.Los.del~enlos~ ICIENCIAS 69 ENERO.MARZO2003do aproximado al de la rotacin de laTierra(de ah el trminocircadiano:circa, cerca y diano, da). Sin embar-go, en la naturalezano pareceque losritmoscircadianos presenten perio-dos distintos al de un da, lo que indi-ca que el mecanismo de generacindel ritmose encuentra ajustado a losciclos diarios presentes en los facto-res ambientales.Lasincronizacindelrelojramtrica, que consiste en la presen-cia de pulsos de luz a la hora del ama-necer ydel ocaso, cuya duracin esde horas a minutos.Este tipode es-tmulosson las seales fticas a lascualesestariaexpuestoun animal noc-turnoque a 10largo del da se man-tieneensu madrigueraoscura. Laluzajusta alreloj circadianonica-mente durante estosdos periodos deexposicin.Elsegundotipodesincroniza-cin es laparamtrica,en donde laaccin de la luz comprende la expo-sicin constante a lairradiacindu-rante lamayor partedel periodo deiluminacin.Los animales estn ex-puestosa cambios de intensidad y devariaciones enel espectro de laluznatural.En este tipode sincroniza-cin los ajustesa la velocidad internaPor aproximadamente tres dcadas,diversos investigadores han dedica-do su atencin a la forma en que fun-ciona el reloj circadiano y la maneraen que se ajusta a los ciclos diarios.La luz parece actuar sobre el reloj cir-cadiano de dos formas, laprimera,conocida como sincronizacin no pa-Duranteel transcurso del da los ani-males estn expuestosa cambios enlailuminacinnatural,de tal formaque laconducta de muchospuedeestardeterI1inadapor las condicionesde luz u obscuridadque les rodean. Laluz es un agente de particular impor-tancia para lasincronizacinde losritmoscircadianos, tanto en anima-les diurnos como nocturnos, e inclu-so una luz tan tenue como la de unanocheestrelladaes suficienteparadar informacin a los relojes biolgi-cos de los animales.Los ritmoscircadianos permitenque los seresvivos coordinen sus fun-ciones internascon las variacionesambientales diarias. stosse caracte-rizan por serendgenos,es decir,queen ausencia de seales ambientalescclicas se manifiestan con un perio-'"~CIENCIAS69ENERO.MARZO 2003del reloj circadiano se hacen de ma-nera constantemientras se mantengael periodo de iluminacin y suintensi-dad dependede la hora a la que se pre-sentala luz y de su propia intensidad.torreceptores se encuentran fuera dela retinay son conocidos como foto-rreceptores extrarretinianos. Aunquela ubicacin de estos fotorreceptoreses diversa,en general;puede conside-rarse que existe foto sensibilidad endistintas regiones del sistema nervio-so central. Ejemplos tpicos en inver-tebrados incluyendesde crustceosdecpodosque presentan fotorrecep-tores extrarretinianos en el sextogan-glioabdominal y en el ganglio cere-broide, hastamoscasde la fruta en lascuales casi cualquier parte del cuer-po que contiene la maquinariamo-1ecu1ardel relOjes sensible a la luz.En los vertebrados no mamferosla glndula pineal es el fotorreceptorextrarretinianoms reconocido,mien-tras que en algunas especiesde rep-tiles existe el ojo parietal (tambin lla-mado tercer ojo), y en ausenciade losfotorreceptoresanteriores,en algunosreptiles su capacidadde responder alaluzes mediantefotorreceptoresexistentesenelcerebro profundo.En los mamferos laorganizacin esdistinta,ya que lainformacinqueda la luz alreloj estamediada por c-lulascontenidas exclusivamente enla retina. La preguntaque surgea raizde estasdiferencias es por qu sloel grupo de los mamferos es carentede fotorreceptores extrarretinianos?LosojosdelrelojLa informacin que da la luz alrelojcircadiano es mediada por estructu-ras sensibles a ellaconocidas comofotorreceptores circadianos. Las vasneuralesquevandelfotorreceptorllegan directamenteal sistema quecontieneel marcapasos delrelojynoa sistemas de integracinde vi-sin. La ubicacinde estos fotorre-ceptorescircadianos es diversa segnel grupoanimalen que se estudie;eninvertebradosyvertebrados nomamferos, por ejemplo, distintos fo-LaretinadelosmamferosLa respuesta a esta pregunta es in-cierta, sin embargo,diversashiptesisapuntan a que durantesu evolucintemprana,los mamferos pasaronporprocesosde seleccin (a 10que algu-C'/C'/ CIENCIAS69ENERO.MARZO 2003nos investigadoreshan llamado "cue-llo de botella") que dieron como resul-tado una reorganizacin del sistemacircadiano entero, y en particular delosfotorreceptorescircadianos.Secree que los primerosmamferos, alser nocturnos, dependan de los sis-temas fotorreceptores ms sensiblespara dar lainformacinfticaal re-loj circadiano, de tal forma que otrosfotorreceptorescircadianosmenossensibles fueron perdiendo influen-cia en los mecanismos centrales delreloj,hasta dejar de ser funcionalescomo fotorreceptorescircadianos. Es-ta teoriase basa principalmenteenel hecho de que actualmentese co-nocen diversas especiesde vertebra-dos e invertebradosde hbitos noc-turnos, que presentanuna reduccinsignificativa en la sensibilidad de fo-torreceptores extrarretinianos. Algu-nos ejemplos son lapineal en algu-nos bhos, quees muypequea oincluso ausente,o bien la falta de ojosparietales en reptiles de hbitos prin-cipalmente nocturnos. En el caso delos insectos, se discutesi la cucara-cha tambin ha perdidofotorrecep-torescircadianosextratrretinianos.Sin embargo, tambines frecuenteencontrar especies nocturnas en lasque no se cumple estatendencia.La diversidad en los fotorrecepto-res circadianos de los animales pare-ce tambin ser consecuencia de quecadauno tiene influencia sobre un ti-po de oscilador en particular.En losanimales no mamferos existendiver-sos tejidos, principalmentede origenneural,que funcionancomo marca-pasos circadianos, ya que son capa-ces de oscilar de manera autnomay de coordinar funciones fisiolgicasa travs del tiempo.As los animalesque presentan diversos marcapasoscoordinando distintas funciones,pue-den a su vez depender de distintosfotorreceptores circadianos. De ahque en sistemas con mltiplesmar-capasos,se espera laexistencia demltiplessistemas fotorreceptorescircadianos. En el caso de los mam-feros se sabeque el principalmarca-pasos es el ncleo supraquiasmticodel hipotlamo, y que aunque se pre-sume de la existencia de otro, comoel que regula funciones digestivas,nose ha localizado ningnmarcapasosen mamferos de la importanciadelncleo supraquiasmtico del hipot-lamo.Alexistirun solo marcapasosprincipal,se mantienepor lotantoun solo fotorreceptorcircadiano,el demayor sensibilidada los cambiosmstenues en intensidadyen composi-cin espectralde luz.Hasta el momento se sabeque losmamferoscarecen de fotorrecepto-res extrarretinianosy que todas lasrespuestasa la luzson mediadas porla retina.La glndulapinealde losmamferos,sinembargo, presentagran parte de los elementos necesa-rios para la fotorrecepcin, pero stano responde a la luz; aunque existenalgunos reportes de que se puede in-ducir fotosensibilidad en clulas cul-tivadas de la glndula pineal de ratasneonatas.En laretina, la energa luminosaes transducidaporlosconos ylosbastones, estas clulas pasan lain-formacin a neuronas de segundo ytercerorden, entre las cuales se en-cuentranlas bipolaresy posterior-mente las ganglionares. En esta redde clulas Ccoordinadas tambin porotras neuronas como amcrinasy ho-rizontales)es donde se lleva la prime-ra fase de integracin de la informa-cin visual antes de ser transmitidaal cerebro. El ncleo supraquiasm-ticodel hipotlamorecibe lainfor-CIENCIAS69ENERO.MARZO 2003macin lumnicavael nerviopti-co, principalmenteporel tracto re-tinohipotalmicoy la hojuelainter-geniculada.Dndesehallanlosfotorreceptores?Se esperara que los conos y los bas-tones fueran en s las clulas fotorre-ceptoras,al ser la retinael tejido quemedia lafotorrecepcincircadiana.En diversos expermentos realizadoscon ratones que presentan una mu-tacin en la cual degeneranbastonesy en aquellos en que se ha inducidouna degeneracintransgnica de co-nos -considerados como conductual-mente ciegos-,las respuestas elc-tricasde la retinaa unpulso de luz(electrorretinograma)son ausentesy las retinasestudiadas histolgica-mente muestran prdida de bastonesy de conos; sin embargo,estosanima-lesan son capaces desincronizarsus ritmosa ciclos de luz tan tenuescomo la luz reflejada por la luna. Es-to ha sugerido que los fotorrecepto-res que llevan lainformacinlumi-nosa al reloj son distintos a los conosy bastones.La evidenciade que nose tratade clulas invo1ucradasen lavisinhace ms interesante el problema desu localizacin, aunque se sabe quetales fotorreceptoresresidenenlamisma retina. Debido a que los foto-rreceptores circadianos son distintosa losqueintervienenen lavisin,los mejores candidatos son las neu-ronas gang1ionaresy las bipo1ares.Araz de ellosurgen interesantes pre-guntascomo cules el fotopigmentoque contieneel fotorreceptor circa-diano? (la molcula sensible a la luzque iniciael procesode transduccinde la informacin).En losconosybastones,elfoto-pigmentoes larodopsina,unacom-binacinentreunamolculafotosen-sib1e llamadacromforo(retina1) ,elcuales un derivadode la vitaminaA,y unaprotenaconocidacomoopsi-nao La sensibilidadespectralde laro-dopsina va desde 400 nanmetros(luzvioleta-azul)hasta 700 (rojolejano)ysu mximasensibilidades a 500 (ver-de-amarillo).Lasensibilidadespec-traldelrelojcircadianosugiereuncromforosemejanteal retina1de op-sina.Losfotopigmentosbase retina1quehan sidoextradosde losratonesmutantesrd son la me1anopsina(quetambinse encuentraen los me1ano-citosde lapielde losanfibios)y untipodeopsinaancestral,localizadasambas en las clulasbipo1ares y gan-glionaresde laretina.El segundocandidato es unmiem-brode lafamiliade loscriptocromos,~ICIENCIAS 69 ENERO.MARZO2003:p- sidoposibledistinguirsu posiblpo pelcomofotopigmentosde los;e-rreceptorescircadianosenesto~de males.~S,TantolamelanopsinacomllO-criptocromoshan sido localizad!lp-clulasganglionares,sinenb.ad unestudiopublicadorecientemltaen larevistaScience,muestraqu:0-clulasganglionaresmarcadas1Jn gradamentedesdeelncleoS\larquiasmticodel hipotlamopresfJa-respuesta a laluzde formadistito- laquetienenlosfotorreceptoreni- ralavisin.Estosignificaquesiologa de algunasclulasganglosres estaradedicadaa recibiry 1enlainformacindeloscambios:0,closdeluzdiarahaciaelreloj(lte diano.asThdo esto nos permitereflexiro-sobre culeshan sido losproceslra-seleccinquehandadolugaraan ungrupoespecializadode cluI.melugarcomofotorreceptores(dianosenlosmamferos.Concostumbreenel desarrollodel(cimientocientfico,cadadescmientoda lugara ms pregunta~a respuestas. Parece que laevohsuelefavorecerelmejoramienlossistemasexistentes,aumentsu eficienciams que orignandovos.Ahoranoslocabepregunpor qu los mamferospresentafotorreceptorescircadianosex(vamenteenlaretina?Sinotanpor quen laevolucinde larlosfotorreceptoresvisualesyl(torreceptorescircadianosparecedistintos?.los cuales son molculas fotorrttoras con base en flavinas del gde las fotoliasas. Es decir, que somejantes a enzimas reparadorADNque dependen de la luz, estfotorreactivas. En la maquinarialeculardel reloj circadiano, lostocromoshan perdidosuactivde fotoliasa y en la mosca de laDrosophila parece ser el nicorreceptor que media la informalumnicaen la maqunaria moleldel reloj.Los criptocromos'hanlocalizadostambin en los mampero ya no con la funcin de mola fotorreceptora como en DrosoJ.es decir, que parecen estar nVOlldos en la maquinariamoleculareloj mismo ms que como un :ble fotorreceptor.Unamaneradeestudiar lacin de un gen en la fisiologa d(ganismo es mediante la producde mutantes para esegen, loqU(nifica que ste ha sido elimnadoexpresin ha sido modificada. Etesentido, los ratones mutantesno producen criptocromos muefuna arritmiatotal, por 10 cual nlar-burncaribeodearrecife,detalle,marCalda. 21:FransLanting,pinginosemperador,An1995.P. 22:FransLanting,leonas,detalle,8D2. na,1 990;KevinSchafer,frailecillocopetn,,enislasFaralln,EUA. P.23:JimBrandenburg,1,losbosques,detalle,Minnesota,EUA, 1993.,.esTomyPat Leeson,osonegro,detalle,Alaska,MichaelS.Guinton,bhomayorgris,detalle,EUA, 1984;MichaelFogden,rana arborcola,,Amazonas,Ecuador,1988.P. 25:WendySJnaBobRozinski,zorrarojaycachorro,detall,ti-1995.I ManuelMiranda AnayaFacultaddeCiencias,UniversidadNacionalAutnomadeIJGruart,A.,J.M.Delgado,C.EscobaryR..ARoblero.2002.Losrelojesquegobiernan1,FcE/sEP, Mxico.Provencio,1.,M.D.Rollagy A.M.Caslrucci.'PholorecepliveNelinIheMammalianRel"Mature,vol.415,p.493.Van Gelder,R. N.1998."CircadianRhythmlofIheClock",enCurrentBiology,pp.798-80 REFERENCIASBIBLlOGRAFICASBerson,D.M.,F. A.Dunny M.Takao.2002."transductionbyRetinalGanglionCellsthatICircadianClock",enScience,vol.1295,nmp.1070.theIMAGENES,57, P.20:MicheleB.Hall,pezpayasodentro(anmona,detalle,islasSolomon;TomCamplCIENCIAS69ENERO.MARZO 200: