La proactividad de la mosca del vinagre para recuperar su ritmo circadiano
Los ritmos circadianos son oscilaciones periódicas de la fisiología y el comportamiento ajustadas al ciclo día/noche. Los encontramos en bacterias, plantas, hongos y animales. La regulación de estos ritmos ha aparecido de forma independiente en diferentes linajes evolutivos, lo que indica su importancia para el funcionamiento de los seres vivos.
El comportamiento de la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster) (Figura 1) muestra un marcado ritmo circadiano, con una actividad locomotora máxima en las transiciones día/noche, es decir, al atardecer y al amanecer. El resto del tiempo, su actividad disminuye y es en esos periodos cuando las moscas dedican algún tiempo a dormir.
Las moscas, como la mayoría de los animales, pasan por “estados tipo sueño” caracterizados por periodos reversibles de inactividad ajustados a un ritmo circadiano, disminución de la respuesta a estímulos, un lugar o postura específicos y regulación homeostática (recuperación del tiempo perdido de sueño). El cerebro de Drosophila muestra oscilaciones de actividad poco después del comienzo del sueño y justo antes del despertar, mientras que su fase de sueño profundo se caracteriza por una baja actividad cerebral.
El ritmo circadiano de Drosophila se controla mediante un “reloj molecular” basado en cuatro proteínas. Dos factores (CLK y CYC, por Clock y Cycle) activan la expresión de otras dos proteínas (PER y TIM, por Period y Timeless) que a su vez son represoras de CLK y CYC. Todo esto ocurre en unas 150 neuronas del cerebro de la mosca, compuesto por alrededor de 100 000 neuronas.
Durante la noche, PER y TIM se unen y entran en el núcleo donde actúan inhibiendo a CLK y CYC. Tras el amanecer, la luz diurna detectada por un criptocromo provoca la degradación de TIM. Sin la unión a TIM, PER también resulta degradado, con lo que los niveles de estas dos proteínas son muy bajos durante el día, aunque se siga produciendo y acumulando el ARN mensajero de ambas. Cuando la luz desciende en el crepúsculo, la proteína TIM vuelve a sintetizarse, se une a PER protegiéndola de la degradación, y ambas entran en el núcleo durante la noche para inhibir a CLK y CYC, cerrando el ciclo de 24 h (Figura 2).
Las moscas mutantes para estos genes pierden su ritmo circadiano, y muestran una actividad irregular a lo largo de todo el día. Esto no es letal para las moscas, pero sí muy perjudicial para su fecundidad y esperanza de vida, que se ven reducidas. Algo similar ocurre si las moscas son expuestas continuamente a la luz (Figura 2). Timeless es degradada de forma permanente, Clock y Cycle no son inhibidas, y las moscas se mantienen activas durante todo el tiempo.
Un grupo de investigación de la universidad de Münster (Alemania) acaba de publicar en Science un sorprendente artículo sobre este tema. Los investigadores dieron a las moscas la oportunidad de moverse libremente por habitáculos parcialmente cubiertos y resguardados de la luz. Otras moscas permanecieron expuestas a la luz continua, y a otro grupo solo se le permitió acceder a los habitáculos parcialmente oscurecidos tras tres o cinco días de exposición continua a la luz, con la consiguiente ruptura del ciclo circadiano (Figura 3).
Como era de esperar, la mayoría de las moscas expuestas continuamente a la luz perdió su ritmo circadiano, mostrando patrones irregulares de actividad. Sin embargo, alrededor del 70% de las moscas que podían elegir libremente entre luz y oscuridad mantuvo su ritmo circadiano de actividad, repartiendo su tiempo entre ambas zonas. Y lo más sorprendente fue que alrededor de un 60% de las moscas expuestas a la luz durante tres o cinco días, y que habían perdido su ritmo circadiano, lo recuperó rápidamente tras darles la oportunidad de elegir entre ambientes iluminados y oscuros. Este ritmo recuperado o mantenido fue algo más largo que el típico ciclo diario, alcanzando entre 26 y 28 horas.
Esto quiere decir que las moscas ajustaban su comportamiento y sus preferencias ambientales para mantener o recuperar el ritmo circadiano perdido. Lo más singular es que una vez perdido ese ritmo, y por tanto con el reloj circadiano desajustado, las moscas “supieran” en qué medida debían alternar áreas iluminadas y oscuras para restablecer su reloj.
Por otro lado, la calidad del sueño de las moscas, valorada por el número de episodios de sueño y su duración, se deteriora en las moscas que han perdido el ritmo circadiano, pero tiene a recuperarse también, de forma lenta y progresiva, una vez restablecido dicho ritmo.
El experimento no solo insiste en la importancia de los ritmos circadianos para la fisiología animal, sino que asocia el mantenimiento de los ritmos con pautas activas de comportamiento que resultaban impensables hasta ahora.
Referencias
Coculla, A., García Rodríguez, L., Ogueta, M. et al. (2026). Fruit flies actively restart their circadian clock by proactively shaping their environment. Science doi: 10.1126/science.adw2239.
Sobre el autor: Ramón Muñoz-Chápuli Oriol es Catedrático de Biología Animal (jubilado) de la Universidad de Málaga.