la rotación de la tierra. Los intentos para identificar este factor externo llevaron a numerosas expediciones en una extraordinaria variedad de condiciones. Se llevaron organismos a minas de sal, se los envió al polo sur, se los hizo recorrer medio mundo en aviones y, más recientemente, se los colocó en satélites orbitales, todo ello sin ningún efecto detectable sobre los ritmos circadianos.

Virtualmente todos los biólogos están de acuerdo ahora en que los ritmos circadianos son endógenos, es decir, se originan dentro del propio organismo. El mecanismo por el cual son controlados se conoce como reloj biológico. La evidencia fuerte que apoya la idea del reloj biológico interno es que los ritmos circadianos no son exactos. Diferentes especies y diferentes individuos de la misma especie suelen tener ritmos ligeramente diferentes, pero constantes, a menudo de hasta una o dos horas más largos o más cortos que 24 horas.

Los relojes biológicos desempeñan un papel en muchos aspectos de la fisiología vegetal y animal, sincronizando acontecimientos internos y externos. Por ejemplo, algunas flores secretan néctar o perfumes en ciertos momentos específicos del día o de la noche. Como resultado, los polinizadores -que tienen sus propios relojes biológicos- han sido programados para visitar a estas flores en estos momentos, asegurando por lo tanto retribuciones máximas, tanto para los polinizadores como para las flores. Sin embargo, para la mayoría de los organismos, se cree que el «uso» del reloj para estos propósitos es un desarrollo secundario. La función primaria del reloj parece ser la capacitación de los organismos para reconocer el cambio de estaciones anual «comparando» los ritmos externos del ambiente, como por ejemplo los cambios en la longitud del día, con sus propios ritmos internos.

Reajustando el reloj

Aunque los ritmos circadianos se originan dentro de los organismos mismos, pueden ser modificados por condiciones externas -lo cual, por supuesto, es importante para mantener a los organismos sincronizados con su ambiente-. Por ejemplo, una planta cuyo ritmo natural diario muestra un pico cada 26 horas, cuando crece en una luz tenue y continua reajustará su ritmo, como si las manecillas de su reloj hubiesen sido giradas, al ser expuesta a la planta a un intervalo inusual de luz y oscuridad. Por ejemplo, si se la expone a intervalos de luz de 14 horas alternándolos con intervalos de 10 horas de oscuridad, la planta reajusta su reloj repente repetidamente, sincronizándose finalmente con este ciclo. También puede ajustarse a 11 horas de luz de 11 horas de oscuridad (o 22 horas). Éste ajuste a un ritmo impuesto externamente se conoce como entrenamiento. Sin embargo, si el nuevo ritmo es muy distinto al original, el organismo «escapará» al ritmo entrenado y volverá a su ritmo natural. Una planta que se ha mantenido en un ritmo artificial o forzado, inclusive durante un periodo largo, inmediatamente retorna a su ritmo interno normal cuando vuelva a estar colocada en condiciones de luz tenue continua.

La naturaleza del mecanismo del reloj

La naturaleza química del reloj biológico -o de hecho, si hay simplemente un tipo de reloj o muchos- aún no se conoce. Cuando se descubrió la llave de activación e inactivación del fitocromo se sugirió que la reversión de P_fr a P_r podría ser el sistema de medición del tiempo de la planta, que funcionaba con el mismo principio que un reloj de arena. Los experimentos han demostrado que esta hipótesis es incorrecta; por ejemplo, en muchas plantas P_fr desaparece a las tres o cuatro horas de oscuridad. Sin embargo, en algunas plantas el ritmo circadiano de los movimientos de sueño puede ser vuelto a poner en fase por la conversión de P_r a P_fr. La mejor evidencia hasta la fecha indica que el mecanismo de medición del tiempo implica cambios rítmicos en la membrana celular, ya sea en los componentes proteínicos, en los fosfolípidos, o en ambos. Así, la conversión del citocromo podría reajustar el reloj, produciendo cambios en la estructura o en la permeabilidad de la membrana.