La Influencia de la Luz en el Comportamiento Animal
Este artículo habla sobre cómo la luz afecta los patrones de actividad diaria de los animales, especialmente de las moscas de la fruta.
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Tabla de contenidos
Los animales han evolucionado a lo largo de los años, adaptándose a los cambios en su entorno. Un cambio significativo es la luz. Los animales responden a la luz de diferentes maneras, y a los científicos les interesa cómo funcionan estas respuestas. Este artículo explora cómo las condiciones de luz, especialmente la luz tenue, afectan los patrones de actividad diaria de los animales, centrándose principalmente en las moscas de la fruta.
La Importancia de los Ritmos Diarios
La mayoría de las criaturas vivas siguen un ritmo diario, a menudo llamado ritmo circadiano. Este ritmo ayuda a los animales a saber cuándo comer, dormir y estar activos. Se ve influenciado por los ciclos de luz y oscuridad en su entorno. A medida que el sol sale y se pone, los animales ajustan sus actividades en consecuencia. Esta adaptación es crucial para la supervivencia, ya que les ayuda a encontrar comida y evitar peligros.
Los Relojes Circadianos
Casi todos los animales tienen un reloj interno conocido como reloj circadiano. Este mecanismo interno ayuda a sincronizar sus procesos biológicos con el entorno externo. Estos relojes pueden ajustarse según los cambios en los ciclos de día y noche. Sin embargo, la forma en que funcionan estos relojes puede variar entre especies. Algunos animales pueden ser estrictamente nocturnos (activos de noche), mientras que otros son diurnos (activos durante el día).
El Efecto de los Cambios Ambientales
Los cambios en el entorno, como los patrones de luz que cambian por las estaciones o las actividades humanas, pueden impactar estos Ritmos Circadianos. Por ejemplo, los trabajadores de turno de noche pueden experimentar dificultades para ajustar sus relojes biológicos a un nuevo horario. Este desafío puede llevar a lo que se conoce como desfase horario al viajar a través de zonas horarias.
Plasticidad de los Ritmos Circadianos
La capacidad del reloj circadiano de ajustarse a nuevas condiciones se llama plasticidad. Significa que, aunque el reloj es estable y confiable, también puede adaptarse cuando es necesario. Los científicos han estudiado esta plasticidad para entender cómo los animales pueden mantener patrones de actividad regulares incluso cuando se enfrentan a situaciones inusuales, como cambios repentinos en la exposición a la luz.
Luz y Patrones de Actividad en Roedores
Estudios en roedores han demostrado que ciertas condiciones de luz pueden llevar a cambios en sus patrones de actividad. Cuando se exponen a luces brillantes y tenues alternas, los roedores suelen cambiar su actividad a los períodos de luz tenue. Este fenómeno se conoce como Bifurcación, donde su actividad se concentra en fases específicas de luz.
Moscas de la Fruta como Organismo Modelo
Las moscas de la fruta se utilizan a menudo en investigaciones científicas debido a su simplicidad y facilidad de manipulación. Tienen un sistema de ritmo circadiano similar y pueden ser estudiadas para obtener información sobre cómo la luz influye en el comportamiento. Los científicos pueden alterar su exposición a la luz y observar los cambios en los patrones de actividad.
Investigación sobre Moscas de la Fruta
En un estudio reciente, se expusieron a las moscas de la fruta a diferentes condiciones de luz, incluyendo fases de luz brillante y tenue alternantes. El objetivo era ver si estos cambios lumínicos también llevarían a la bifurcación en sus patrones de actividad, similar a las observaciones hechas en roedores.
La Configuración Experimental
Las moscas se colocaron en un ambiente controlado donde se pudo monitorear su actividad. Inicialmente, se mantenían en un horario de luz regular de 12 horas de luz y 12 horas de oscuridad. Después de varios días, el horario de luz se cambió a un patrón de alternancia entre luz brillante y luz tenue.
Observaciones de Patrones de Actividad
Bajo las nuevas condiciones de luz, los investigadores observaron que las moscas de la fruta comenzaron a mostrar un patrón donde su actividad principal se concentraba durante las fases de luz tenue. Este cambio indica que, al igual que los roedores, las moscas de la fruta también pueden adaptar su actividad a condiciones de luz específicas.
El Papel de la Luz Tenue
Uno de los hallazgos clave del estudio fue que la iluminación escotópica tenue (intensidad de luz muy baja) era esencial para que ocurriera esta bifurcación. Cuando la luz era demasiado brillante, las moscas no mostraron el mismo patrón de actividad. Este hallazgo sugiere que la intensidad y duración de la exposición a la luz pueden impactar significativamente su comportamiento.
Factores que Influyen en los Patrones de Actividad
Varios factores pueden influir en cómo las moscas responden a las condiciones de luz. Los investigadores exploraron los efectos de diferentes duraciones e intensidades de luz sobre su actividad. Los resultados mostraron que hay períodos críticos durante los cuales las moscas deben ser expuestas a luz tenue para que ocurra la bifurcación.
Importancia de los Fotoreceptores Circadianos
Las moscas de la fruta tienen células específicas en su cerebro que detectan la luz, conocidas como fotoreceptores. Uno de los fotoreceptores significativos es el CRYPTOCHROME, que es sensible a niveles de luz más bajos. Este receptor juega un papel crucial en ayudar a las moscas de la fruta a detectar luz tenue, contribuyendo a sus cambios de comportamiento.
Genes del reloj y Regulación de la Actividad
Además de los receptores de luz, ciertos genes en el reloj circadiano de las moscas son importantes para regular sus patrones de actividad. Los investigadores descubrieron que las mutaciones en estos genes del reloj podrían alterar cómo las moscas responden a diferentes condiciones de luz, impactando el momento y la cantidad de su actividad.
La Influencia de Grupos Neuronales
El sistema circadiano de las moscas está compuesto por varios grupos de neuronas que trabajan juntas para regular su actividad. Estas neuronas se pueden clasificar en células matutinas y vespertinas. En el estudio reciente, los investigadores encontraron que bajo condiciones de luz tenue, las neuronas vespertinas desempeñaban un papel significativo en el control del momento de los patrones de actividad.
Implicaciones para Entender el Comportamiento
Estudiar cómo la luz influye en el comportamiento de las moscas de la fruta no solo nos ayuda a entender a estas pequeñas criaturas, sino que también puede proporcionar conocimientos sobre preguntas más grandes sobre cómo los animales, incluidos los humanos, se adaptan a entornos cambiantes. Este conocimiento puede ser útil para abordar problemas relacionados con trastornos del sueño, trabajo por turnos y los efectos de la iluminación artificial.
La Necesidad de Más Investigación
Aunque los hallazgos iniciales son prometedores, se necesita más investigación para explorar las implicaciones completas de estas adaptaciones. Los científicos deben investigar cómo diferentes especies podrían reaccionar a cambios en la exposición a la luz y cómo estos cambios pueden afectar sus vidas.
Conclusión
En resumen, la luz juega un papel crucial en dar forma a los patrones de actividad de los animales. Los estudios sobre las moscas de la fruta muestran que pueden adaptar su comportamiento según las condiciones de luz variables, similar a los roedores. Esta adaptabilidad resalta la importancia de entender los ritmos circadianos y cómo los factores ambientales los influyen. Al seguir explorando estas dinámicas, los investigadores pueden descubrir más sobre la intrincada relación entre la luz y el comportamiento en el reino animal.
Título: Reorganisation of circadian activity and the pacemaker circuit under novel light regimes
Resumen: Many environmental features are cyclic, with predictable daily and yearly changes which vary across latitudes. Organisms cope with such change using internal timekeepers or circadian clocks which have evolved remarkable flexibility. This flexibility is evident in the waveforms of behavioural and underlying molecular rhythms. In todays world, many ecosystems experience artificial light at night, leading to unusual photoperiodic conditions. Additionally, occupational demands expose many humans to unconventional light cycles. Yet, practical means of manipulating activity waveforms for beneficial purposes are lacking. This requires an understanding of principles and factors governing waveform plasticity of activity rhythms. Even though waveform plasticity remains underexplored, few recent studies have used novel light regimes, inspired by shift work schedules, with alternating bright light and dim light (LDimLDim) to manipulate the activity waveform of nocturnal rodents. We undertook this study to understand what aspects of light regimes contribute to waveform flexibility and how the underlying neuronal circuitry regulates the behaviour by subjecting Drosophila melanogaster to novel light regimes. Using a range of LDimLDim regimes, we found that dim scotopic illumination of specific durations induces activity bifurcation in fruit flies, similar to mammals. Thus, we suggest evolutionarily conserved effects of features of the light regime on waveform plasticity. Further, we demonstrate that the circadian photoreceptor CRYPTOCHROME is necessary for activity bifurcation. We also find evidence for circadian reorganisation of the pacemaker circuit wherein the evening neurons regulate the timing of both bouts of activity under novel light regimes. Thus, such light regimes can be explored further to understand the dynamics and coupling within the circadian circuit. The conserved effects of specific features of the light regime open up the possibility of designing other regimes to test their physiological impact and leverage them for waveform manipulation to minimise the ill effects of unusual light regimes. Author SummaryIt is thought that the appropriate timing of physiological and behavioural rhythms of organisms with respect to the environmental cycle confers an adaptive advantage. Endogenous timekeepers or circadian clocks regulate such rhythms. To optimally time biological rhythms, its waveform must be plastic and respond to changes in external cycles. Changes in external cycles may be natural, as seen across latitudes or seasons, or anthropogenic, such as artificial light induced changes in photoperiod or shiftwork driven novel light/dark cycles. Previous studies using a nocturnal rodent model showed that novel light regimes (LDimLDim) caused locomotor activity to bifurcate such that mice showed two bouts of activity restricted to the dimly lit phases. Here, we first demonstrate that conserved features of the light regime - dim scotopic illumination of specific light durations induce activity bifurcation in the fly model. We leverage the genetic toolkit of the Drosophila model to also show evidence for the reorganisation of the circadian pacemaker neuronal network upon exposure to novel light regimes. Our findings indicate that conserved effects of specific features of the environmental regimes can be exploited to design light regimes that ease the waveform into synchronising with challenging conditions such as during shift work, jetlag, and photoperiodic changes.
Autores: Vasu Sheeba, P. Sharma
Última actualización: 2024-05-08 00:00:00
Idioma: English
Fuente URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.07.592876
Fuente PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.07.592876.full.pdf
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