{"id":38774,"date":"2018-01-21T09:20:00","date_gmt":"2018-01-21T07:20:00","guid":{"rendered":"https:\/\/espores.org\/es-investigacion\/un-nobel-muy-botanico\/"},"modified":"2021-11-15T07:16:47","modified_gmt":"2021-11-15T05:16:47","slug":"un-nobel-muy-botanico","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/espores.org\/es\/es-investigacion\/un-nobel-muy-botanico\/","title":{"rendered":"Un Nobel muy bot\u00e1nico"},"content":{"rendered":"

Hoy nos detenemos en el Nobel de Fisiolog\u00eda o Medicina 2017, concedido hace unas semanas a los investigadores Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash y Michael W. Young. El trabajo de estos incansables cient\u00edficos ha desvelado los mecanismos moleculares que existen detr\u00e1s de la r\u00edtmica de lo vivo, y que conocemos como ritmos biol\u00f3gicos o circadianos. Este ritmo en los comportamientos o expresiones fisiol\u00f3gicas de los organismos es universal, aparece en las formas de vida m\u00e1s complejas y salvo algunas excepciones (arqueobacterias) tambi\u00e9n en las m\u00e1s sencillas y primitivas. Hoy recorreremos un camino presidido por c\u00f3mo las plantas marcaron los inicios y la demostraci\u00f3n inequ\u00edvoca de la existencia de los relojes biol\u00f3gicos y sus ritmos circadianos dando forma a una de las m\u00e1s apasionantes \u00e1reas de la ciencia contempor\u00e1nea, la cronobiolog\u00eda.<\/p>\n

Explorando los ritmos vegetales<\/h2>\n

Estudiando el mundo vegetal, r\u00e1pidamente percibimos la existencia de estos ritmos biol\u00f3gicos. Encontramos plantas que abren sus estomas durante el d\u00eda con la finalidad de fijar el CO2 atmosf\u00e9rico y que los cierran durante la noche. Otras repliegan sus flores en la noche en el intento de proteger las sensibles estructuras reproductivas que contienen y as\u00ed resguardarlas de las inclemencias nocturnas (para ser desplegadas durante el d\u00eda). En este mismo sentido, durante el d\u00eda, el almid\u00f3n se acumula en las hojas para ser movilizado en la noche y garantizar un suministro de az\u00facares suficiente que garantice el correcto crecimiento durante el periodo nocturno, cuando ha cesado la fotos\u00edntesis.<\/p>\n

\"lirio<\/span>Lirio de pl\u00e1tano. Imagen: <\/span>Pixabay<\/a>.<\/span><\/p>\n

En las plantas, estas oscilaciones o ritmos fisiol\u00f3gicos y de comportamiento se repiten de forma peri\u00f3dica al comp\u00e1s del d\u00eda y la noche, y son la manifestaci\u00f3n de la existencia de un mecanismo celular que es capaz de marcar el tiempo: el reloj biol\u00f3gico o circadiano. Este reloj es el responsable de generar el ritmo al que ha de ocurrir cada proceso. Ahora bien, la particularidad de este reloj interno (end\u00f3geno) reside en que es aut\u00f3nomo. Sabe por s\u00ed mismo cuando llega el d\u00eda y cuando anochece, no necesitando para esto de est\u00edmulos ambientales externos, o al menos para su funcionamiento m\u00e1s b\u00e1sico.<\/p>\n

Los relojes circadianos se adelantan a los acontecimientos ambientales<\/h2>\n

El proceso evolutivo ha conseguido internalizar en la c\u00e9lula vegetal, en sus mecanismos moleculares, el ciclo luz-oscuridad (d\u00eda\/noche), y en ausencia de estos est\u00edmulos ambientales, el reloj puntualmente marca su hora e informa a cada c\u00e9lula, tejido y estructura de la hora biol\u00f3gica. Esta autonom\u00eda y capacidad de medir el tiempo es una extraordinaria ventaja evolutiva, que permite adelantarse a los cambios ambientales, optimizando todos los recursos de la planta. Es decir, para cuando llega la luz del d\u00eda, la planta ya dispone de todas las enzimas necesarias para afrontar la actividad fotosint\u00e9tica.<\/p>\n

La ausencia de demora permite un ahorro energ\u00e9tico y de recursos que resulta esencial para la supervivencia. Quiz\u00e1s el ciclo d\u00eda-oscuridad sea uno de los de mayor influencia en el proceso evolutivo; ha permitido categorizar a las especies en diurnas y nocturnas, permitiendo que ocupen el mismo espacio mediante comportamiento diferentes. Evidentemente, las plantas no escapan a esta cuesti\u00f3n y las implicaciones ecol\u00f3gicas garantizan el mantenimiento de la vida en el planeta.<\/p>\n

Mimosa pudica<\/em>, el primer organismo con que se demuestra el reloj biol\u00f3gico<\/h2>\n

Ahora vamos a viajar en el tiempo, para detenernos en el momento justo en el que las plantas eran empleadas de forma extensa como organismos modelo de experimentaci\u00f3n en los laboratorios. Sobre ellas, y durante muchas d\u00e9cadas, los investigadores esclarecieron los mecanismos biol\u00f3gicos m\u00e1s universales. Con esta perspectiva, no es de extra\u00f1ar que las primeras observaciones documentadas de los ritmos biol\u00f3gicos (circadianos), fueran advertidas y estudiadas en plantas.<\/p>\n

\"MimosaMimosa pudica<\/em>. Imaagen de\u00a0Eric Hunt<\/a>. CC BY-SA 4.0-3.0-2.5-2.0-1.0. Wikimedia.<\/span><\/p>\n

En 1729, Jean Dortous De Mairan<\/strong> present\u00f3, en la Real Academia de Ciencias de Par\u00eds, el primer estudio que evidenciaba como para la planta Mimosa pudica<\/strong><\/em> el ritmo de apertura y cierre de sus hojas obedec\u00eda a un mecanismo interno que funcionaba con la precisi\u00f3n de un reloj. El trabajo experimental de De Mairan consisti\u00f3 en someter a plantas de Mimosa<\/em> a condiciones de oscuridad permanente (durante varios d\u00edas). En ausencia de luz, las plantas segu\u00edan abriendo y cerrando sus hojas<\/strong>, con el mismo patr\u00f3n ritmo con el que lo har\u00edan si estuvieran sometidas a la exposici\u00f3n natural del ciclo d\u00eda-noche. Se insinuaba as\u00ed, por vez primera, que el comportamiento r\u00edtmico de la apertura y cierre de hojas era controlado por un mecanismo end\u00f3geno en la planta<\/strong>. Es decir, no es la respuesta simple a un est\u00edmulo ambiental (luz-oscuridad) sobre la planta.<\/p>\n

Casi treinta a\u00f1os m\u00e1s tarde, y como una aut\u00e9ntica revoluci\u00f3n conceptual en biolog\u00eda, los trabajos de De Mairan fueron completados y refinados por otros autores como Duhamel du Monceau y Zinn<\/strong>. Estos investigadores excluyeron la posibilidad de que fueran las variaciones de temperatura las responsables del de movimiento foliar en Mimosa<\/em>. En este sentido, De Mairan no hab\u00eda conseguido, entre las condiciones experimentales, un ambiente t\u00e9rmico constante, y quedaba la sospecha de que este movimiento foliar en Mimosa<\/em>, estuviera provocado por los cambios de temperatura. A estos hallazgos debemos a\u00f1adir las decisivas aportaciones del investigador Alphonse Pyramus de Candolle<\/strong> (1832) al determinar que esta m\u00e1quina de tiempo celular ten\u00eda un periodo de funcionamiento libre de aproximadamente 22-23horas, sensiblemente inferior a la duraci\u00f3n del d\u00eda.<\/p>\n

\"ArabidopsisArabidopsis thalian<\/em>a, modelo vegetal de estudio m\u00e1s com\u00fan. Imagen: Alberto Salguero Quiles<\/a>. CC BY-SA 3.0. Wikimedia.<\/span><\/p>\n

Ya en 1880, Charles Darwin<\/strong> se uni\u00f3 a este incre\u00edble debate cient\u00edfico apostando por el car\u00e1cter heredable<\/strong> de estos rasgos (aunque esta cuesti\u00f3n no pudo ser confirmada hasta 1930). Se avecinaban importantes cambios de paradigma en las bases de las ciencias biol\u00f3gicas. En este contexto cient\u00edfico, se descubre el n\u00facleo celular trabajando sobre c\u00e9lulas de orqu\u00eddeas, se desarrolla la teor\u00eda celular y se demuestra que los virus son agentes pat\u00f3genos y queda bien definida la homeostasis. La biolog\u00eda moderna hab\u00eda comenzado.<\/p>\n

Tuvieron que pasar casi veinte a\u00f1os para que fueran descubiertos y estudiados los primeros ritmos circadianos en invertebrados. As\u00ed, en 1894 fueron descritos por Kiesel fen\u00f3menos de pigmentaci\u00f3n en ojos de artr\u00f3podos que segu\u00edan un patr\u00f3n circadiano (Plusia gamma<\/em>). Har\u00eda falta esperar hasta 1922 para que Richter<\/strong> descubriera en ratones los primeros ritmos circadianos en mam\u00edferos<\/strong>.<\/p>\n

Es evidente, pues, la trascendencia que han tenido las plantas como organismo modelo de experimentaci\u00f3n en la ciencia moderna. Podemos afirmar, sin temor a equivocarnos, que gracias a ellas se han alcanzado los conocimientos m\u00e1s relevantes que vertebran la ciencia del siglo XX.<\/p>\n

Neurospora crassa <\/em>y la replicaci\u00f3n nocturna de su material gen\u00e9tico<\/h2>\n

Fueron los hongos y, en concreto, Neurospora crassa<\/em>, quien ofreci\u00f3 la pista a principios de los a\u00f1os sesenta (cuando a\u00fan eran considerados plantas) del origen evolutivo de estos relojes biol\u00f3gicos y sus ritmos. Los investigadores hallaron en este hongo filamentoso el vestigio m\u00e1s antiguo de un reloj biol\u00f3gico. Esta m\u00e1quina de tiempo pautaba la replicaci\u00f3n del ADN<\/strong> para que tuviera lugar durante la noche (oscuridad) evitando as\u00ed el efecto mutag\u00e9nico de la radiaci\u00f3n ultravioleta (UV) que hace 3000 millones de a\u00f1os era especialmente abundante.<\/p>\n

\"NeurosporaHifas de Neurospora crassa <\/em>con tabique y poros. Imagen: Roland Gromes<\/a>. CC BY-SA 3.0. Wikimedia.<\/span><\/p>\n

Tradicionalmente, siempre hab\u00eda existido una reticencia respecto a la solidez de los ensayos que habitualmente se dise\u00f1aban en los estudios sobre ritmicidad circadiana. Las objeciones desaparecieron teniendo como protagonista a este mismo hongo (Neurospora<\/em>). En 1990 fue dise\u00f1ado un ensayo espacial acogido en el trasbordador Columbia<\/strong> (STS-32) y se pudo comprobar que los ritmos circadianos conocidos en Neurospora<\/em> se manten\u00edan en la normalidad, frente a campos magn\u00e9ticos pr\u00f3ximos a cero. En este sentido, algunos investigadores pensaban que el papel de los campos magn\u00e9ticos terrestres podr\u00eda ser el est\u00edmulo externo sobre el que se sosten\u00edan los ritmos circadianos, pero el experimento demostr\u00f3 que no era as\u00ed.<\/p>\n

Un futuro cronobiol\u00f3gico<\/h2>\n

Ya sabemos sobradamente de la importancia de estos relojes circadianos para la gran mayor\u00eda de formas de vida. En los \u00faltimos a\u00f1os han sido sorprendentes los hallazgos sobre la salud humana o sus implicaciones ecol\u00f3gicas. Son muchos los autores que ven en la capacidad adaptativa de los relojes biol\u00f3gicos una pasarela que permitir\u00e1 a muchos organismos superar los cambios ambientales asociados al cambio clim\u00e1tico. Una de las \u00e1reas de trabajo que m\u00e1s inter\u00e9s despierta entre los investigadores y fisi\u00f3logos vegetales es la posibilidad de manejar estos relojes como herramienta de optimizaci\u00f3n de producci\u00f3n vegetal, lucha contra plagas y sequ\u00edas. El modelo de experimentaci\u00f3n actual que los investigadores utilizan en biolog\u00eda vegetal es la planta Arabidopsis thaliana<\/strong><\/em>, de la que vamos conociendo muchos aspectos fisiol\u00f3gicos, moleculares y gen\u00e9ticos relacionados con su ciclo vital y reloj circadiano, aunque todav\u00eda es un camino por desvelar.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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