Ritmos circadianos en escarabajos de harina roja

Todos los seres vivos, desde las bacterias microscópicas hasta los humanos, muestran patrones diarios en sus funciones corporales y comportamientos. Estos patrones se llaman Ritmos Circadianos y ayudan a los organismos a adaptarse a los cambios regulares en su entorno, como el día y la noche. Los ritmos circadianos no son solo reacciones al ambiente; están controlados por sistemas internos conocidos como relojes circadianos. Estos relojes pueden ser influenciados por señales externas como la luz y la Temperatura.

Poder anticipar cambios en el ambiente tiene beneficios claros. Por ejemplo, ayuda a los animales a evitar condiciones duras, encontrar comida y aparearse con éxito. También les permite trabajar en sincronía con otros de su especie, lo que puede reducir la competencia y el riesgo de ser cazados. Además de estos beneficios, un Reloj Circadiano ayuda a mantener los procesos biológicos funcionando sin problemas, sin importar qué cambios ocurran en el ambiente. Incluso las especies que viven en condiciones impredecibles tienen relojes moleculares funcionales, lo que muestra su valor interno.

Los relojes circadianos funcionan de manera similar en diferentes grupos de animales. Su funcionamiento se basa en genes y proteínas específicos que crean ciclos regulares. Gran parte de lo que sabemos sobre estos mecanismos proviene de estudios en animales de laboratorio comunes como ratones y moscas de la fruta. En las moscas de la fruta, ciertas proteínas actúan como supresores para regular el ritmo, mientras que en los mamíferos, diferentes proteínas cumplen el mismo propósito. Sin embargo, una diferencia clave es cómo la luz afecta estos relojes. En las moscas de la fruta, la luz causa la degradación de ciertas proteínas, mientras que en los mamíferos, activa la transcripción génica.

Aunque la mayoría de la investigación se ha centrado en las moscas de la fruta, hay muchas especies de insectos con hábitats diversos. Cada una podría haber desarrollado sus propios mecanismos de reloj únicos adaptados a su entorno. Por ejemplo, algunos insectos como los escarabajos y las abejas tienen una versión de una proteína que no es sensible a la luz, a diferencia de las moscas de la fruta. Otras especies como los mosquitos tienen tanto proteínas sensibles como no sensibles a la luz. Esta variedad subraya la importancia de estudiar diferentes especies de insectos para entender completamente los relojes circadianos.

#El Escarabajo de la Harina Roja

El escarabajo de la harina roja es una plaga común que se encuentra en granos almacenados y se está volviendo cada vez más importante en muchos campos científicos. Estos escarabajos suelen vivir en entornos oscuros, como áreas de almacenamiento de granos o bajo la corteza de los árboles. Se han adaptado a su entorno oscuro al perder ciertos receptores sensibles a la luz y ganar más receptores para el olfato y el gusto. Aunque generalmente evitan la luz, a veces se arrastran sobre superficies donde pueden exponerse a la luz, especialmente durante el apareamiento.

A pesar de sus hábitos de vida oscura, estudios han demostrado que aún tienen los genes necesarios para un reloj funcional. Sin embargo, no está claro si estos escarabajos exhiben un comportamiento rítmico relacionado con su reloj circadiano.

Estos escarabajos poseen homólogos para todos los genes del reloj conocidos en moscas de la fruta. La investigación inicial sobre el reloj molecular en los escarabajos de harina ha mostrado que varios genes centrales del reloj se expresan rítmicamente. Notablemente, en lugar de la proteína sensible a la luz encontrada en las moscas de la fruta, estos escarabajos tienen una variante no sensible a la luz cuya función aún no se entiende completamente. Esto hace que el escarabajo de la harina roja sea un modelo único para estudiar los relojes de los insectos y la transición de los relojes tipo mosca de fruta a los de tipo mamífero.

Medir el movimiento de estos escarabajos es el método tradicional usado para evaluar sus ritmos circadianos. Estudios previos han demostrado que estos escarabajos muestran patrones de movimiento rítmicos tanto bajo ciclos de luz-oscuridad como en oscuridad constante. Sin embargo, estos estudios solo han proporcionado datos promedio y no han examinado variaciones individuales dentro de la población. Entender las variaciones individuales es crucial, ya que puede ayudar a revelar cómo los organismos se adaptan a su entorno.

Además, no se ha investigado si el reloj circadiano de estos escarabajos puede verse afectado por cambios de temperatura. Por lo tanto, este estudio tiene como objetivo investigar los patrones de actividad locomotora del escarabajo de la harina roja y examinar cómo la luz y la temperatura afectan su comportamiento.

#Materiales y Métodos

#Cultivos de Escarabajos

Para este estudio, usamos dos poblaciones de escarabajos de harina roja, una recolectada en Croacia y la otra de una cepa adaptada a laboratorio en California. Los escarabajos se mantuvieron en condiciones controladas, con temperatura y humedad fijas, así como un ciclo regular de luz-oscuridad. Se alimentaron con una dieta mixta de harina tratada térmicamente y levadura.

#Monitoreo de la Actividad Locomotora

Usamos un sistema de monitoreo diseñado para moscas de la fruta para observar los movimientos de escarabajos individuales. Cada escarabajo se colocó en un pequeño tubo con comida, y sus movimientos fueron rastreados por un haz de luz infrarroja. Se utilizaron escarabajos vírgenes para el monitoreo.

#Patrones de Actividad Circadiana Bajo Diferentes Condiciones

Observamos los patrones de actividad de los escarabajos bajo un ciclo normal de luz-oscuridad seguido de oscuridad constante. Para entender cómo la luz constante afecta su comportamiento, también monitoreamos a los escarabajos después de haber sido expuestos a la luz. Observamos específicamente cómo se comportaban entre sí las dos poblaciones de escarabajos.

#Adaptación a Cambios de Temperatura

Para ver si las variaciones de temperatura pueden influir en la actividad de los escarabajos, también estudiamos cómo se comportaban bajo un ciclo de temperatura cambiante en oscuridad constante.

#Interferencia de ARN

Para determinar el papel de un gen clave involucrado en el reloj circadiano, usamos un método para reducir la expresión del gen en escarabajos en la etapa pupal. Después de que maduraron, observamos sus patrones de actividad para ver cómo la reducción afectó su comportamiento.

#Análisis del Comportamiento

Después de monitorear sus actividades, analizamos los datos recopilados en busca de patrones y variaciones. Observamos específicamente cómo diferentes condiciones ambientales impactaron su rítmicidad y niveles de actividad.

#Patrones de Actividad Locomotora

#Adaptación a la Luz y Oscuridad Constante

Bajo condiciones normales de luz, los escarabajos mostraron patrones claros en su movimiento. Exhibieron picos de actividad en momentos específicos, como antes de que se encendieran las luces y hacia la tarde. Los niveles de actividad disminuyeron justo antes de que las luces se encendieran por la mañana, lo que llamamos el "descenso matutino".

Cuando se colocaron en oscuridad constante, los patrones de actividad fueron similares, menos las respuestas relacionadas con la luz. Sin embargo, diferentes individuos mostraron patrones de actividad variados. Algunos escarabajos mantuvieron sus ritmos mientras que otros no.

#Efectos de Luz Constante

Bajo condiciones de luz constante, los escarabajos mostraron una rítmicidad reducida en comparación con cuando fueron expuestos a un ciclo regular de luz-oscuridad. Los machos tendían a mostrar un comportamiento rítmico más alto que las hembras en estas condiciones.

#Diferencias entre Poblaciones

Ambas poblaciones de escarabajos exhibieron patrones de comportamiento similares, pero la población adaptada a laboratorio mostró niveles de actividad promedio más bajos. Las variaciones en rítmicidad estaban presentes, con una población mostrando una mayor proporción de escarabajos rítmicos que la otra.

#Adaptación a la Temperatura

Cuando se expusieron a un ciclo de temperatura cambiante, los escarabajos mostraron ritmos de actividad similares a los observados bajo condiciones de luz. Sin embargo, estos ritmos eran menos pronunciados. Curiosamente, solo los escarabajos machos retuvieron un ritmo claro bajo condiciones de temperatura constante, mientras que las hembras mostraron un comportamiento más errático.

#Reducción del Gen Clk

Después de reducir la expresión del gen crítico del reloj, observamos que la rítmicidad en los escarabajos disminuyó significativamente. Esto apoya la idea de que el reloj circadiano es esencial para controlar el comportamiento de estos escarabajos.

#Discusión

Nuestro estudio encontró que los escarabajos de harina roja exhiben patrones claros de movimiento diario influenciados tanto por la luz como por la temperatura. El "descenso matutino" observado y los picos de actividad en la tarde indican que pueden anticipar estos cambios ambientales. Sin embargo, las variaciones en el comportamiento entre los escarabajos individuales sugieren diferencias en cómo cada reloj interno responde a las señales externas.

Se sabe que muchos insectos muestran diferentes comportamientos según la hora del día, lo cual puede estar relacionado con sus hábitos reproductivos. Para los escarabajos de harina roja, los machos pueden tener un mayor deseo de buscar parejas durante ciertos momentos, lo que lleva a una rítmicidad más pronunciada.

Curiosamente, la fluctuación de los niveles de actividad en oscuridad constante sugiere que, aunque los relojes internos de los escarabajos son funcionales, pueden no regular el comportamiento tan fuertemente cuando las señales externas están ausentes. Esta observación plantea preguntas sobre qué factores podrían influir en la evolución de sus relojes circadianos, especialmente porque los escarabajos de harina roja viven en entornos que carecen de exposición regular a la luz.

Nuestros hallazgos sobre los efectos de la luz constante en los escarabajos fueron notables. A diferencia de las moscas de la fruta, donde la luz constante típicamente conduce a un comportamiento arritmico, las proteínas no sensibles a la luz en estos escarabajos sugieren que sus reacciones a la luz constante podrían estar mediadas por otros fotoreceptores aún no identificados.

#Conclusión

El estudio arroja luz sobre los comportamientos circadianos de los escarabajos de harina roja, mostrando su capacidad para mantener la rítmicidad bajo diversas señales ambientales. Esta investigación no solo contribuye a nuestra comprensión de la biología de los insectos, sino que también puede proporcionar ideas sobre estrategias de control de plagas. Entender la influencia de los ritmos circadianos podría llevar a métodos mejorados para manejar y atrapar estas plagas en entornos agrícolas. Además, futuros estudios sobre las influencias sociales en sus relojes circadianos podrían revelar aún más sobre su comportamiento y biología. En última instancia, este trabajo enriquece nuestro conocimiento general de los ritmos circadianos en varias especies de insectos y sus adaptaciones a diferentes entornos.