Diumenge 23/11/2014

L’evolució del son: 700 milions d’anys de melatonina

Els nostres ancestres marins ja van desenvolupar mecanismes moleculars per estar desperts durant el dia, quan hi ha aliment, i dormir durant la nit sota l'aigua

Carl Zimmer
4 min

EL CICLE DIA-NIT regeix les nostres vides. Quan es pon el sol i la foscor va guanyant terreny, la falta de llum desencadena un seguit de reaccions moleculars que, partint dels ulls, arriben a la glàndula pineal, que secreta una hormona al cervell anomenada melatonina. Quan la melatonina s’adhereix a les neurones, n’altera el ritme elèctric, cosa que sumeix el cervell en el reialme del son. A l’alba, la llum solar elimina la melatonina, cosa que ens empeny a despertar-nos. Per això cada vegada que estem desperts fins tard o que viatgem a un altre continent i actuem en contra del funcionament d’aquests cicles, suprimim la dosi de melatonina que necessitem cada nit i l’endemà ens llevem amb el peu esquerre.

Fa molt de temps que la comunitat científica es pregunta quin és l’origen d’aquest cicle tan potent. Un nou estudi sobre la melatonina apunta que es va desenvolupar fa uns 700 milions d’anys. Els autors de la recerca plantegen que la nostra inactivitat nocturna té l’origen en l’ascens i el descens dels nostres ancestres marins, que pujaven a prop de la superfície dels mars i oceans a l’alba i després s’enfonsaven endormiscats durant la nit.

Per investigar l’evolució del son, un grup de científics del Laboratori Europeu de Biologia Molecular (EMBL), a Alemanya, estudien l’activitat dels gens implicats en la producció de melatonina i altres molècules relacionades amb el son. Els últims anys han comparat l’activitat que tenen aquests gens en vertebrats com nosaltres amb la que tenen en un invertebrat amb el qual estem remotament emparentats: un cuc marí anomenat Platynereis dumerilii. Els científics han estudiat els cucs en les primeres etapes de desenvolupament, quan no són més que larves esfèriques de dos dies d’edat. El medi marí és ple d’animals joves com ells. Molts passen la nit a prop de la superfície alimentant-se d’algues i bocins de nutrients, i durant el dia baixen a més profunditat per amagar-se dels depredadors i dels raigs ultraviolats del sol. Al revés que aquestes larves.

CUCS MARINS I HUMANS

L’equip de l’EMBL, que encapçala Maria Antonietta Tosches, ha examinat els gens que s’activen en les larves d’aquests cucs i han descobert que posseeixen unes cèl·lules a la part superior del cos que generen proteïnes que atrapen la llum: es tracta de les mateixes proteïnes que produeixen els nostres ulls per desencadenar o aturar la secreció de melatonina. Aquestes cèl·lules, a més, activen gens necessaris per produir melatonina.

Els científics es preguntaven si aquest circuit de la melatonina compleix la mateixa funció en aquests cucs que en els humans. Per esbrinar-ho, Tosches i els seus col·legues han fet un seguiment de l’activitat dels gens al llarg de períodes de 24 hores i han descobert que no produïen melatonina ininterrompudament: només ho feien quan era de nit, com en el cas dels humans.

També s’han adonat que la producció nocturna de melatonina permet als cucs ascendir i descendir a l’aigua. Els cucs es desplacen movent uns pèls diminuts d’un costat a l’altre. De dia pugen fins a la superfície. Quan el sol empal·lideix, comencen a produir melatonina. L’hormona s’enllaça a les neurones que controlen els pèls que utilitzen per desplaçar-se i produeixen impulsos elèctrics a un ritme constant. Els impulsos s’imposen al moviment dels pèls i els cucs queden immòbils i s’enfonsen. Quan arriba l’alba, perden la melatonina i comencen a nedar cap a la superfície.

Pel que fa a la melatonina, els humans i els cucs s’assemblen tant que tots dos poden patir jet lag. “Si agafes larves durant el dia i les poses en un lloc fosc, se segueixen comportant com si fos de dia”, explica Tosches. El cicle que regula la melatonina continua determinant com neden. “Tenen un rellotge que ho controla”, afegeix. La semblança entre el circuit de la melatonina en humans i en cucs indica que va sorgir en un ancestre comú. “Potser va ser la primera forma de son”, afirma Detlev Arendt, un altre dels autors del nou estudi.

VINCLE EVOLUTIU

David C. Plachetzki, un biòleg evolutiu de la Universitat de Nou Hampshire que no ha participat en l’estudi, comenta que és “un article interessant, una història molt completa”. De tota manera, afegeix que si bé les semblances entre cucs i humans resulten sorprenents, encara queda molta feina a fer per poder confirmar si hi ha un vincle evolutiu. En qualsevol cas, caldria demostrar que la melatonina compleix una funció semblant en altres animals. “Tan sols tenim aquesta hipòtesi prometedora”, confirma Plachetzki. “Però és una hipòtesi molt bona”, afegeix.

L’estudi planteja una idea fascinant sobre com, a mesura que els nostres ancestres vertebrats desenvolupaven un cervell complex, els gens vinculats amb la melatonina es van anar adaptant. Els científics sostenen que originalment el cicle dia-nit el regulaven cèl·lules multifuncionals que tenien la capacitat de capturar la llum i produir melatonina, però, amb el pas del temps, les funcions es van anar repartint entre cèl·lules especialitzades. Els ulls van passar a ocupar-se de capturar la llum, per exemple, mentre que la glàndula pineal es va fer càrrec de la producció de melatonina.

D’altra banda, aquest treball també pot contribuir a explicar com el son ens desconnecta del món. Quan estem desperts, els senyals procedents dels ulls i els altres sentits passen a través del tàlem, una mena de porta del cervell. La melatonina desactiva el tàlem perquè provoca que les neurones d’aquesta zona produeixin impulsos a un ritme regular. “Estan enfeinades fent la seva, de manera que no poden transmetre informació a la resta del cervell”, precisa Tosches. Potser no és cap coincidència que la melatonina també provoqui impulsos elèctrics rítmics que impedeixen el processament dels senyals normals del dia als cucs. Al capdavall, potser ens submergim en el son de la mateixa manera que els nostres ancestres se submergien en les profunditats de l’oceà.

stats