En los días más calurosos del verano, es posible que se quede dormido a mitad del día. En algunas partes del mundo, es una norma cultural programar «siestas» y cerrar negocios durante las horas más calurosas del día. Resulta que la biología, no solo la cultura, puede estar detrás de esto.
La temperatura afecta la duración del comportamiento humano, desde la alimentación y los niveles de actividad hasta los ciclos de sueño y vigilia. Es posible que nos resulte más difícil dormir en el verano y tardemos en levantarnos de la cama en las mañanas más frías. Pero el vínculo entre las neuronas sensoriales y las neuronas que controlan este ciclo no se entiende completamente.
Los neurobiólogos de la Universidad Northwestern han encontrado algunas pistas sobre lo que está sucediendo. En un nuevo estudio, publicado hoy (17 de agosto) en la revista biología actual, Los investigadores descubrieron que las moscas de la fruta están preprogramadas para tomar una siesta a la mitad del día. Un seguimiento de su 2020 Biología artículo que identificó un termómetro cerebral solo activo en climas fríos, el nuevo artículo explora un circuito similar de «termómetro» para temperaturas altas.
«Los cambios de temperatura tienen un fuerte efecto en el comportamiento tanto de los humanos como de los animales, y ofrecen a los animales una señal de que es hora de adaptarse a los cambios de estación», dijo Marco Gallio, profesor asociado de neurobiología en la Facultad de Artes y Ciencias de Weinberg. «El efecto de la temperatura en el sueño puede ser bastante extremo, con algunos animales que deciden dormir toda una temporada (piense en un oso en hibernación), pero los circuitos cerebrales específicos que median la interacción entre la temperatura y los centros del sueño permanecen en gran medida sin mapear».
Gallio dirigió el estudio y dijo que las moscas de la fruta son un modelo particularmente bueno para estudiar grandes preguntas como «¿por qué dormimos?» y «¿qué hace el sueño para el cerebro?» porque no intentan alterar el instinto de la misma manera que lo hacen los humanos. cuando tiramos toda la noche, por ejemplo. También permiten a los investigadores estudiar la influencia de señales externas como la luz y la temperatura en las vías celulares.
Células que permanecen más tiempo
El documento es el primero en identificar receptores de «calor absoluto» en la cabeza de la mosca, que responden a temperaturas superiores a los 77 grados Fahrenheit, la temperatura favorita de la mosca. Resulta que la mosca común de la fruta de laboratorio (Drosophila) ha colonizado casi todo el planeta al formar una estrecha asociación con los humanos. No en vano, su temperatura favorita también coincide con la de muchos humanos.
Tal como esperaban en base a los resultados de su artículo anterior sobre la temperatura fría, los investigadores descubrieron que las neuronas cerebrales que reciben información sobre el calor son parte del sistema más amplio que regula el sueño. Cuando el circuito caliente, que corre paralelo al circuito frío, está activo, las células objetivo que promueven el sueño del mediodía permanecen encendidas por más tiempo. Esto da como resultado un aumento en el sueño del mediodía que mantiene a las moscas alejadas de la parte más calurosa del día.
El estudio fue posible gracias a una iniciativa de 10 años que produjo el primer mapa completo de conexiones neuronales en un animal (una mosca), llamado conectoma. Con el conectoma, los investigadores tienen acceso a un sistema informático que les indica todas las conexiones cerebrales posibles para cada una de las ~100.000 células cerebrales de la mosca. Sin embargo, incluso con esta hoja de ruta extremadamente detallada, los investigadores aún necesitan descubrir cómo la información en el cerebro va del punto A al B. Este artículo ayuda a llenar ese vacío.
Los diferentes circuitos para temperaturas frías y calientes tienen sentido para Gallio porque «las temperaturas frías y calientes pueden tener efectos bastante diferentes en la fisiología y el comportamiento», dijo. Esta separación también puede reflejar procesos evolutivos basados en los ciclos de calor y frío de la Tierra. Por ejemplo, la posibilidad de que los centros cerebrales para el sueño puedan ser dirigidos directamente en humanos por un circuito sensorial específico ahora está abierta para ser investigada en base a este trabajo.
Próximos pasos
A continuación, el equipo de Gallio espera descubrir los objetivos comunes del circuito frío y caliente, para descubrir cómo cada uno puede influir en el sueño.
«Identificamos una neurona que podría ser un sitio de integración para los efectos de las temperaturas frías y calientes en el sueño y la actividad en Drosophila», dijo Michael Alpert, primer autor del artículo e investigador postdoctoral en el laboratorio de Gallio. «Este sería el comienzo de interesantes estudios de seguimiento».
Gallio agregó que el equipo está interesado en observar los efectos a largo plazo de la temperatura en el comportamiento y la fisiología para comprender el impacto del calentamiento global, observando cuán adaptables son las especies al cambio.
«La gente puede optar por tomar una siesta por la tarde en un día caluroso, y en algunas partes del mundo esta es una norma cultural, pero ¿qué eliges y qué está programado en ti?» Dijo Galión. «Por supuesto, no es cultivo en moscas, por lo que en realidad podría haber un mecanismo biológico subyacente muy fuerte que se pasa por alto en los humanos».
El documento se titula «Un circuito de termómetro para temperatura caliente ajusta el comportamiento de Drosophila al calor persistente». El trabajo en el laboratorio de Gallio cuenta con el apoyo de los Institutos Nacionales de Salud (subvenciones R01NS086859 y R21EY031849), un Programa Pew Scholars en Ciencias Biomédicas y los Premios McKnight a las Innovaciones Tecnológicas en Neurociencia. El equipo de Northwestern incluye a Gallio, Alpert, Hamin Gil y Alessia Para.
