Relojes biológicos, sistemas fisiológicos que permiten a los organismos vivir en armonía con los ritmos de la naturaleza, como son los ciclos del día y la noche, y de las estaciones. Estos 'relojes' biológicos existen para casi todos los ciclos internos que implican periodicidad en el reino vegetal y animal, si bien, la mayor parte de nuestros conocimientos se deben al estudio de los ritmos circadianos (diarios) que establecen los patrones típicos de conducta diaria incluso en ausencia de indicadores externos, como la salida del Sol, demostrando que la periodicidad depende por completo de relojes internos.
Sin embargo, ningún reloj es perfecto. Cuando los organismos se ven privados de las señales que proporciona el mundo exterior, exhiben un periodo de 'curso libre' que no llega a abarcar las 24 horas. Como resultado, estos animales se desfasan lentamente respecto de la naturaleza. En los experimentos en los que se aísla a unos sujetos durante largos periodos de tiempo, se observa que éstos mantienen un horario, aunque cada vez más desfasado, para la comida y el sueño. En circunstancias normales este desfase no se produce, ya que las señales externas reajustan los relojes cada día. El indicador más importante es la luz solar, aunque muchos organismos pueden utilizar variaciones rítmicas de temperatura, u otros estímulos sensoriales, para reajustar sus relojes internos. Sin embargo, cuando el error cronométrico es importante, el reajuste completo puede tardar varios días. Este fenómeno es bien conocido por los viajeros de largas distancias como el jet-lag.
El circuito fisiológico subyacente al uso de señales externas es muy simple: un destello único de luz puede actuar como desencadenante, significando el amanecer. Los estudios llevados a cabo en la década de los años 80 sugieren que este simple estímulo luminoso afecta incluso al comportamiento de la raza humana. Las investigaciones señalan también que, al menos en algunos organismos, un solo gen puede ser el responsable de los mecanismos de los relojes biológicos. Por ejemplo, la mosca de la fruta requiere un gen conocido como per (abreviatura de periodo), para mantener sus ritmos biológicos. Se ha observado que este gen codifica una sustancia química denominada proteoglicano, molécula de cadena larga que contiene unidades de hidratos de carbono ligados a una proteína. Los proteoglicanos también existen en los mamíferos.
Aparentemente hay relojes biológicos en cada célula e incluso en partes diferentes de éstas. De aquí que una pieza de tejido aislada, como el ojo de la babosa marina, mantenga su propio ritmo diario, aunque adopte con rapidez el de todo el organismo cuando se reimplanta. En el cerebro de la mayoría de los animales, parece haber un reloj dominante que emite químicamente sus señales cronométricas hacia el resto del organismo. Por ejemplo, se extirpa el cerebro de una crisálida de mariposa en una fase determinada de su desarrollo, y se somete a un amanecer artificial. Después se implanta en el abdomen de otra crisálida a la que se ha extirpado el cerebro y que se encuentra en otro momento de su desarrollo. La segunda crisálida emergerá en el momento en que lo haría la primera, ya que este hecho se rige según las órdenes enviadas por el cerebro implantado en su abdomen. El reloj cerebral desencadena la liberación de una hormona que pone en marcha todo el comportamiento complejo implicado en la salida de la crisálida. En los hámsters, los experimentos han demostrado la existencia de un reloj biológico dominante localizado en el hipotálamo. Los grupos de células cerebrales se denominan núcleos supraquiasmáticos. También se sabe que la melatonina, hormona secretada por la glándula pineal (véase Glándula pineal), está implicada en ritmos biológicos a largo plazo. Además del propio interés científico, el conocimiento de los relojes biológicos podría ser importante en muchos sentidos. Hay, por ejemplo, una teoría del envejecimiento basada en que durante la vejez el gran número de relojes del cuerpo subordinados al cerebral, por alguna razón, se ajustan menos a éste. Esta falta de sincronización puede contribuir a agudizar muchos de los problemas asociados con el envejecimiento.
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