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Encuentran un sistema enzimático que sirve como reloj circadiano y que está presente en prácticamente todas las formas de vida terrestre.

Cada noche son sumergimos en un suelo reparador que nos hace viajar a otros mundos, todos soñados, pero no por eso menos importantes. Ese viaje, que comprime el tiempo y expande nuestro espacio, fija la memoria, repara nuestra mente y hace descansar a nuestro cuerpo para que podamos encarar otro día. Uno se despierta por la mañana y tras unos momentos logra recolectar esos recuerdos y sentimientos que la noche dispersó y entonces iniciamos un nuevo día. Quizás, mientras nos duchamos o tomamos el desayuno, dejemos de lado nuestras preocupaciones cotidianas y nos planteemos cómo surgió este tipo de mecanismo.
Todos los animales superiores duermen y sueñan. Pero incluso los seres más simples y primitivos tienen ciclos que controlan sus vidas. Los relojes biológicos son ubicuos en la Naturaleza. Así por ejemplo, existen ciclos que nos hace sentirnos somnolientos o hambrientos en determinados momentos del día. Al nivel más básico esos ciclos dependen de sistemas bioquímicos.
La vida surgió hace unos 3800 millones de años y fue adaptándose al ciclo de noche y día de este planeta. Había una ventaja evolutiva para los organismos que pudieran anticipar los ciclos naturales, como el del día y la noche, y la evolución les empujó en esa dirección.
Hasta ahora no se había encontrado un reloj bioquímico que marcara ritmos biológicos y que fuera común a todos los organismos, parecía que cada grupo de organismos tenía el suyo propio. Pero recientemente un grupo de científicos ha encontrado un sistema enzimático que sirve como reloj circadiano y que estaría presente en prácticamente todas las formas de vida terrestre. Las enzimas en las que se basa se llaman peroxiredoxinas y se encuentran en casi todas las plantas, animales, hongos y otros organismos. Serviría como ingrediente básico en relojes biológicos de bucles no realimentados.
Los distintos relojes biológicos que hasta ahora se habían encontrado tenían en común que eran ciclos realimentados en los que participaban genes y las enzimas que expresan. En estos casos el ciclo completo en la mayoría de los organismos estudiados era de unas 24 horas.
Akhilesh Reddy, de la Universidad de Cambridge, y su equipo dicen que el reloj biológico universal PRX está basado en unas enzimas cuyo propósito es limpiar los residuos bioquímicos dejados por los antioxidades. Las peroxiredoxinas son enzimas que pueden estar en dos estados (activo e inactivo) y que pasarían de uno a otro dependiendo de si el oxígeno está unido o no a su centro activo. Forman, en definitiva, un ciclo de oxidación-reducción de unas 24 horas en el que estas enzimas pasarían de un estado a otro. Esto lo pudieron ver gracias al uso de anticuerpos. Además, comprobaron que el sistema sería independiente de la presencia o no de luz. La ausencia o no de luz no sería, por tanto, parte del ciclo y no retroalimentaría el sistema.
Al principio, la duración de un día era unas 11 horas, un día mucho más corto que el actual. El efecto de las mareas inducido por la Luna ha hecho que ahora sea de 24 horas. En contraprestación de esta reducción de la velocidad de rotación terrestre, la órbita de la Luna se aleja de nosotros. El caso es que durante los últimos miles de millones de años la duración del día ha ido cambiando y los seres vivos han ido adaptándose a ello y evolucionando.
Según estos investigadores este comportamiento cíclico bioquímico aparcería justo después del Evento de Gran Oxidación que se dio hace 2500 millones de años. En esa época no había vida compleja y sólo los microorganismos procariotas poblaban este planeta. En ese momento se incrementó la cantidad de oxígeno libre en la Tierra debido a la fotosíntesis y los organismos de aquel entonces tuvieron que desarrollar sistemas para protegerse de ese tóxico oxidante. El oxígeno daña las moléculas orgánicas y las células tuvieron que desarrollar antioxidantes para impedirlo. Fue entonces cuando aparecerían las peroxiredoxinas. Como los niveles de oxígeno de la época variaban en un ciclo fotosintético diario, el sistema enzimático tuvo que desarrollar un reloj biológico capaz de predecir cuando tenían que entrar en acción los antioxidantes y cuando no. Esto allanó el camino para la creación del ciclo circadiano. Los investigadores no han podido encontrar aún una conexión entre esta enzima y los otros mecanismos circadianos, así que no se sabe si forma parte de un sistema mayor.

Escala temporal en la que se representa el árbol filogenético de la vida, los distintos relojes biológicos y el nivel atmosférico de oxígeno.. Fuente: Nature.

Hay excepciones. Otro reloj bioquímico distinto, único y perteneciente a las cianobacterias, parece haber evolucionado independientemente al PRX. Además las arqueas que no necesitan oxígeno nunca desarrollaron este tipo de sistema y no tienen ciclo circadiano de ningún tipo.
Ioannis Karafyllidis, de la Universidad Demócrito (Grecia), encontró que el reloj circadiano de las cianobacterias funciona mejor o resuena en ciclos de 11 y 21 horas, que serían la duración del día en el Evento de Gran Oxidación y durante la Explosión del Cámbrico respectivamente. No se sabe aún si el reloj PRX tiene estas mismas resonancias intrínsecas.
Al finalizar el día piense, justo antes de dormir, que si se encuentra somnoliento y dispuesto a viajar a todos esos parajes oníricos que le esperan en la noche es gracias a algo que sucedió hace 2500 millones de años, cuando la Tierra estaba cubierta de una sopa de microbios que luchaban contra una amenaza global que ellos mismos habían creado. Eso le une no sólo con otros animales similares y cercanos que también sueñan, sino también a casi cualquier otra forma de vida de este planeta. Incluso le une a los más humildes microbios procariotas que una vez “soñaron” con que en el futuro evolucionarían hasta seres inteligentes capaces de permitir que el Universo pensara sobre sí mismo.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Foto de cabecera: dannyelbrazil, vía Flickr.