Ciclos circadianos: estructuras emergentes en poblaciones de osciladores acoplados

Abstract

Todos los seres vivos, desde las bacterias a los humanos, tienen la capacidad de sincronizarse y anticiparse a los cambios periódicos impuestos por el ambiente, lo cual les otorga una ventaja evolutiva. Los ritmos circadianos, que son los ritmos cuyo período es cercano a la duración de un día, son generados por relojes a nivel molecular, que se sincronizan con el ambiente y se organizan para dar como resultado un comportamiento con ese período. En esta tesis estudiamos tres de los organismos modelos más estudiados en cronobiología: las cianobacterias, los ratones y la mosca de la fruta. En cianobacterias analizamos el efecto de la modulación de la luz en la competencia entre cepas mutantes para el reloj. Utilizando un modelo teórico, se estudió el valor adaptativo del reloj. Propusimos un experimento sencillo para comprobar las predicciones del modelo.Para estudiar el reloj de mamíferos también se utilizó un modelo matemático. Estudiamos la sincronización entre dos grupos de osciladores acoplados basados en la evidencia experimental de la existencia de dos grupos en el núcleo supraquiasmático, que es el reloj central de los mamíferos. Encontramos que en algunos casos el comportamiento global del sistema no es intuitivo y por ejemplo incrementar el acoplamiento entre ambos grupos puede ir en contra de una mayor sincronización global.Por último, trabajamos en colaboración con la Dra Lorena Franco en la creación de su laboratorio de \textit{Drosophila melanogaster}. Desarrollamos un dispositivo para hacer registro de la actividad locomotora de las moscas y realizamos experimentos con moscas wild-type y moscas mutantes en el reloj. Encontramos que las propiedades estadísticas de la actividad de la mosca son similares a las del ratón en el caso de las moscas wild-type. En el caso de las mutantes se evidencia en los patrones de movimiento que su reloj no funciona correctamente. Además, nos interesamos en un output menos estudiado, que es el comportamiento de oviposición. En primer lugar comprobamos que este ritmo también es circadiano. En búsqueda de cuál es la jerarquía de los relojes que controlan este ritmo, realizamos experimentos con distintos mutantes. Encontramos que las moscas con el reloj alterado en todos sus tejidos no presentan ritmicidad en la puesta de huevos y que las neuronas reloj son necesarias para mantener el ritmo.