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Todos los organismos presentan modulaciones cíclicas en sus niveles de actividad, considerando la necesidad de una adaptación. Predominan, pues, los ciclos a corto y largo plazo, que son una actividad homeostática organizada temporalmente y dictada por las variaciones cíclicas de las variables ambientales, o que incluso las aprovecha.
Tales variaciones son diversas y bien conocidas; ejemplos de ello son las variaciones del día y la noche, el paso de las estaciones y sus períodos asociados de frío, oscuridad o humedad, o cualquier combinación de ellos, y la abundancia o falta de recursos en los nichos ecológicos. Las variaciones cíclicas se dan predominantemente desde los microorganismos hasta los organismos unicelulares y multicelulares, pasando por el ser humano y su vida socioeconómica, que también depende crucialmente de los ritmos naturales diarios y estacionales.
El Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2017 se concedió a quienes descubrieron algunos de los mecanismos moleculares que sustentan los ritmos circadianos, proporcionando los primeros conocimientos mecanísticos sobre cómo los organismos organizan fisiológicamente sus actividades cíclicas, en particular el período de ~24 h de la rotación de la Tierra.
Los ritmos de actividad de todos los organismos biológicos, tanto vegetales como animales, están estrechamente vinculados a las mareas gravitacionales creadas por la mecánica orbital del sistema Sol-Tierra-Luna. Esta verdad ha sido un tanto ignorada por la investigación científica.
Ahora, los investigadores la han descubierto en un estudio realizado por Cristiano de Mello Gallep, de la Universidad de Campinas (UNICAMP), en el estado de São Paulo (Brasil), y Daniel Robert, de la Universidad de Bristol (Reino Unido). Un artículo sobre el estudio se publica en el Journal of Experimental Botany.
"Toda la materia de la Tierra, tanto la viva como la inerte, experimenta los efectos de las fuerzas gravitatorias del Sol y la Luna expresados en forma de mareas. Las oscilaciones periódicas exhiben dos ciclos diarios y son moduladas mensual y anualmente por los movimientos de estos dos cuerpos celestes. Todos los organismos del planeta han evolucionado en este contexto. Lo que intentamos demostrar en el artículo es que las mareas gravitacionales son una fuerza perceptible y potente que siempre ha dado forma a las actividades rítmicas de estos organismos", explicó Gallep.
El estudio es tanto una extensa revisión de la literatura como un meta-análisis de los datos de tres casos publicados anteriormente en los que la causalidad gravitacional no se había explorado completamente: la actividad natatoria de los isópodos, pequeños crustáceos sin caparazón cuya aparición en la Tierra data de hace al menos 300 millones de años; el esfuerzo reproductivo en los corales; y la modulación del crecimiento en las plántulas de girasol inferida a partir de la autoluminiscencia. En este último caso, los investigadores analizaron los resultados de sus investigaciones y los datos de la literatura.
"Los datos muestran que, en ausencia de otras influencias rítmicas como la iluminación o la temperatura, las mareas gravitacionales locales son suficientes para organizar el comportamiento cíclico de estos organismos. Esta evidencia cuestiona la validez de los llamados experimentos de ejecución libre, en los que se controlan varios factores ambientales, pero no se tienen en cuenta las oscilaciones gravitacionales. Estas oscilaciones siguen existiendo y pueden modular el comportamiento de los organismos vivos", afirmó Gallep.
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| La investigación llevada a cabo en la Universidad de Campinas (Brasil) fue impulsada por las observaciones de las fluctuaciones de autoluminiscencia causadas por la germinación de semillas en ciclos regulados por las mareas gravitacionales (foto: Cristiano de Mello Gallep/UNICAMP) |
La FAPESP apoyó el estudio a través de tres proyectos (16/50344-6, 15/11280-0 y 18/05300-6).
Muchos de los patrones rítmicos que presentan los organismos son bien conocidos y han sido ampliamente estudiados. Entre ellos se encuentran los ritmos circadianos vinculados al ciclo día-noche o luz-oscuridad. Sin embargo, algunos ciclos rítmicos se mantienen incluso cuando se aísla el factor luz en condiciones de laboratorio, y se han investigado y demostrado las contribuciones de otros factores ambientales, aunque sus efectos son comparativamente débiles en muchos casos. El estudio en cuestión consideraba, entre otras cosas, la persistencia de los ciclos de marea en los patrones de comportamiento de organismos costeros como los crustáceos cuando se les retira de sus hábitats naturales.
"Estos animales modulan su comportamiento en sintonía con el flujo y reflujo de las mareas, en un ciclo de aproximadamente 12,4 horas que deriva de la dinámica lunisolar, incluso cuando son trasladados a un laboratorio con condiciones acuáticas estables y controladas", dijo Gallep. "El patrón persiste durante varios días, coincidiendo con el momento lunisolar de las mareas en el lugar donde se recogieron los organismos en la naturaleza".
"Un caso bien conocido es el de los movimientos de las hojas, el movimiento rítmico que se produce debido a los cambios de turgencia de las células extensoras de los pulvinares y los pecíolos. Este proceso cinético está regulado por la entrada y salida de agua e iones de potasio que sirven para cambiar el volumen celular en el tiempo. Recientemente, se ha descubierto que el contenido de iones de calcio también está implicado en la generación de movimientos rítmicos de las hojas. Dichos movimientos, estudiados por primera vez en detalle por Darwin (1897), son notablemente persistentes en luz continua y en su día se consideraron la "piedra Rosetta" del comportamiento cíclico de las plantas, sin que se comprenda plenamente la naturaleza circadiana relacionada con el movimiento". Citas del estudio.
Aunque el efecto gravitatorio combinado del Sol y la Luna corresponde solo a una millonésima parte de la gravedad de la Tierra, es suficiente para causar fluctuaciones de marea a gran escala en océanos, ríos y lagos y mover las placas tectónicas. El Gran Colisionador de Hadrones (LHC), operado por la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), con una circunferencia de 27 kilómetros, se desplaza verticalmente 1 milímetro por esta fluctuación gravitacional. Sus científicos deben ajustar sus cálculos experimentales en consecuencia.
Gallep observó por primera vez estas periodicidades en experimentos sobre la autoluminiscencia asociada a la germinación de semillas, realizados en Limeira (estado de São Paulo). "Observé que los cambios en la señal recogida aparecían cada 12 o 24 horas, pero diferían en cada prueba de germinación. Cuando busqué apoyo en la literatura, encontré estudios que apuntaban a una posible correlación con las mareas gravitacionales. Exploramos este fenómeno en pruebas posteriores con varios tipos de semillas, y también añadimos los resultados obtenidos en el laboratorio por colaboradores en Praga (República Checa), en Leiden (Países Bajos) y en Hamamatsu (Japón)", dijo.
Los ciclos gravitacionales no solo afectan a los organismos más simples. Estudios científicos han descubierto que los seres humanos mantenidos en la oscuridad tienden a establecer una fluctuación cíclica que dura entre 24,4 y 24,8 horas, en armonía con el ciclo lunar. Esta tendencia también se ha observado en las personas que pasan largas temporadas en cuevas. Condiciona la alternancia del sueño y la vigilia, los horarios de las comidas y otras funciones metabólicas.
Estos datos revelan que la marea gravimétrica local es suficiente para arrastrar el comportamiento cíclico en la supuesta ausencia de señales rítmicas como la luz y la temperatura.
Fuentes, créditos y referencias:
Cristiano de Mello Gallep, Daniel Robert; Are cyclic plant and animal behaviours driven by gravimetric mechanical forces? Journal of Experimental Botany, erab462, DOI: 10.1093/jxb/erab462