Durante millones de años, los primeros mamíferos fueron principalmente nocturnos. Esta estrategia les permitía evitar a depredadores dominantes como los dinosaurios, que ocupaban los ecosistemas durante el día.
Tras la extinción de estos grandes reptiles hace aproximadamente 66 millones de años, muchas especies comenzaron a explorar nichos diurnos. Ese cambio implicó una transformación profunda en la manera en que los organismos regulan su actividad a lo largo del día.
Ahora, investigadores del MRC Laboratory for Molecular Biology, vinculado a la Universidad de Cambridge, identificaron el mecanismo celular que habría permitido esa transición evolutiva. El estudio describe un “interruptor” molecular basado en dos rutas de señalización —el objetivo mecanístico de la rapamicina (mTOR) y la quinasa sin lisina (WNK)— que regula cómo las células responden a factores ambientales como la temperatura o la concentración de líquidos.
Los resultados, publicados en la revista Science, sugieren que este sistema permitió a distintos linajes adaptarse a la vida diurna sin modificar el reloj biológico central del cerebro. En lugar de alterar el mecanismo circadiano principal, la evolución habría ajustado la forma en que las células interpretan las señales del entorno.
El papel de mTOR y WNK en el cambio de ritmos biológicos
El estudio detalla que el paso evolutivo de la noche al día surgió gracias a una adaptación en la regulación celular. Las células de especies nocturnas y diurnas reaccionan de manera opuesta ante cambios ambientales como la temperatura o la osmolaridad —la concentración de sustancias disueltas en los fluidos celulares—.
Estas diferencias se deben a la interacción entre las vías mTOR y WNK, responsables de regular procesos fundamentales como el metabolismo y la síntesis de proteínas. Dependiendo de cómo respondan a los estímulos del entorno, estas rutas pueden activar procesos celulares en distintos momentos del día.
Para entenderlo mejor, los investigadores comparan este sistema con un interruptor que cambia el turno de trabajo de las células. Según cómo se ajusten estas rutas moleculares, las funciones celulares pueden concentrarse en las horas de luz o durante la noche.
La actividad de mTOR, particularmente sensible a los niveles de nutrientes, desempeña un papel decisivo en este proceso. Cuando su actividad disminuye, tanto las células como los organismos tienden a desplazar su periodo activo hacia el día.
Experimentos y hallazgos evolutivos
Para comprobar esta hipótesis, los investigadores realizaron experimentos con ratones, animales típicamente nocturnos. Mediante cambios en su dieta lograron modificar la señalización de mTOR.
El resultado fue llamativo: al reducir la actividad de esta vía molecular, los ratones comenzaron a mostrar patrones de comportamiento más cercanos a la actividad diurna.
En paralelo, el investigador Matthew Christmas, de la Universidad de Uppsala, analizó genomas de diversas especies y descubrió que los genes relacionados con mTOR y WNK evolucionaron más rápidamente en especies diurnas.
Este hallazgo sugiere que estos mecanismos celulares han sido seleccionados de manera independiente en distintos grupos animales a lo largo de la evolución.
Consecuencias para la medicina circadiana
Los resultados también tienen implicaciones para la investigación médica. Gran parte de los estudios preclínicos utilizan ratones como modelo experimental, aunque existen diferencias relevantes entre especies nocturnas y diurnas en la regulación celular del tiempo biológico.
Comprender estas diferencias resulta fundamental para interpretar correctamente los resultados de laboratorio.
En este contexto cobra importancia la medicina circadiana, un campo que analiza cómo el momento del día influye en la eficacia de los tratamientos. Ajustar terapias médicas al ritmo biológico del organismo podría mejorar su efectividad y reducir efectos adversos.
En la misma línea, la investigadora Nina Rzechorzek, del Departamento de Ingeniería de Cambridge, explicó que los relojes celulares de especies nocturnas y diurnas responden de forma muy distinta ante cambios ambientales como la temperatura. Estas variaciones abren nuevas líneas de investigación sobre la relación entre los ritmos biológicos, la salud y el desarrollo de enfermedades.
Impacto ambiental y adaptación futura
Los científicos también advierten que los mecanismos celulares que regulan los ritmos de actividad dependen de señales ambientales sensibles, entre ellas la temperatura y la disponibilidad de nutrientes.
En un escenario de cambio climático, alteraciones en estos factores podrían modificar los patrones de actividad de numerosas especies.
Incluso pequeñas variaciones en el entorno podrían afectar la sincronización biológica que organiza los ecosistemas, con posibles consecuencias para las relaciones entre depredadores, presas y recursos disponibles.
Comprender cómo funcionan estos “interruptores” moleculares permite no solo reconstruir un episodio clave de la evolución, sino también anticipar cómo los organismos podrían adaptarse a los cambios ambientales del futuro.
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