Cronobiología
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Descripción general, incluidos algunos parámetros fisiológicos , del ritmo circadiano humano ("reloj biológico") .

La cronobiología es un campo de la biología que examina los procesos de sincronización , incluidos los fenómenos periódicos (cíclicos) en los organismos vivos, como su adaptación a los ritmos relacionados con la luna y el sol . [1] Estos ciclos se conocen como ritmos biológicos. La cronobiología proviene del griego antiguo χρόνος ( chrónos , que significa "tiempo"), y la biología , que pertenece al estudio o ciencia de la vida . El términos relacionados chronomics y chronome se han usado en algunos casos para describir ya sea la molecular mecanismos involucrados en los fenómenos cronobiológicos o los aspectos más cuantitativos de la cronobiología, particularmente cuando se requiere la comparación de ciclos entre organismos.

Los estudios cronobiológicos incluyen , entre otros, anatomía comparada , fisiología , genética , biología molecular y comportamiento de organismos relacionados con sus ritmos biológicos . [1] Otros aspectos incluyen epigenética , desarrollo, reproducción, ecología y evolución.

El tema

La cronobiología estudia las variaciones del momento y la duración de la actividad biológica en los organismos vivos que se producen en muchos procesos biológicos esenciales. Ocurren (a) en animales (comiendo, durmiendo, apareándose, hibernando, migración, regeneración celular, etc.), (b) en plantas (movimientos de hojas, reacciones fotosintéticas , etc.) y en organismos microbianos como hongos y protozoos. . Incluso se han encontrado en bacterias , especialmente entre las cianobacterias (también conocidas como algas verde azuladas, consulte los ritmos circadianos bacterianos ). El ritmo mejor estudiado en cronobiología es el ritmo circadiano , un ciclo de aproximadamente 24 horas mostrado por procesos fisiológicos en todos estos organismos. El término circadianoviene del latín circa , que significa "alrededor" y muere , "día", que significa "aproximadamente un día". Está regulado por relojes circadianos .

El ritmo circadiano se puede dividir en ciclos de rutina durante el día de 24 horas: [2]

  • Diurno , que describe organismos activos durante el día.
  • Nocturno , que describe organismos activos en la noche.
  • Crepuscular , que describe animales principalmente activos durante las horas del amanecer y el anochecer (p. Ej., Venado de cola blanca, algunos murciélagos)

Mientras que los ritmos circadianos se definen como regulados por procesos endógenos , otros ciclos biológicos pueden estar regulados por señales exógenas. En algunos casos, los sistemas multitróficos pueden exhibir ritmos impulsados ​​por el reloj circadiano de uno de los miembros (que también puede verse influenciado o reiniciado por factores externos). Los ciclos de las plantas endógenas pueden regular la actividad de la bacteria controlando la disponibilidad de fotosintato producido por las plantas.

También se estudian muchos otros ciclos importantes, que incluyen:

  • Ritmos de Infradianes , que son ciclos de más de un día. Los ejemplos incluyen circannual ciclos o anuales que rigen ciclos de migración o de reproducción en muchas plantas y animales, o el humano ciclo menstrual .
  • Ritmos ultradianos , que son ciclos de menos de 24 horas, como el ciclo REM de 90 minutos , el ciclo nasal de 4 horas o el ciclo de producción de la hormona del crecimiento de 3 horas .
  • Ritmos de marea , comúnmente observados en la vida marina, que siguen la transición de aproximadamente 12,4 horas de la marea alta a la baja y viceversa.
  • Ritmos lunares , que siguen al mes lunar (29,5 días). Son relevantes, por ejemplo, para la vida marina, ya que el nivel de las mareas se modula a lo largo del ciclo lunar.
  • Oscilaciones genéticas : algunos genes se expresan más durante determinadas horas del día que durante otras horas.

Dentro de cada ciclo, el período de tiempo durante el cual el proceso es más activo se denomina acrofase . [3] Cuando el proceso es menos activo, el ciclo está en su fase batifase o valle . El momento particular de mayor actividad es el pico o máximo ; el punto más bajo es el nadir .

Historia

Un ciclo circadiano se observó por primera vez en el siglo XVIII en el movimiento de las hojas de las plantas por el científico francés Jean-Jacques d'Ortous de Mairan . [4] En 1751, el botánico y naturalista sueco Carl Linnaeus (Carl von Linné) diseñó un reloj de flores usando ciertas especies de plantas con flores . Al disponer las especies seleccionadas en un patrón circular, diseñó un reloj que indicaba la hora del día mediante las flores que estaban abiertas a cada hora determinada. Por ejemplo, entre los miembros de la familia de las margaritas , usó la planta de la barba de halcón que abría sus flores a las 6:30 am y el hawkbitque no abrió sus flores hasta las 7 de la mañana. [5]

El simposio de 1960 en el Laboratorio Cold Spring Harbor sentó las bases para el campo de la cronobiología. [6]

También fue en 1960 cuando Patricia DeCoursey inventó la curva de respuesta de fase , una de las principales herramientas utilizadas en el campo desde entonces.

Franz Halberg de la Universidad de Minnesota , quien acuñó la palabra circadiano , es ampliamente considerado el "padre de la cronobiología estadounidense". Sin embargo, fue Colin Pittendrigh y no Halberg quien fue elegido para dirigir la Sociedad para la Investigación de Ritmos Biológicos en la década de 1970. Halberg quería más énfasis en los problemas humanos y médicos, mientras que Pittendrigh tenía su experiencia más en evolución y ecología. Con Pittendrigh como líder, los miembros de la Sociedad realizaron investigaciones básicas sobre todo tipo de organismos, tanto vegetales como animales. Más recientemente, ha sido difícil conseguir financiación para dicha investigación en otros organismos que no sean ratones, ratas, seres humanos [7] [8] y moscas de la fruta .

Desarrollos de investigación

Luz y melatonina

Más recientemente, Alfred J. Lewy ( OHSU ), Josephine Arendt ( Universidad de Surrey , Reino Unido) y otros investigadores han explorado la terapia de luz y la administración de melatonina como un medio para restablecer los ritmos circadianos animales y humanos. Además, la presencia de luz de bajo nivel durante la noche acelera el re-arrastre circadiano de hámsters de todas las edades en un 50%; se cree que esto está relacionado con la simulación de la luz de la luna. [9]

En la segunda mitad del siglo XX, europeos como Jürgen Aschoff y Colin Pittendrigh han realizado contribuciones y formalizaciones sustanciales , que persiguieron puntos de vista diferentes pero complementarios sobre el fenómeno de arrastre del sistema circadiano por la luz (paramétrico, continuo, tónico, gradual versus no paramétrico, discreto, fásico, instantáneo, respectivamente [10] ).

Cronotipos

Los seres humanos pueden tener una propensión a ser personas matutinas o nocturnas; estas preferencias de comportamiento se denominan cronotipos para los que existen varios cuestionarios de evaluación y correlaciones de marcadores biológicos. [11]

La hora de las comidas

También hay un reloj biológico que puede incorporar alimentos, que no se limita al núcleo supraquiasmático. Se ha cuestionado la ubicación de este reloj. Sin embargo, trabajando con ratones, Fuller et al. Llegó a la conclusión de que el reloj de arrastre de alimentos parece estar ubicado en el hipotálamo dorsomedial . Durante la alimentación restringida, asume el control de funciones como el tiempo de actividad, lo que aumenta las posibilidades de que el animal localice con éxito los recursos alimenticios. [12]

Patrones diurnos en Internet

En 2018, un estudio publicado en PLoS ONE mostró cómo 73 indicadores psicométricos medidos en el contenido de Twitter siguen un patrón diurno.[13] Un estudio de seguimiento que apareció en Chronobiology International en 2021 mostró que estos patrones no fueron interrumpidos por el bloqueo del Reino Unido en 2020. [14]

Moduladores de ritmos circadianos

En 2021, los científicos informaron sobre el desarrollo de un modulador de los ritmos circadianos de los tejidos que dura días y que responde a la luz mediante la inhibición de Ck1 . Dichos moduladores pueden ser útiles para la investigación cronobiológica y la reparación de órganos que están "desincronizados". [15] [16]

Otros campos

La cronobiología es un campo de investigación interdisciplinario. Interactúa con la medicina y otros campos de investigación como la medicina del sueño , endocrinología , geriatría , medicina deportiva , medicina espacial y fotoperiodismo . [17] [18] [19]

Ver también

  • Ritmos circadianos bacterianos
  • Reloj biológico (envejecimiento)
  • Ritmo circadiano
  • Ciclo anual
  • Circaseptan , ciclo biológico de 7 días
  • Rasgos familiares del sueño
  • Frank A. Brown, Jr.
  • Hitoshi Okamura
  • Efectos de luz sobre el ritmo circadiano
  • Fotoperiodismo
  • Núcleo supraquiasmático
  • Escotobiología
  • Percepción del tiempo

Referencias

  1. ↑ a b Patricia J. DeCoursey; Jay C. Dunlap; Jennifer J. Loros (2003). Cronobiología . ISBN de Sinauer Associates Inc. 978-0-87893-149-1.
  2. ^ Nelson RJ. 2005. Introducción a la endocrinología conductual. Sinauer Associates, Inc .: Massachusetts. Pg587.
  3. ^ Refinetti, Roberto (2006). Fisiología circadiana . CRC Press / Taylor & Francis Group. ISBN 0-8493-2233-2 . Resumen de Lay 
  4. ↑ Para una descripción de los ritmos circadianos en plantas por de Mairan, Linnaeus y Darwin, ver [1] Archivado 2005-12-25 en Wayback Machine.
  5. ^ "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 12 de diciembre de 2013 . Consultado el 12 de diciembre de 2013 . CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
  6. ^ Leon Kreitzman; Russell G. Foster (2004). Ritmos de vida: los relojes biológicos que controlan la vida diaria de todos los seres vivos . New Haven, Connecticut: Prensa de la Universidad de Yale. ISBN 0-300-10969-5.
  7. ↑ Zivkovic, Bora (3 de julio de 2006). "ClockTutorial # 2a, cuarenta y cinco años de generalizaciones empíricas de Pittendrigh" . Un blog las 24 horas del día . ScienceBlogs . Consultado el 23 de diciembre de 2007 .
  8. ↑ Zivkovic, Bora (17 de mayo de 2006). "Relojes en Bacteria V" . Un blog las 24 horas del día . ScienceBlogs . Consultado el 23 de diciembre de 2007 .
  9. ^ Frank, DW; Evans, JA; Gorman, MR (2010). "Efectos dependientes del tiempo de la luz tenue en la noche sobre la reincorporación y el enmascaramiento de los ritmos de actividad del hámster". Revista de ritmos biológicos . 25 (2): 103–112. doi : 10.1177 / 0748730409360890 . PMID 20348461 . S2CID 41985077 .  
  10. ^ ver este artículo histórico , se requiere suscripción
  11. ^ Breus, PHD, Michael (2016). El poder del cuándo . Little Brown y compañía. ISBN 978-0-316-39126-9.
  12. ^ Fuller, Patrick M .; Jun Lu; Clifford B. Saper (23 de mayo de 2008). "Rescate diferencial de ritmos circadianos de luz y comida" . Ciencia . 320 (5879): 1074–1077. Código Bibliográfico : 2008Sci ... 320.1074F . doi : 10.1126 / science.1153277 . PMC 3489954 . PMID 18497298 .  
  13. ^ Dzogang, Fabon; Stafford Lightman; Nello Cristianini (20 de junio de 2018). "Variación diurna de los indicadores psicométricos en el contenido de Twitter" . PLOS ONE . 13 (6): e0197002. Código bibliográfico : 2018PLoSO..1397002D . doi : 10.1371 / journal.pone.0197002 . PMC 6010242 . PMID 29924814 .  
  14. ^ Wang, Sheng; Stafford Lightman; Nello Cristianini (17 de junio de 2021). "Efecto del encierro en los patrones diurnos de expresión de emociones en Twitter". Chronobiology International . 38 (11): 1591-1610. doi : 10.1080 / 07420528.2021.1937198 . PMID 34134583 . S2CID 235462661 .  
  15. ^ "Restablecimiento del reloj biológico accionando un interruptor" . phys.org . Consultado el 14 de junio de 2021 .
  16. ^ Kolarski, Dušan; Miró-Vinyals, Carla; Sugiyama, Akiko; Srivastava, Ashutosh; Ono, Daisuke; Nagai, Yoshiko; Iida, Mui; Itami, Kenichiro; Tama, Florencia; Szymanski, Wiktor; Hirota, Tsuyoshi; Feringa, Ben L. (26 de mayo de 2021). "Modulación reversible del tiempo circadiano con cronofotofarmacología" . Comunicaciones de la naturaleza . 12 (1): 3164. Bibcode : 2021NatCo..12.3164K . doi : 10.1038 / s41467-021-23301-x . ISSN 2041-1723 . PMC 8155176 . PMID 34039965 .    Disponible bajo CC BY 4.0 .
  17. ^ Postolache, Teodor T. (2005). Cronobiología deportiva, un tema de las clínicas en medicina deportiva . Saunders. ISBN 978-1-4160-2769-0.
  18. ^ Ernest Lawrence Rossi, David Lloyd (1992). Los ritmos ultradianos en los procesos de la vida: investigación sobre los principios fundamentales de la cronobiología y la psicobiología . Springer-Verlag Berlin y Heidelberg GmbH & Co. K. ISBN 978-3-540-19746-1.
  19. ^ Hayes, DK (1990). Cronobiología: su papel en la medicina clínica, la biología general y la agricultura . John Wiley e hijos. ISBN 978-0-471-56802-5.

Otras lecturas

  • Hastings, Michael, " El cerebro, los ritmos circadianos y los genes del reloj ". Revisión clínica " BMJ 1998; 317: 1704-1707 19 de diciembre.
  • Congreso de los Estados Unidos, Oficina de Evaluación de Tecnología, " Ritmos biológicos: implicaciones para el trabajador ". Imprenta del Gobierno de Estados Unidos, septiembre de 1991. Washington, DC. OTA-BA-463. NTIS PB92-117589
  • Ashikari, M., Higuchi, S., Ishikawa, F. y Tsunetsugu, Y., " Simposio interdisciplinario sobre 'Seres humanos y entornos': enfoques de la antropología biológica, la antropología social y la psicología del desarrollo ". Domingo 25 de agosto de 2002
  • " Plan de gestión de experimentos de biorritmo ", NASA, Ames Research Center. Campo Moffett, 1983.
  • " Ritmos biológicos y adaptación humana al medio ". Comando de Material e Investigación Médica del Ejército de los EE. UU. (AMRMC), Instituto de Investigación de Medicina Ambiental del Ejército de los EE. UU.
  • Ebert, D., KP Ebmeier, T. Rechlin y WP Kaschka, " Ritmos y comportamiento biológicos ", Avances en psiquiatría biológica . ISSN 0378-7354
  • Horne, JA (Jim) y Östberg, Olov (1976). Un cuestionario de autoevaluación para determinar el matutino-vespertino en los ritmos circadianos humanos. Revista Internacional de Cronobiología, 4, 97-110.
  • Roenneberg, Till, Colonia (2010). Wie wir ticken - Die Bedeutung der Chronobiologie für unser Leben, Dumont, ISBN 978-3-8321-9520-5 . 
  • La Sociedad Linneana de Londres

enlaces externos

  • Centro de Cronobiología Halberg en la Universidad de Minnesota , fundado por Franz Halberg , el "Padre de la Cronobiología"
  • La Universidad de Virginia ofrece un tutorial en línea sobre cronobiología.
  • Vea la publicación del Museo de Ciencias de Virginia ¿Pueden las plantas decir la hora?
  • La Universidad de Manchester tiene un sitio web informativo sobre el reloj biológico
  • El análisis de S Ertel del trabajo de Chizhevsky
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