Qualquer pessoa que já passou pelo jet lag conhece o poder do relógio biológico. Quase todos os organismos, desde humanos até a menor das bactérias, têm um sistema embutido que lhes diz se é hora de descansar ou de fazer atividades. A maioria dos relógios biológicos 'tiquetaqueando' autonomamente, mas algumas bactérias dependem da luz para sincronizar seu relógio todos os dias. Usando cálculos matemáticos, pesquisadores da AMOLF e da Universidade de Michigan demonstraram agora que um relógio autônomo sofre muito menos com o ruído, como flutuações na luz do sol devido às nuvens. Os resultados da pesquisa foram publicados online em 14 de agosto, 2018, na revista científica Cartas de revisão física .

Praticamente todos os organismos têm um ritmo dia-noite, pelo qual comem e dormem em momentos fixos do dia, por exemplo. Esse ritmo é ditado pelas concentrações de proteínas nas células do organismo, que oscilam ao longo de um período de 24 horas. Estes incluem o relógio circadiano.

Jet lag

Na maioria das espécies, o relógio circadiano não depende de sinais externos como luz e escuridão. "Se você confinasse pessoas ou animais em uma sala sem luz, então, ainda teriam necessidade de dormir ou comer em um ritmo de cerca de 24 horas. No entanto, nosso relógio biológico é sensível à luz e escuridão, "diz Pieter Rein ten Wolde, que lidera o grupo Redes Bioquímicas da AMOLF. "O período de cerca de 24 horas está definido, mas as fases podem mudar. Se viajarmos para o outro lado do mundo, então, precisamos de tempo para nos ajustar - este é o conhecido fenômeno do jet lag. Contudo, rapidamente pegamos o ritmo alterado do dia para a noite do novo ambiente. "

Algumas bactérias, Contudo, tem o que os biólogos chamam de relógio de ampulheta. Esses relógios precisam ser reajustados à luz todos os dias. Se isso não acontecer, então o relógio para de bater. Ten Wolde:"Esses relógios de ampulheta são encontrados em certos tipos de cianobactérias, as algas azuis que agora estão poluindo as águas de natação em muitos locais. Outras espécies de cianobactérias têm um relógio biológico autônomo, no entanto. Com a ajuda de modelos matemáticos, investigamos qual é a vantagem dos relógios circadianos autônomos. "

Modelagem

Os pesquisadores descobriram que o efeito do ruído difere para os dois tipos de relógio. Para um relógio biológico, variações na intensidade da luz solar devido às nuvens, por exemplo, são uma importante fonte de ruído. "Descobrimos que os relógios autônomos são muito menos sensíveis a esse tipo de ruído, "diz Ten Wolde." Podemos modelar um relógio de ampulheta como um pêndulo. Contanto que um sinal externo o conduza, ele permanece em movimento. Um forte mecanismo de acionamento garante oscilações de grande amplitude e, portanto, uma melhor indicação de tempo. No caso de um forte acoplamento, Contudo, pequenas mudanças no sinal de entrada também são amplificadas, o que torna mais difícil dizer a hora com precisão. Por outro lado, um acoplamento fraco limita a influência do ruído, mas com um acoplamento tão fraco, é difícil manter as oscilações, em outras palavras, o movimento do pêndulo. "

Portanto, é impossível minimizar o efeito do ruído no caso de um relógio de ampulheta. Relógios autônomos, por outro lado, continue a oscilar bem sem a necessidade de um mecanismo de acionamento externo. Para esses relógios, um acoplamento fraco com a luz externa é suficiente para acertar o relógio no caso de grandes mudanças no ritmo diário, como uma viagem a outro continente. Consequentemente, relógios autônomos sofrem muito menos com o ruído e são mais robustos. "Encontramos esse resultado tanto nos modelos que desenvolvemos especificamente para relógios biológicos de cianobactérias, quanto em um modelo matemático mais geral para relógios, "diz Ten Wolde." A confiabilidade em caso de ruído externo é provavelmente a razão de todos os organismos superiores terem um relógio biológico autônomo. Por que os relógios de ampulheta ainda são encontrados na natureza ainda não está claro. Embora estes estejam em desvantagem no caso de ruído externo, relógios de ampulheta possivelmente oferecem uma vantagem se houver muito ruído dentro do organismo. "