Una ventaja circadiana es una ventaja que se obtiene cuando los ciclos biológicos de un organismo están en sintonía con su entorno. No es un fenómeno muy estudiado, pero se sabe que ocurre en ciertos tipos de cianobacterias , cuyos ciclos endógenos, o ritmo circadiano , "resuenan" o se alinean con su entorno. Se sabe que también ocurre en las plantas, lo que sugiere que cualquier organismo que sea capaz de armonizar sus ciclos de crecimiento naturales con su entorno tendrá una ventaja competitiva sobre aquellos que no lo hagan. La ventaja circadiana también puede referirse a los equipos deportivos que obtienen una ventaja al aclimatarse a la zona horaria donde se juega un partido.
En el contexto de los ritmos circadianos bacterianos , específicamente en las cianobacterias , la ventaja circadiana se refiere a la supervivencia mejorada de cepas de cianobacterias cuyos ciclos endógenos "resuenan" o se alinean con el ritmo circadiano ambiental . [1] Por ejemplo, considere una cepa con un período de funcionamiento libre (FRP) de 24 horas que se cocultiva con una cepa que tiene un período de funcionamiento libre (FRP) de 30 horas en un ciclo de luz-oscuridad de 12 horas de luz y 12 horas de oscuridad (LD 12:12). La cepa que tiene un FRP de 24 horas superará a la cepa de 30 horas con el tiempo.
Los estudios de competencia en plantas proporcionan otro ejemplo de ventaja circadiana. Estos estudios han demostrado que un reloj endógeno que resuena con los ciclos ambientales conduce a una ventaja competitiva en Arabidopsis thaliana . [2] Los experimentos con tipo salvaje, mutantes de período circadiano corto y mutantes de período circadiano largo demostraron que las plantas con un período circadiano que está sincronizado óptimamente con el medio ambiente crecieron más rápido. El mismo estudio también mostró que la fijación fotosintética de carbono estaba directamente correlacionada con la "resonancia circadiana". Un estudio diferente descubrió que los genes involucrados en las reacciones fotosintéticas de A. thaliana están bajo control del reloj. Los ARNm que codifican proteínas de unión a clorofila y la enzima protoporfirina IX quelatasa de magnesio involucrada en la síntesis de clorofila estaban en ciclo. [3] El aumento de la "resonancia circadiana" en la productividad puede surgir de la anticipación apropiada del amanecer y el atardecer, lo que permite la síntesis oportuna de proteínas complejas que captan luz y clorofila. Por lo tanto, la ventaja competitiva de A. thaliana respalda aún más la idea de que la anticipación de los cambios ambientales conduce a una mejor aptitud física.
Rhodopseudomonas palustris es otro ejemplo de la ventaja de tener un sistema de cronometraje biológico que interactúa con los ciclos ambientales. Si bien el único grupo procariota con un mecanismo de cronometraje circadiano bien conocido son las cianobacterias, descubrimientos recientes que involucran a R. palustris han sugerido mecanismos de cronometraje alternativos entre los procariotas. [4] R. palustris es una bacteria púrpura no azufrada que tiene genes KaiB y KaiC y exhibe un crecimiento adaptativo dependiente de kaiC en entornos cíclicos de 24 horas. Sin embargo, se informó que R. palustris mostró un ritmo intrínseco poco autosostenido y la mejora del crecimiento dependiente de kaiC no estaba presente en condiciones constantes. El sistema de R. palustris se propuso como un "proto" cronometrador circadiano que exhibe algunas partes de los sistemas circadianos ( homólogos de kaiB y kaiC ), pero no todas.
De la misma manera, la investigación sobre los mecanismos endógenos de control del tiempo circadiano en ratones respalda aún más la idea de que la “resonancia circadiana” es evolutivamente adaptativa. Un estudio en particular comparó la aptitud de ratones de tipo salvaje con ratones mutantes que tenían un ciclo circadiano corto y de libre funcionamiento. [5] Estos ratones tenían una mutación en el gen de la caseína quinasa 1Ɛ, que codifica una enzima que es fundamental para controlar la duración del ciclo circadiano. Luego, se liberó a un grupo mixto de ratones de tipo salvaje y mutantes en un recinto experimental al aire libre y, después de un período de catorce meses, se hizo un seguimiento de los ratones. Los ratones de tipo salvaje sobrevivieron más tiempo y se reprodujeron a un ritmo mayor que los ratones mutantes. De hecho, el genotipo mutante fue fuertemente seleccionado en contra, lo que sugiere una selección natural hacia aquellos genotipos que son resonantes con el ciclo LD natural.
Es posible que los relojes circadianos desempeñen un papel en el comportamiento de la microbiota intestinal. [6] Estos microorganismos experimentan cambios diarios correlacionados con los ciclos diarios de luz/oscuridad y temperatura. Esto ocurre a través de comportamientos como los ritmos de alimentación en una rutina diaria (consumo durante el día para animales diurnos y durante la noche para animales nocturnos). La presencia de un cronómetro diario podría dar a esas bacterias una ventaja competitiva sobre otras, al permitir que las bacterias detecten los recursos que vienen del huésped para prepararlos y metabolizarlos más rápido. Hay bacterias que tienen cronómetros diarios, y es posible que la microbiota tenga relojes endógenos que se comuniquen con los relojes biológicos del huésped. [6] Por ejemplo, si hay algunas cualidades de cronometraje de los microorganismos dentro de los intestinos, es posible que puedan afectar el sistema circadiano del huésped. Es posible que exista un reloj endógeno en algunas especies microbianas, y la presencia de dicho cronometrador intrínseco podría ser beneficiosa tanto en el intestino (que experimenta cambios diarios en la disponibilidad de nutrientes) como en el ambiente fuera del huésped (que experimenta ciclos diarios de luz y temperatura). [6]
En el deporte competitivo , una ventaja circadiana es la ventaja de un equipo sobre otro en virtud de su grado relativo de aclimatación a una zona horaria frente a su oponente. Si bien este concepto fue explorado por investigadores de Stanford en 1997, [7] y en la Universidad de Massachusetts, [8] el término fue acuñado en 2004 por el Dr. W. Christopher Winter , un especialista en sueño y neurólogo que estudia los efectos de los viajes entre zonas horarias en el rendimiento de las Grandes Ligas de Béisbol (MLB). [9] Este estudio se amplió a un estudio retrospectivo de diez años con una subvención a través de la MLB que fue completado por el Dr. Winter y su asistente de investigación Noah H. Green, entonces estudiante de pregrado en la Universidad de Virginia . El trabajo se presentó en 2008 en la 22.ª Reunión Anual de las Sociedades Profesionales del Sueño Asociadas en Baltimore , Maryland. [10]
Usando la convención de que por cada zona horaria cruzada, la sincronización a esa zona horaria requiere un día, los equipos pueden ser analizados durante una temporada para ver dónde están en términos de estar aclimatados a su zona horaria de juego. Por ejemplo, considere a los Nacionales de Washington . Si han estado compitiendo en casa durante los últimos 3 días o más, estarían completamente aclimatados a la Hora Estándar del Este (EST). Si viajaran a Los Ángeles , al llegar estarían 3 horas fuera, porque viajaron 3 zonas horarias al oeste. Cada 24 horas pasadas en la costa oeste, los acercaría 1 hora más a la aclimatación. [11] Entonces, después de 24 horas en Los Ángeles, estarían 2 horas fuera. Después de 48 horas, estarían 1 hora fuera, y después de 72 horas, estarían aclimatados a la hora de la costa oeste y permanecerían así hasta que salieran de su zona horaria.
A diferencia de la ventaja de jugar en casa , que se da siempre que dos equipos juegan un partido que no se lleva a cabo en un sitio neutral, la ventaja circadiana no se aplica a todos los partidos. En una temporada típica de la MLB, se aplica a aproximadamente el 20 % de los partidos jugados, mientras que en el 80 % restante los equipos tienen la misma ventaja circadiana. En los deportes que permiten más tiempo entre partidos, puede aplicarse a una cantidad significativamente menor de partidos. La ventaja circadiana es un problema mucho mayor en los deportes que implican viajes internacionales importantes.
La ventaja circadiana es más significativa cuando un equipo tiene una ventaja de 3 horas (o más) sobre otro. Este enfrentamiento solo se da después de vuelos muy largos en los que el equipo que viaja juega poco después de llegar, por lo general vuelos de costa a costa en las principales ligas de América del Norte y Australia. A medida que la magnitud de las diferencias de huso horario entre dos equipos se hace menor, también lo hace la ventaja circadiana.
En 2018, los datos piloto recopilados por el Instituto de Investigación del Ejército Walter Reed se presentaron en la reunión anual SLEEP de la Academia Estadounidense de Medicina del Sueño y sugirieron que los equipos de la Liga Nacional de Fútbol tienen un mejor desempeño durante la noche que durante el día como resultado de la ventaja circadiana. También indicaron que los equipos tenían menos pérdidas de balón durante la noche. [12]
