En los meses más fríos, los animales deben enfrentar desafíos para sobrevivir. Muchas especies ajustan sus ritmos de actividad, reproducción y comportamiento ante los cambios de estación, pero hasta ahora persistían incógnitas sobre el mecanismo exacto que conecta los estímulos ambientales con estas adaptaciones.
Un equipo de la Washington State University (WSU) ha presentado un hallazgo que redefine la comprensión sobre cómo los seres vivos “bloquean” sus relojes biológicos en modo invernal para resistir las condiciones adversas, al descubrir un mecanismo molecular en animales.
Durante décadas, científicos de diversas disciplinas han intentado desentrañar cómo el llamado “reloj circadiano” –el sistema que regula los ciclos diarios de vida– integra información sobre la duración del día, la temperatura y otras señales para dar pie a programas estacionales completos: migración, hibernación, inactividad reproductiva, entre otros. La incógnita ha residido en el puente molecular entre los estímulos externos y el comportamiento estacional, una cuestión aún abierta en la biología moderna.
La nueva investigación, publicada en la revista Science Advances, describe un mecanismo de “bloqueo invernal” basado en la modificación de un gen clave del reloj circadiano en insectos. Esta estrategia permite a los animales conservar energía durante el invierno y, según destacan los autores, plantea posibles implicancias para la salud humana y el control de plagas, aunque el hallazgo se ha probado exclusivamente en animales de laboratorio, según informaron en el comunicado institucional de WSU.
El mecanismo molecular del “bloqueo invernal” en animales
El avance científico se apoya en la observación de Drosophila melanogaster, la popular mosca de la fruta. Los especialistas detectaron que el gen timeless (tim), pieza esencial del reloj circadiano, experimenta un proceso denominado splicing alternativo. Por ese mecanismo, el mismo gen puede dar origen a proteínas distintas según las condiciones ambientales.
“Puede reorganizarse en un estado invernal que ayuda a los animales a permanecer en ese modo hasta que el entorno favorezca retomar las actividades de verano”, explicaron en el comunicado de la Washington State University.
En términos sencillos, el “splicing alternativo” es la forma en que una secuencia genética genera diferentes variantes de proteínas, al cortarse y empalmarse de manera distinta diversos fragmentos del ARN mensajero.
En este caso, en invierno predomina una versión del gen tim –la isoforma tim-sc– que produce una proteína capaz de alterar los ritmos diarios de la mosca y suprime la reproducción. El trabajo señala que esta isoforma actúa como un “candado invernal” molecular, manteniendo inactivos los procesos fisiológicos hasta que aumentan las horas de luz y la temperatura.
“Durante años, hemos estudiado lo que esencialmente es la versión de verano del reloj”, precisó Sergio Hidalgo, profesor asistente de la Facultad de Medicina Veterinaria de la WSU College of Veterinary Medicine. “Este trabajo demuestra que el reloj puede remodelarse en invierno, generando un sistema que opera de manera diferente y ayuda a los animales a sostener un programa invernal”, agregó.
Ajustes a nivel celular y repercusiones biológicas
El estudio detalla que, bajo condiciones de frío y días cortos, la proteína TIM-SC resultante del splicing alternativo se localiza preferentemente en el núcleo de las células cerebrales responsables del reloj. Esta nueva configuración implica cambios en cascada: se reduce la presencia del neuropéptido PDF (factor pigmento-dispersante), se modifican los patrones diarios de actividad y se genera una detención en el desarrollo reproductivo.
“Lo que encontramos es que la configuración invernal evita el aumento del PDF que suele producirse en condiciones estivales, manteniendo a las moscas en estado de arresto reproductivo y con patrones de locomoción invernales”, indicó el equipo investigador, de acuerdo con el comunicado institucional.
Estos resultados, según detallaron los autores, surgieron a partir de experimentos con líneas genéticas de moscas especialmente modificadas para expresar de manera exclusiva una u otra variante del gen tim.
La investigadora Audrey Berry, coautora del trabajo y exalumna de la WSU, participó en los ensayos que validaron que las moscas “bloqueadas” en modo invernal seguían en ese estado aun cuando se les devolvían condiciones de verano. “Si la hipótesis del candado invernal es correcta, incluso bajo condiciones estivales la presencia permanente de la isoforma invernal debe imponer el programa de reposo”, explicó.
Proyecciones a futuro y cautela sobre la aplicación en humanos
La importancia del mecanismo descrito trasciende el mundo de los insectos. Los investigadores de la Washington State University consideran que procesos similares podrían darse en otras especies, como insectos plaga o transmisores de enfermedades como los mosquitos.
“Comprender cómo determinan el momento de entrar y salir de estos estados puede ofrecer nuevas herramientas para interrumpir las poblaciones de plagas y controlar enfermedades”, afirmaron los autores.
El trabajo aporta conocimiento sobre la plasticidad molecular de los relojes biológicos en animales. La conexión entre mecanismos moleculares y fenómenos macroscópicos, destacan los autores, podría ser aprovechada en el desarrollo de nuevas estrategias para la agricultura y la medicina.
