Ardillas Árticas Comparten Secretos Circadianos (Video)

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A pesar de los seis meses de luz diurna constante, las ardillas árticas pueden seguir una rutina diaria constante, como si su reloj biológico estuviera en piloto automático: al estudiar las ardillas, los investigadores pueden descubrir formas de ayudar a las personas cuyos relojes biológicos están apagados k

Charlie Heck, editor de noticias multimedia de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., Contribuyó con este artículo a WordsSideKick.com's Voces de expertos: Op-Ed y Insights.

La ardilla de tierra del Ártico ha desarrollado adaptaciones altamente especializadas para entornos extremos, incluidos los ritmos circadianos ("relojes biológicos") que persisten durante todo el verano ártico, a pesar de las horas de luz casi constantes. Los relojes corporales de los animales han evolucionado para funcionar bien sin la ayuda del ciclo día / noche, que también es importante para otros animales, incluidos los humanos. Los problemas con el ritmo circadiano se han relacionado con problemas como la fertilidad, la obesidad y el cáncer.

Para estudiar la adaptación única de las ardillas, un equipo de investigadores se acercó a la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF). Con el apoyo de la Dirección de Ciencias Biológicas de la NSF, el ecólogo fisiológico Cory Williams de la Universidad de Alaska, Anchorage, y un equipo de colegas investigadores viajaron a la Estación de Campo de Toolik en el norte de Alaska para estudiar la ardilla de tierra del Ártico en su territorio. Parte de la investigación de campo consiste en cambiar la luz y la temperatura de las ardillas, esencialmente dándoles un caso de pata de chorro para medir su reacción. [Restableciendo nuestros relojes: cómo funcionan los diminutos cronometradores del cuerpo]

De vuelta en Anchorage, el fisiólogo ambiental y líder del proyecto Loren Buck trabaja con ardillas en su laboratorio durante todo el año. Buck dice que las interrupciones del reloj corporal están vinculadas a muchas enfermedades humanas, como el trastorno afectivo estacional, la obesidad, las enfermedades cardiovasculares, el Alzheimer e incluso el cáncer. (Esta investigación se está llevando a cabo en colaboración con un equipo de científicos de la Universidad de Alaska, Fairbanks).

A continuación, Williams responde preguntas sobre la investigación.

Las ardillas de tierra árticas mantienen ritmos circadianos durante todo el verano ártico. Estas ardillas no emergen de su madriguera hasta media mañana y, por lo general, están en casa temprano en la noche, a pesar de que es esencialmente un entorno de luz constante.

Las ardillas de tierra árticas mantienen ritmos circadianos durante todo el verano ártico. Estas ardillas no emergen de su madriguera hasta media mañana y, por lo general, están en casa temprano en la noche, a pesar de que es esencialmente un entorno de luz constante.

Crédito: Corry Williams, NSF

Charlie Heck: ¿Cómo puede la capacidad de las ardillas de adaptarse a la luz diurna constante llevar a tratamientos para los trastornos del sueño humano?

Cory Williams: Estamos realizando una investigación científica básica sobre la capacidad de las ardillas de tierra árticas para mantener los ritmos circadianos atrapados bajo el sol de medianoche. Por lo tanto, quiero enfatizar que nuestra investigación no conducirá directamente a las fuentes de tratamientos para los trastornos del sueño humano, pero sí sabemos que los trastornos del sueño humano y muchas otras enfermedades están asociados con fallas en la función del reloj circadiano. También sabemos que los humanos que viven en latitudes altas tienden a ser más propensos a los trastornos del sueño y que, sin un reloj externo, los humanos no parecen ser capaces de mantener los ritmos circadianos atrapados durante el día polar (luz diurna constante muy por encima del círculo ártico).

Si usted es un experto de actualidad, investigador, líder empresarial, autor o innovador, y desea contribuir con un artículo de opinión, envíenos un correo electrónico aquí.

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Y, sin embargo, nuestra investigación indica que las ardillas de tierra árticas pueden mantener los ritmos circadianos arrastrados durante todo el verano ártico. Entonces, una de las preguntas más importantes para nosotros es cómo pueden hacerlo: ¿cuáles son los mecanismos involucrados? En esta etapa, ni siquiera estamos seguros de a qué medio ambiente se dirigen, aunque sospechamos que son sensibles a la variación sutil en la intensidad o la temperatura de color de la luz. La ciencia básica se trata de descubrir este tipo de mecanismos. No podemos decir con certeza que esto dará lugar a tratamientos particulares para las interrupciones en la función del reloj, pero aumentar la comprensión de la función del reloj circadiano en un animal que no sufre este tipo de interrupciones es un buen lugar para comenzar.

C.H.: ¿Qué tan difícil son las ardillas de tierra árticas para manejar?

C.W.: No son tan malos de manejar. Tenemos bolsas de manejo hechas a medida que usamos en el campo que se unen a nuestras trampas: cuando abrimos la trampilla, la ardilla entra directamente en la bolsa. Luego podemos pesar las ardillas y colocar etiquetas de orejas a través de las aberturas de malla en la bolsa. Para algunos de los trabajos que hacemos, como colocar collares con radiotransmisores y registradores de luz, anestesiaremos a la ardilla porque esto es menos estresante para ellos, y no queremos que nos muerdan. Las ardillas en el laboratorio tienden a ser más agresivas, pero podemos moverlas rápida y fácilmente entre tinas o jaulas ya sea usando guantes de cuero gruesos o proporcionándoles un tubo de metal o PVC para que se escondan y luego mueven todo el tubo.

C.H.: ¿Prefieres trabajar con las ardillas en el campo o en el laboratorio?

C.W.: Prefiero trabajar con ellos en el campo, en parte porque significa que puedo ir a lugares increíbles, como Toolik Field Station en el norte de Alaska. Pero también porque creo que hay tantas preguntas en ecología y fisiología que no puedes responder en el laboratorio. Si desea comprender el significado ecológico y evolutivo de los rasgos fisiológicos o de comportamiento en los que está interesado, debe estar en el campo. Y con las mejoras y la miniaturización de los registradores electrónicos, podemos abordar muchas preguntas en animales de vida libre que antes no podíamos.Al mismo tiempo, todavía hay muchas preguntas que no podemos responder en el campo, especialmente cuando empezamos a analizar algunos de los mecanismos moleculares y genéticos. Por lo tanto, creo que combinar los enfoques de campo y de laboratorio siempre será el mejor enfoque.

C.H.: ¿Por qué las ardillas no hibernan como osos?

C.W.: Las ardillas de tierra del Ártico hibernan, pero su fisiología de hibernación es diferente de los hibernadores grandes como los osos negros o los osos pardos. Esta diferencia se debe principalmente al tamaño. Brian Barnes, de la Universidad de Alaska, Fairbanks, quien es nuestro principal colaborador en nuestro proyecto de ardilla de tierra ártica, ha estudiado exhaustivamente la hibernación del oso negro y ha demostrado que los osos negros en hibernación suprimen su metabolismo (la cantidad de energía que consumen) a aproximadamente 25 el porcentaje de los niveles basales (no hibernantes) mientras la temperatura corporal se regula entre 30 grados Celsius y 36 grados Celsius (la temperatura corporal "normal" es de alrededor de 37C a 38C).

Aunque los ahorros energéticos que logran los osos son impresionantes, esto no sería suficiente para un pequeño hibernador como una ardilla de tierra, porque los animales pequeños tienen una tasa metabólica mucho mayor por gramo de tejido. Lo que esto significa es que los pequeños hibernadores simplemente no pueden almacenar suficiente grasa para sobrevivir a un invierno de hibernación con solo esta disminución relativamente moderada en el metabolismo. Lo que hacen los pequeños mamíferos es entrar en un estado fisiológico llamado letargo, en el que suprimen su metabolismo en un grado mucho mayor (tan bajo como 2 por ciento de los niveles basales) y regulan su temperatura corporal a temperaturas mucho más bajas (tan bajas como -2.9C). en ardillas de tierra árticas, la temperatura corporal más baja medida en un mamífero).

Típicamente, la temperatura corporal durante el sopor está cerca de la temperatura ambiente, pero debido a que las ardillas árticas viven en un ambiente tan extremo, su hibernácula (la ubicación elegida por un animal para hibernación) estará a temperaturas muy por debajo del punto de congelación. Evitan que se congelen generando calor utilizando un órgano especializado llamado tejido adiposo marrón o BAT. Los mamíferos pequeños no permanecen torpidos (a una temperatura corporal realmente baja) durante la hibernación, sino que se someten a una excitación cada dos o tres semanas, durante las cuales su temperatura corporal vuelve a los niveles "normales" durante menos de 24 horas antes de que vuelvan a caer en letargo de nuevo. Este ciclo de despertar-torpor continúa durante su hibernación.

Con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU., El ecologista fisiológico de la Universidad de Alaska Anchorage Cory Williams (primer plano, extracción de sangre de una ardilla) y un equipo de la universidad y la Universidad de Alaska Fairbanks fueron al norte de Alaska para estudiar la ardilla de tierra ártica en su Terreno propio.

Con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU., El ecologista fisiológico de la Universidad de Alaska Anchorage Cory Williams (primer plano, extracción de sangre de una ardilla) y un equipo de la universidad y la Universidad de Alaska Fairbanks fueron al norte de Alaska para estudiar la ardilla de tierra ártica en su Terreno propio.

Crédito: Cory Williams, NSF

C.H.: ¿Cuáles son los próximos pasos en tu investigación?

C.W.: Nuestra investigación de ritmos circadianos todavía está en curso. Uno de nuestros objetivos principales es evaluar si el reloj circadiano maestro, ubicado en el hipotálamo, continúa funcionando durante el letargo profundo y las despertares inter-combates que ocurren durante la hibernación. Nuestros colaboradores, Brian Barnes (Universidad de Alaska Fairbanks) y Lily Yan (Universidad Estatal de Michigan), están trabajando en esta cuestión en este momento. También tenemos experimentos en curso para examinar si las ardillas de tierra cautivas son capaces de arrastrar sus relojes circadianos a cambios sutiles en la intensidad o temperatura de color de la luz. En este momento, estoy planeando nuestra próxima temporada de campo: tenemos registradores de luz y registradores de la temperatura corporal desplegados en ardillas de tierra en nuestros sitios de campo y recuperaremos esos registradores cuando las ardillas salgan de su hibernácula en la primavera.

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