Por qué el plancton sufre jet-lag Understand article

Traducido por Pilar Bustos-Sanmamed. Una de las mayores migraciones en el mundo parece estar regulada por una hormona que controla nuestros patrones de sueño.

Desplazarse a través de
varios husos horarios
interrumpe el ritmo de
nuestro organismo causando
jet-lag.

Imagen cortesía de Slack12;
Origen de la imagen: Flickr

La melatonina es una hormona esencial en el mantenimiento del ritmo sueño-vigilia en humanos. Recientemente, científicos del Laboratorio Europeo de Biología Molecular (European Molecular Biology Laboratory, EMBL) en Heidelberg, Alemania, han descubierto que la melatonina, en las especies de plancton, también regula las migraciones nocturnas que tienen lugar desde la superficie del agua hacia zonas más profundas (Tosches et al 2016).

En vertebrados, la melatonina tiene un papel clave para controlar los patrones de actividad corporal, y asegurar un ritmo constante durante las oscilaciones de día y noche a lo largo de 24 horas. Cuando volamos a través de distintos usos horarios y la alternancia día y noche se interrumpe, nuestro patrón habitual del sueño se desfasa y sufrimos jet-lag.

Prácticamente todos los animales poseen melatonina que, desarrolla una función similar en todas las especies, incluso en aquellos microorganismos que los científicos consideran semejantes a nuestros antepasados lejanos. Comprender el papel de la melatonina en estos organismos primitivos puede dar algunas pistas sobre cómo ha evolucionado nuestros sistema nervioso.
 

El ritmo circadiano

¿Alguna vez has oído hablar sobre el “ritmo circadiano”? La palabra “circadiano” viene del latín: circa que significa casí y, dien que quiere decir día – es decir, casí un día. El ritmo circadiano hace referencia al ciclo regular de 24 horas que rigen la mayoría de las funciones de nuestro cuerpo (como la temperatura corporal, la presión sanguínea y la producción de hormonas). Tener un ritmo circadiano regular y estable es esencial puesto que su alteración puede causar problemas de salud que van desde simples molestias, como el jet-lag, hasta problemas muy serios, como una depresión.

Cómo logran los seres humanos sincronizar el ritmo circadiano

En la actualidad, los humanos son los animales más estudiados cuando se trata de entender el ritmo circadiano, aunque los mecanismos que lo regulan son similares en otras especies. El ritmo circadiano depende exclusivamente de la luz y su control se realiza principalmente a través de los ojos. La retina en el ser humano, además de para ver las cosas de forma consciente, también funciona como un sensor de luz, permitiéndonos acoplar el funcionamiento de nuestro organismo a la cantidad de luz del ambiente. La retina contiene un pequeño porcentaje (aproximadamente 1%) de fotorreceptores muy específicos, llamados células ganglionares de la retina intrínsecamente fotosensibles (ipRGCs), que están conectados directamente con el centro del reloj corporal situado en el cerebro y que producen una molécula llamada melanopsina.

Los fotorreceptores de
nuestros ojos están ligados
al centro del reloj situado en
el cerebro.

Imagen cortesía de Roman
Miramontes; Origen de la
imagen: Flickr

Las ipRGCs detectan la intensidad de luz: se activan y producen melanopsina cuando hay mucha luminosidad, concretamente luz azul y, frenan la síntesis durante la noche, cuando la intensidad de luz es más baja. La melanopsina se libera directamente en el centro del reloj corporal del cerebro, situado justamente por encima del punto de cruce entre los dos nervios ópticos – llamado núcleo supraquiasmático (NSQ) según la nomenclatura científica, el núcleo situado por encima de la zona de cruce.

A través de una cascada de reacciones, la melanopsina inhibe la producción de melatonina en la glándula pineal, otra región del cerebro. Como consecuencia de esto, la melatonina se produce solamente durante las horas de oscuridad – por la noche. La melatonina juega un papel primordial en casi todas las funciones del cuerpow1, como son los patrones de sueño o la temperatura; la temperatura corporal disminuye aproximadamente 1 °C entre el día y la noche.

Para asegurar que todas las funciones se realizan adecuadamente, cada día, independientemente del clima, el cuerpo se adapta a la intensidad de luz que percibe en ese instante y también a su historial reciente de exposición a la luz. El mecanismo por el cual la melanopsina guarda una memoria de la exposición reciente a la luz es aún desconocido. Cuando el patrón de exposición varía, por ejemplo durante un viaje a través de varias zonas horarias, el ciclo se rompe y se necesita de varios días para volver a sincronizarlo, causando el jet-lag.

La migración planctónica

La melatonina también está presente en otras especies, incluso en organismos microscópicos  menos complejos que los humanos: ¿cuál es la función de la melatonina en ellos? Para averiguarlo, Detlev Arendt y sus colaboradores de EMBL utilizaron el gusano marino Platynereis dumerilii, una especie diminuta que se cree que es muy similar a los primeros animales con cerebro y sistema nervioso que aparecieron en la Tierra.

Platynereis dumerilii
Imagen cortesía de
EMBL/Detlev Arendt

Las larvas de este gusano participan en la que se ha definido como la mayor migración del planeta en términos de biomasa: el desplazamiento vertical que cada día realiza el plancton en el océano. A través del movimiento de un grupo de “aletas” microscópicas –los cilios- dispuestos en una banda  en torno a su línea media, las larvas de este gusano migran hacia la superficie del mar cada día. Alcanzan la superficie al atardecer y, durante la noche descienden nuevamente hacia aguas más profundas, para protegerse del daño que provocan los rayos UV en las horas del día con mayor intensidad de radiación solar.

“Hemos observado que un grupo de células multifunción en el cerebro de estas larvas son sensores de luz y hacen funcionar un reloj interno que activa la producción de melatonina durante la noche”, indicó Detlev. “Por eso creemos que la melatonina es la señal producida por estas células durante la noche para regular la actividad de otras neuronas que finalmente guían el comportamiento durante el ciclo noche-día.

María Antonietta Tosches, investigador postdoctoral en el laboratorio de Arendt, ha descubierto un grupo de neuronas motoras especializadas que responden a la melatonina. Usando sensores moleculares modernos, fue capaz de registrar la actividad de estas neuronas en el cerebro de las larvas y, observó que cambia radicalmente entre el día y la noche. Durante la noche la producción de melatonina produce cambios en la actividad de estas neuronas, que a su vez provocan que se den largas pausas durante la batida de los cilios de estas larvas. Gracias a estas pausas prolongadas, la larva se hunde lentamente. Durante el día, no hay producción de melatonina, los cilios están menos tiempo parados y las larvas nadan hacia la superficie. “Cuando la larva se expone a la melatonina durante el día, se activa su comportamiento nocturno”, indicó Tosches. “Es como si tuvieran jet-lag”.

Cada noche, un aumento en los niveles de melatonina en el cerebro de esta larva provoca que se aleje de la Imagen cortesía de EMBL/M.A. Tosches

De Platynereis al cerebro humano

Las investigaciones sugieren que las células que perciben la luz y producen la melatonina durante la migración nocturna en estas larvas tienen homólogos evolutivamente relacionados en el cerebro humano. Esto implica que las células que controlan nuestros ritmos de sueño y vigilia evolucionaron inicialmente en el océano, hace ciento de millones de años, en respuesta a la necesidad de huir del Sol.

Paso a paso, podemos descifrar el origen evolutivo de las funciones claves de nuestro cerebro. La apasionante idea que dejan estos resultados es que la biología humana encuentra sus raíces en características fundamentales y altamente conservadas de la ecología oceánica que domino la vida en la Tierra desde tiempos remotos de la evolución”, concluye Detlev.

Download

Download this article as a PDF

References

Web References

Resources

  • Este artículo se basa en el informe completo de los resultados obtenidos en el grupo de Arendt disponible en el sitio web de EMBL, que se puede leer en: Furtado Neves S (2014) How plankton gets jet lagged. 25 Sep, http://news.embl.de/science/1409_plankton-jetlag/

Institution

EMBL

Author(s)

Isabelle Kling se formó como bioquímica y divulgadora científica, posteriormente realizó varios proyectos de comunicación científica en Canadá y Europa. En la actualidad es una de las editoras de Science in School en EMBL.


Review

Los estudiantes cambian sus patrones de sueño según se van haciendo mayores. Tienen que afrontar las necesidades de una planificación, que muchas veces va en contra de su ritmo circadiano. Este artículo incita a los estudiantes a comprender las bases de su momento de mayor rendimiento. Comprender los factores biológicos que afectan a los ritmos circadianos hace que sea más sencillo modificar patrones y da a los estudiantes un sentimiento de autonomía. Este tema puede tener un importante impacto sobre el cambio de hábitos en su futuro.

El artículo puede usarse para realizar los siguientes ejercicios en clase:

  • La melatonita como una “cura” para el jet lag: explica en qué circunstancias esto tiene sentido (cuando se viaja hacia el oeste o hacia el este), teniendo en cuenta el momento del día.
  • Dibuja una gráfica relacionando día/noche con la expresión de melanopsina/melatonina en el cerebro.
  • Usa internet para definir las áreas sensibles a la luz en el cuerpo humano.

Friedlinde Krotscheck, Austria




License

CC-BY
CC BY