ENSAYO SOBRE EL TIEMPO

El tiempo en los seres vivos

Manuel Miranda Anaya

Los sucesos de eventos que se presentan periódicamente, nos permiten desarrollar conciencia de lo que es el tiempo. Si bien no se ha desarrollado una definición lo suficientemente satisfactoria, es claro que el concepto de tiempo parece integrarse en nuestra mente de manera temprana y así poder relacionarlo con el ambiente en que vivimos. Así, el paso de las horas de los días e inclusive de los años, los integramos inconcientemente durante nuestros primeros años de vida.

La capacidad de discriminar diferentes intervalos de tiempo de manera conciente, como el cronometrar el paso de un minuto sin instrumento alguno, o como la percepción más o menos clara de los fenómenos que nos informan de nuestra propia existencia, depende de muchas variables en un organismo. La edad, el estado mental, la fatiga, la emoción, la experiencia, el nivel de desarrollo etc., son algunos ejemplos de las condiciones que modifican nuestra conciencia del tiempo; ésta capacidad depende, hasta donde conocemos, del desarrollo de una corteza cerebral con complicadas conexiones. La capacidad de percibir el tiempo depende también de nuestra facultad de integrarlo como un proceso racional, de tal modo que la percepción consciente de una secuencia de eventos, depende del desarrollo de redes neurales que lo integran en la corteza cerebral.

Sin embargo, los seres vivos poseemos otro “sentido” del tiempo, implícito en todos los niveles de organización y que no depende de la presencia de un sistema nervioso complejo pues, la capacidad de reconocer el paso del tiempo se manifiesta en una gran variedad de organismos con distintos niveles de organización biológica. Todos los seres vivos estamos expuestos a una serie de eventos periódicos tanto a lo largo de nuestra evolución como en nuestros propios ciclos de vida. La relevancia e influencia de cada uno de los ciclos, depende del impacto que tienen en nuestra forma de interactuar con el ambiente que nos rodea.

Antes de que la vida se desarrolle como tal, su tortuosa evolución ha transcurrido en un ambiente sujeto a ciclos geofísicos, entre los cuales destacan aquellos relacionados con los movimientos de rotación y traslación de nuestro planeta y de la luna. La evolución de la vida lleva implícita la capacidad de responder ante estos cambios, pues desde sus orígenes, las variaciones fisicoquímicas que ocurrían en el lapso de un día, representaban una presión de selección a la que tuvieron que responder los primeros seres vivos. Tan solo las variaciones de temperatura, de radiación, de combinación de gases, obligaron a que los organismos interactúen de forma distinta entre la noche y el día, el invierno y el verano, la luna llena y la luna nueva o la marea alta y la marea baja.

La diversidad de organismos con distintos niveles de organización biológica que reconocemos hoy en día, son capaces de manifestar de forma autónoma, ritmos en diversos rasgos biológicos. Los ritmos observados suelen estar estrechamente relacionados con algún evento geofísico y pueden ser una respuesta directa a los cambios ambientales o pueden estar enógenamente programados. Estos últimos se reconocen formalmente como ritmos biológicos y su principal rasgo es que permite a los organismos que los presentan, anticipar su fisiología a los cambios predecibles del ambiente.

La necesidad de cronometrar el paso del tiempo es tan antigua como la humanidad, y se refleja en registros históricos, que nos hablan de una necesidad de entender la periodicidad de los eventos naturales. La capacidad de predecir y anticipar los cambios en el ambiente es esencial para una mejor sobrevivencia, y esta capacidad existe al parecer en todos los seres vivos, si bien no es una forma conciente como la percepción misma del tiempo, si representa por lo menos una facultad de poder calcular el paso del tiempo, es decir que la cronometría es una propiedad intrínseca de la vida misma. Ejemplos típicos de ello representan los ciclos de actividad y reposo a lo largo del día, la migración de las aves o el cambio de plumaje en algunos animales, o la floración de distintas especies de plantas etc., que junto con los cambios geofísicos, han servido de herramientas complementarias para el establecimiento calendarios en las antiguas civilizaciones.

Sobre el estudio sistemático de los ritmos biológicos

El desarrollo de instrumentos para medir el tiempo es tan antiguo como nuestra especie, pero el reconocimiento científico de la existencia de un reloj biológico en los seres vivos, que permite detectar y calcular el paso del tiempo, viene de apenas unos cuantos cientos de años.

Entre los estudios más conocidos, destacan los del Sueco Karl Lineé, quien en 1745 presentó su reloj de floración de plantas de jardín e indicó las horas en la que distintas flores abrían sus pétalos a diferentes horas del día. Por otra parte, el astrónomo francés Jean d’Orotus DeMairan en 1729, observó que las hojas de la planta mimosa se abrían durante el día y cerraban por la noche. Al observar la misma planta en una habitación donde la luminosidad y la temperatura eran mucho más estables que en el exterior. DeMairan notó que el ciclo de apertura y cierre de pétalos persistía. Fue el botánico Suizo Agustín DeCandolle, hacia 1832, quien desarrolló una serie de protocolos de observación que confirmaron que el movimiento diario de las hojas, difería ligeramente de las 24 horas y el periodo del ritmo era opuesto si las observaciones se realizaban en condiciones de oscuridad constante o en luz constante. En 1936 Erwin Bünning y Kurt Tern en la universidad de Frankfurt, propusieron que tales movimientos eran originados por un reloj biológico que permite medir el paso del tiempo y que ajusta la fisiología de un organismo a los cambios ambientales geofísicos, más tarde el mismo Bünning demostró el carácter hereditario del reloj biológico.

En 1910 el psiquiatra suizo Augusto Forel reporta la experiencia de que a la hora del desayuno, las abejas de una colmena cercana recurren a su mesa y que días más tarde, podían anticipar la llegada de alimento. Más tarde, Buttel Reepen junto con Forel, propusieron que en las abejas existía una memoria del tiempo o Zeitgedächnis. Para entonces Bünning quien también trabajó con la mosca de la fruta, reportó sus observaciones sobre la regularidad en la eclosión de las moscas y junto con la experiencia de Forel, se consideró que en los animales debía también existir un reloj biológico semejante al de las plantas. Entre 1926 y 1939, Maynars S Johnson comentó en sus trabajos sobe los ritmos de actividad de ratones en condiciones constantes de luz y oscuridad.

Para 1949, Karl Von Frish, tutor de Forel y simultáneamente Gustav Kramer, en el Instituto Max Planck en Wihelmshaven, mediante sus observaciones sobre migración de las aves, parecían reconocer que tanto la memoria temporal de las abejas, así como la conducta migratoria de las aves, depende de un reloj biológico para compensar los cambios en la posición del sol.

Hacia 1950, Colin Pittendrigh en Trinidad, quien tras la influencia de los estudios de Kramer y Bünning, retomó el modelo de eclosión de la mosca de la fruta y paralelamente Jürgen Aschoff, en Heildelberg, Alemania, fundaron y unificaron las bases modernas en el estudio de los relojes biológicos, disciplina que hoy en día recibe el nombre de cronobiología y que depende de la experiencia de diversas disciplinas en la biología para enriquecer el conocimiento de los relojes biológicos. La cronobiología es actualmente tema de investigación en una gran variedad de laboratorios en todo el mundo.

Sobre las bases esenciales de los relojes biológicos

Debido que existen ciclos biológicos con diferente periodo, han clasificado bajo dos diferentes consideraciones que, sin embargo, se basan en la duración del día como referencia. De acuerdo con su frecuencia, los ritmos que presentan periodos alrededor de las 24 horas son circadianos (cercano a un día), aquellos ciclos que se presentan dos o mas veces en un día, reciben el nombre de ultradianos y los que requieren dos o más días para completarse son infradianos.

Esta clasificación sin embargo, no discrimina a los ciclos biológicos que dependen de la regulación inmediata en un organismo (homeostática) de aquellos que tienen una función predictiva. Los ritmos biológicos son mejor conocidos de a cuerdo a su relación directa con el ciclo ambiental con el que se ajustan, y que en condiciones de aislamiento se presentan con un periodo cercano al del ciclo externo; de tal forma que se reconocen los ritmos relacionados con las estaciones del año (circanuales), las fases de la luna (circalunares), el día (circadianos) y las mareas (circamareales).

Las estructuras biológicas que son capaces de generar y regular los ritmos en un organismo son definidos como reloj biológico. Fundamentalmente, consiste en uno o varios osciladores autosostenidos que puedan tener una función marcapasos sobre estructuras efectoras, que manifiestan una función biológica cíclica observada. Estos osciladores dependen de una serie de sistemas sensoriales capaces de percibir los cambios cíclicos en el ambiente. Los elementos en este sistema pueden interactuar entre sí y con distinta influencia, dependiendo del nivel de organización biológica y de las condiciones de observación.

Los ritmos biológicos más estudiados y en consecuencia de los que se conocen mejor sus mecanismos de control y regulación a distintos niveles de organización,

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