Durante varios días despois de cada lúa chea de novembro, na Gran Barreira de Coral de Australia prodúcese un espectáculo marabilloso: os corais liberan na auga miles de millóns de óvulos e espermatozoides que se unen para formar larvas que flotan libremente. Estas acaban por asentarse, sementando novas colonias de coral.
Os corais non son as únicas criaturas que sincronizan a súa reprodución coa luz da lúa. Estes ritmos réxense normalmente por reloxos circalunares, unha forma de reloxo biolóxico controlado por proteínas e sintonizado co ciclo de 29,5 días entre lúas novas.
Sincronizacións
A maioría dos organismos pluricelulares teñen, ou crese que teñen, algún tipo de reloxo biolóxico incorporado e moitos procesos importantes, como a alimentación e a reprodución, dependen dunha sincronización precisa. A capacidade de permanecer “sincronizados” é clave para a supervivencia.
“Comprender como funciona a interconexión temporal dos individuos dentro dunha mesma especie e entre distintas especies é fundamental para que os sistemas sexan ecoloxicamente estables”, afirma Kristin Tessmar-Raible, neurobióloga da Universidade de Viena (Austria).
O reloxo circadiano regula dende o sono e a dixestión ata o metabolismo e o estado de ánimo
Outro tipo de reloxo biolóxico, quizá máis coñecido, o circadiano, modula o ciclo diario de sono-vixilia de 24 horas en resposta a sinais ambientais como a luz e a temperatura. O nome do reloxo provén das palabras latinas “circa”, que significa “ao redor”, e “dies”, que significa “día”.
Este complexo sistema regúlao todo, desde o sono e a dixestión ata o metabolismo e o estado de ánimo. Os investigadores están estudando os factores ambientais que poden desincronizar estes ritmos biolóxicos, pero aínda se descoñecen moitos aspectos da cronobioloxía, como os mecanismos xenéticos e moleculares.
Sinais da luz da lúa
Para afondar no tema, Tessmar-Raible estudou os ritmos circalunares dos animais que viven no océano no marco do proxecto Mari.Time, financiado pola Unión Europea e que durará cinco anos, ata 2024.
Una das súas investigacións céntrase nun verme mariño chamado Platynereis dumerilii, que habita en augas costeiras de mares temperados e tropicais. “O máis importante ata o de agora é que descubrimos un fotorreceptor —ou célula sensora de luz— que proporciona ao organismo información sobre o tipo de luz e a duración da luz lunar no ceo”, explica Tessmar-Raible.
A proteína L-Cry identificada polos investigadores pertence a un grupo de moléculas fotosensibles denominadas criptocromos. A proteína é importante porque pode axudar a explicar como os organismos son capaces de sincronizarse cunha fase lunar específica.
Estudar os mecanismos do ciclo lunar nas especies mariñas poderían axudar a entender, por exemplo, o ciclo menstrual
A investigación suxire que L-Cry actúa como un gardián que só permite que a luz “correcta” afecte os vermes. Tamén pode distinguir entre os niveis de luz nas distintas fases lunares e entre a luz solar e a luz lunar. “Isto pode explicar como os vermes poden sincronizar o seu reloxo circalunar coa mesma fase lunar”, explica Tessmar-Raible. “Descubrimos que a luz da lúa, ademais do seu papel na sincronización mensual, tamén programa a hora exacta da aparición dos enxames nocturnos ás horas máis escuras da noite, probablemente para optimizar a supervivencia e a reprodución”, engade.
Espérase que Mari.Time ofreza novas pistas sobre o modo en que as influencias humanas, como a luz artificial e o cambio climático, afectan a estabilidade dos ecosistemas e suxira formas de reducir os seus efectos. O proxecto podería mesmo axudar a investigar a saúde humana, xa que cada vez hai máis probas de que a lúa afecta a aspectos como o sono e a depresión.
Segundo Tessmar-Raible, “moitas hormonas das especies de vermes que estudamos teñen homólogos humanos estreitamente relacionados”. Segundo ela, investigar os mecanismos do ciclo lunar nas especies mariñas pode mellorar a comprensión doutros patróns mensuais. Entre eles, o ciclo menstrual e os patróns do estado de ánimo en certos trastornos mentais.
Noite e día
A profesora Johanna Meijer, que investiga os reloxos biolóxicos na Universidade de Leiden (Países Baixos), leva máis de 30 anos estudando os ritmos circadianos en animais. Segundo ela, aínda queda moito por descubrir sobre o reloxo circadiano, incluído o seu funcionamento en especies diúrnas como os humanos. Continúa explicando que se sabe moito máis sobre os animais nocturnos porque estas especies, como os ratos utilizados normalmente nos laboratorios, foron máis fáciles de examinar a nivel molecular.
O proxecto DiurnalHealth que dirixe, financiado pola UE, estuda as diferenzas entre animais diúrnos e nocturnos. Os ritmos circadianos están regulados por un grupo de células nerviosas do hipotálamo coñecido como núcleo supraquiasmático (NSC), que actúa como reloxo mestre do organismo. Ao ser sensible á luz, o NSC axuda a regular o ciclo sono-vixilia sincronizándose coa luz-escuridade natural da contorna.
As viaxes de longa distancia ou os traballos por quendas poden alterar o ritmo circadiano
Cando o NSC se altera, por exemplo en viaxes de longa distancia ou no traballo por quendas, hai probas de que pode provocar diversos problemas de saúde, como trastornos do sono, depresión, diabetes e mesmo cancro. O traballo pioneiro de Meijer sobre o NSC en roedores diúrnos como a rata de pasto sudanesa e unha especie de esquío de terra diúrno está a achegar nova información sobre como se xeran e sincronizan os ritmos circadianos.
A investigación tamén permite comprender como se utilizan os sinais ambientais, como a luz, a temperatura e a actividade física, para axustar o reloxo interno do organismo. “O NSC pode percibir a luz e tamén o comportamento, e este comportamento pode reforzar o reloxo”, afirma Meijer. “Non é asombroso? O noso propio comportamento forma parte dun bucle de retroalimentación”, expón.
Isto significa que poderían utilizarse sinais externos para corrixir as alteracións dos ritmos corporais internos. A luz é a primeira candidata, pero tamén inflúen outros factores como o exercicio, a temperatura e a hora para comer.
Niveis de luz, cores
Grazas aos avances na tecnoloxía da imaxe, o equipo puido observar o NSC cun nivel de detalle sen precedentes. Os resultados suxiren que as células dos roedores diúrnos responden menos á luz que as dos seus curmáns nocturnos.”Isto indica que os animais diúrnos e os humanos necesitan máis luz para o seu reloxo que os animais nocturnos”, afirma Meijer.
Noutra investigación, os niveis de luz parecían influír máis na síntese de serotonina nas ratas diúrnas que nas nocturnas. Dado que a serotonina afecta o estado de ánimo, as emocións e o apetito, estes achados poden ter implicacións para trastornos humanos como a depresión.
Ademais da luz azul, a verde e a laranza tamén afectan o reloxo circadiano
O equipo tamén achou probas máis directas de que o reloxo circadiano vese afectado por distintas cores de luz, non só a parte azul do espectro visible á que a miúdo se achacan os efectos nocivos das luces artificiais nocturnas e as pantallas dos dispositivos electrónicos.
A luz azul é coñecida por alterar o ritmo circadiano e facer que as persoas se sentan alerta en lugar de cansas. Pero, das cores analizadas polo equipo, a luz verde e laranxa tamén afectaban o reloxo circadiano e só a violeta mostraba un impacto mínimo. “É unha especie de advertencia de que, se non queres alterar o teu reloxo, non podes afastarte unicamente da luz azul”, afirma Meijer.
Implicacións en toda a Terra
De ambos os proxectos despréndese unha comprensión moito máis detallada dos mecanismos precisos dos reloxos biolóxicos internos dos seres vivos e da súa importancia para o funcionamento dos seres humanos e outros animais. Os achados poden conducir a recomendacións novas e eficaces para mellorar os hábitos de vida e protexer as contornas naturais.
Meijer tamén subliña a importancia de como afectan non só ás persoas, senón tamén a todos os ecosistemas. “Tras miles de millóns de anos de evolución, o ciclo luz-escuridade é bo para os animais”, afirma. “Agora lanzamos luz sobre a Terra coma se fose inofensiva, e non o é”, conclúe.
A investigación descrita neste artigo financiouse con fondos da UE. Artigo publicado orixinalmente en Horizon, a revista de Investigación e Innovación da Unión Europea.
