In che modo gli animali scandiscono il tempo?
Gli orologi biologici sono ciò che viene definito un oscillatore endogeno, che fornisce a un organismo le informazioni relative al tempo. «Proprio come il pendolo di un vecchio orologio, l’“oscillazione” autosufficiente degli orologi biologici consente a un organismo di adeguare la propria fisiologia e il proprio comportamento», spiega Joerg Albert, coordinatore del progetto Clock Mechanics, dello University College di Londra, nel Regno Unito, e attualmente attivo presso l’Università Carl von Ossietzky di Oldenburg, in Germania. «Si può trattare del momento del giorno come negli orologi circadiani, del momento successivo al pasto (orologi metabolici) o addirittura dello stato delle maree (orologi basati sulle maree).» Tali orologi devono essere regolati sull’ora corretta per rimanere allineati con il mondo esterno. Ecco perché la maggior parte degli orologi biologici dispone di capacità sensoriali, percependo, ad esempio, lo stato della luce (è giorno o notte?), la temperatura ambiente (è caldo o freddo?) o il rumore ambientale (c’è calma o rumore?). «Sono presenti numerosi momenti con una pertinenza biologica, quali il momento del pasto, il momento dell’accoppiamento, il momento di andare a dormire, motivo per cui esistono molti orologi biologici diversi», afferma Albert. «Questi orologi ricevono vari tipi di informazioni e percepiscono varie parti del mondo. Tutte queste informazioni sono in qualche modo integrate.»
Nuovi approcci molecolari e comportamentali
L’obiettivo del progetto Clock Mechanics, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca (CER), consisteva nel comprendere meglio in che modo viene conseguita questa integrazione. «Abbiamo concentrato l’attenzione sulle interazioni tra il sistema circadiano e quello meccanosensoriale, quali le antenne degli insetti, dei moscerini della frutta e delle zanzare vettrici di malattie», aggiunge Albert. «Volevamo sapere in che modo i tempi circadiani condizionano la meccanosensibilità e in che modo i sistemi meccanosensoriali contribuiscono al cronometraggio biologico.» A tal fine, Albert e il suo team hanno sviluppato e messo a punto nuovi approcci molecolari, comportamentali e biofisici. È stata inoltre condotta un’analisi mirata della perdita dell’udito correlata all’età nei moscerini della frutta.
I sistemi circadiani e l’udito
Il progetto ha compiuto numerose scoperte interessanti relative al modo in cui sistemi circadiani interagiscono con l’udito. «Nelle zanzare, ad esempio, le variazioni dei suoni emessi dal volo mediano quelle nella sensibilità uditiva dei maschi», spiega. «Ciò contribuisce a preparare il loro udito per gli sciami di accoppiamento, che si formano al crepuscolo.» Analogamente, nei moscerini della frutta, le modulazioni circadiane dei geni regolatori chiave mediano i cambiamenti nella sensibilità uditiva, contribuendo a preparare le orecchie dei maschi e delle femmine per l’accoppiamento al tramonto. «Su un livello scientifico di base, il nostro progetto ha inoltre contribuito a dimostrare in che modo il sistema circadiano modula la percezione sensoriale», aggiunge il ricercatore. «Questo potrebbe contribuire a nuovi interventi di controllo delle zanzare, che non sono in grado di riprodursi senza l’udito.»
Sincronizzare il comportamento con l’ambiente
Secondo Albert, i risultati potrebbero inoltre un giorno aiutare gli scienziati a sviluppare nuovi modi per contrastare, prevenire o mitigare la perdita dell’udito umano. Un altro aspetto importante, tanto per gli orologi umani quanto per quelli delle zanzare, risiede nella scoperta che i conflitti sensoriali (la discrepanza tra due stimoli di impostazione del tempo) possono avere effetti drammatici sull’intero organismo. «Il jet lag tra diversi orologi corporei può portare allo sviluppo di patologie», afferma Albert. «Questo aspetto ha condotto a una nuova branca della medicina nota come crono-medicina, che crescerà indubbiamente in termini di portata e importanza nel futuro.» Infatti, Albert ritiene che il progetto Clock Mechanics abbia aperto le porte a una vasta gamma di nuove possibilità di ricerca. «Il progetto ci ha fornito interrogativi su cui valeva la pena indagare, nonché nuovi strumenti per farlo», osserva. «Cercheremo di scoprire, ad esempio, in che modo sistemi sensoriali specifici siano ottimizzati per momenti specifici del giorno e come, a livello generale, gli animali sincronizzino il loro comportamento con l’ambiente circostante.»
Parole chiave
Clock Mechanics, biologico, circadiano, crono-medicina, metabolico, zanzara, meccanosensoriale
