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Es posible determinar algunas características de los ritmos biológicos a través de los modelos matemáticos, así lo explicaron la doctora en ciencias Beatriz Fuentes Pardo y el maestro en matemáticas Miguel Lara Aparicio en la conferencia Modelling some properties of circadian rythms del 9 de febrero, en el IFUNAM.

De acuerdo con los investigadores, estos ritmos también llamados circadianos -del latín circa (alrededor de) y diez (día)- rigen diversas funciones de los organismos para que estos sigan viviendo.

Un ejemplo de ellos es el ciclo sueño-vigilia, que es resultado del efecto de la rotación de la Tierra en nuestro reloj biológico y que determina que, de manera general, el ser humano esté activo de día y duerma noche.

En ocasiones, los ritmos son interrumpidos y modificados por factores externos que propician cambios en los organismos como cuando, por ejemplo, tenemos baja productividad en el trabajo por haber dormido poco.

Fuentes y Lara buscaron responder cómo se interrumpen estos ritmos a través de la creación de modelos matemáticos y de la experimentación en laboratorio con organismos menos complejos que los seres humanos: los acociles, también conocidos como cangrejos de río.

“Utilizamos acociles porque son animales fáciles de obtener y de manejar, además de que sus tiempos de sobrevivencia, aún en cautiverio, son suficientemente grandes,” dijo Beatriz Fuentes Pardo en entrevista para Noticias IFUNAM.

Desde el 2003, los investigadores se propusieron analizar los cambios en el ritmo locomotriz de estos animales, para lo cual crearon un modelo matemático constituido por dos osciladores (que son sistemas capaces de provocar cambios en determinados tiempo y medio): un factor neuronal y un factor hormonal hipotético.

Con esta teoría, los científicos sugerían que una hormona podría ser la causante de los cambios en su ritmo locomotriz, lo cual pudo ser comprobado años después, cuando Fuentes, Lara y colegas exploraron –ahora, experimentalmente- cómo son afectados el ritmo locomotriz y el ritmo cardiaco de estos animales por el efecto de la luz en su retina en diferentes etapas de su vida.

La razón de medir el impacto de la luz es que se ha demostrado que los ritmos circadianos de los crustáceos se expresan en estructuras aisladas tales como su tallo ocular.

El modelo matemático ya había sugerido la presencia de un factor hormonal en los cambios del ritmo locomotriz, pero restaba saber si se trataba de la hormona PDH (hormona de dispersión pigmentaria), la cual se produce en los tallos oculares de los crustáceos y regula los efectos del movimiento diurno de pigmento que tienen los crustáceos en las células de la retina.

A través de una electroretinografía (EGR), los investigadores compararon la respuesta eléctrica de las células de la retina de los cangrejos jóvenes y adultos y detectaron cambios en su ritmo locomotriz. Vieron, además, que el factor hormonal era más sensible a la luz y activo en la etapa adulta que en la joven, lo cual fue identificado por la liberación de distintas sustancias por acción de la hormona PDH, tal y como lo había predicho el modelo.

Al incluir osciladores, los modelos matemáticos pueden representar las distintas variables de las cuales dependerá el resultado. En este caso, la predicción abrió un sendero experimental para detectar que el oscilador hormonal hipotético en realidad existía y que el modelo estaba en lo correcto.

“Un modelo matemático es bueno cuando simula, explica y propone nuevos experimentos,” expresó Lara Aparicio.

De acuerdo con los investigadores, la estructura de los ritmos circadianos es similar en todos los organismos, lo que significa que una alteración en el ritmo biológico de los cangrejos podría ayudar a entender las alteraciones en los ritmos circadianos en humanos.

“Al entenderlos (los principios fundamentales en animales), se podría, incluso, inferir el estado de salud o de enfermedad de un sujeto,” mencionó Fuentes Pardo.

Para Lara Aparicio es ahí donde radica la importancia de crear modelos matemáticos, pues si una persona tuviese una alteración, el modelo podría dar una pista de qué lo causa para, posteriormente, corregirlo.

Fotos: Pedro Zaldívar Sánchez