Cosa è teorizzato per evolversi con i ritmi circadiani?
doc-3463
Ciò che ha fatto evolvere i ritmi circadiani è stata una questione enigmatica. Precedenti ipotesi hanno sottolineato che proteine fotosensibili e ritmi circadiani possono essere nati insieme nelle prime cellule, con lo scopo di proteggere il DNA replicando da alti livelli di radiazioni ultraviolette dannose durante il giorno. Come risultato, la replicazione è stata relegata al buio. Tuttavia, le prove di questo manca, dal momento che gli organismi più semplici con un ritmo circadiano, il cianobatteri, fare l' opposto di questo - si dividono più nel giorno. Recenti studi hanno invece evidenziato l' importanza della co-evoluzione delle proteine redox con oscillatori circadiani in tutti e tre i regni della vita dopo il Grande Evento di Ossidazione circa 2,3 miliardi di anni fa. L' opinione attuale è che i cambiamenti circadiani nei livelli di ossigeno ambientale e la produzione di specie reattive dell' ossigeno (ROS) in presenza di luce diurna hanno probabilmente portato alla necessità di evolvere ritmi circadiani per prevenire, e quindi contrastare, dannose reazioni redox quotidiane.
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doc-3447
I ritmi circadiani consentono agli organismi di anticipare e prepararsi a cambiamenti ambientali precisi e regolari. Consentono quindi agli organismi di sfruttare al meglio le risorse ambientali (ad esempio ) rispetto a quelli che non sono in grado di prevedere tale disponibilità. È stato quindi suggerito che i ritmi circadiani diano agli organismi un vantaggio selettivo in termini evolutivi. Tuttavia, la ritmicità sembra essere importante per regolare e coordinare i processi metabolici interni, come pure in coordinamento con l' ambiente. Questo è suggerito dal mantenimento (ereditabilità) dei ritmi circadiani nelle mosche della frutta dopo diverse centinaia di generazioni in costanti condizioni di laboratorio, così come nelle creature in costante oscurità allo stato selvatico, e dall' eliminazione sperimentale dei ritmi circadiani comportamentali, ma non fisiologici, nelle quaglie. cambiamenti ambientali.
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doc-3448
Ricercatori norvegesi dell' Università di Tromsø hanno dimostrato che alcuni animali artici (ptarmigan, renne) mostrano ritmi circadiani solo nelle parti dell' anno che hanno albe e tramonti quotidiani. In uno studio sulle renne, gli animali a 70 gradi nord mostravano ritmi circadiani in autunno, inverno e primavera, ma non in estate. R renna su Svalbard a 78 gradi Nord ha mostrato tali ritmi solo in autunno e primavera. I ricercatori sospettano che anche altri animali artici possano non mostrare ritmi circadiani nella luce costante dell' estate e nel buio dell' inverno.
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doc-3452
Ritmi circadiani vegetali dire alla pianta che stagione è e quando a fiorire per le migliori possibilità di attirare impollinatori. I comportamenti che mostrano i ritmi includono il movimento delle foglie, la crescita, la germinazione, lo scambio stomatale/gas, l' attività enzimatica, l' attività fotosintetica e l' emissione di fragranze, tra gli altri. I ritmi Circadiani si presentano come trascinamenti vegetali per sincronizzarsi con il ciclo luminoso dell' ambiente circostante. Questi ritmi sono generati endogeno e autosufficienti e sono relativamente costanti su una gamma di temperature ambiente. Tra le caratteristiche importanti vi sono due cicli di feedback di trascrizione-traduzione che interagiscono: proteine contenenti domini PAS, che facilitano le interazioni proteico-proteine; e diversi fotorecettori che regolano l' orologio in base alle diverse condizioni di luce. L' anticipazione dei cambiamenti nell' ambiente consente di modificare in modo appropriato lo stato fisiologico della pianta, conferendo un vantaggio adattativo. Una migliore comprensione dei ritmi circadiani delle piante ha applicazioni in agricoltura, ad esempio aiutando gli agricoltori a scaglionare i raccolti per estendere la disponibilità delle colture e proteggendoli da perdite massicce dovute alle condizioni meteorologiche.
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doc-3462
Studi condotti su animali ed esseri umani mostrano importanti relazioni bidirezionali tra il sistema circadiano e le droghe abusive. Si dice che questi farmaci abusivi colpiscono il pacemaker circadiano centrale. Le persone che soffrono di abuso di sostanze mostrano ritmi disturbati. Questi ritmi disturbati possono aumentare il rischio di abuso di sostanze e ricadute. È possibile che disturbi genetici e/o ambientali al normale ciclo sonno e veglia possano aumentare la suscettibilità alla dipendenza.
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doc-13420
Oggi tutti gli esseri umani sono classificati come appartenenti alle specie Homo sapiens e sottospecie Homo sapiens sapiens. Tuttavia, questa non è la prima specie di omininae: le prime specie del genere Homo, Homo habilis, sono teorizzate per evolversi in Africa orientale almeno 2 milioni di anni fa, e i membri di questa specie hanno popolato diverse parti dell' Africa in un tempo relativamente breve. Homo erectus è teorizzato per essere evoluto più di 1,8 milioni di anni fa, e da 1,5 milioni di anni fa si era diffuso in tutta Europa e Asia. Praticamente tutti gli antropologi fisici concordano sul fatto che l' Homo sapiens arcaico (un gruppo comprendente le possibili specie H. heidelbergensis, H. rhodesiensis e H. neanderthalensis) si sia evoluto da Homo erectus africano (sensu lato) o Homo ergaster).
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doc-3467
Ritmi circadiani indipendenti più o meno assenti si trovano in molti organi e cellule del corpo al di fuori dei nuclei soprachiasmatici (SCN), il "master clock". Questi orologi, chiamati oscillatori periferici, si trovano nella ghiandola surrenale, esofago, polmoni, fegato, pancreas, milza, timo e pelle. Anche se gli oscillatori nella pelle rispondono alla luce, non è stata dimostrata un' influenza sistemica.
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doc-3466
Le prime ricerche sui ritmi circadiani suggerirono che la maggior parte delle persone preferivano un giorno più vicino alle 25 ore se isolato da stimoli esterni come la luce diurna e il cronometraggio. Tuttavia, questa ricerca era difettosa perché non riusciva a proteggere i partecipanti dalla luce artificiale. Anche se i soggetti sono stati protetti da segni di tempo (come gli orologi) e la luce diurna, i ricercatori non erano a conoscenza degli effetti di ritardo di fase di luci elettriche per interni. I soggetti hanno potuto accendere la luce quando erano svegli e spegnerla quando volevano dormire.
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doc-3449
L' oscillatore centrale genera un ritmo autosufficiente ed è guidato da due loop di feedback che interagiscono tra loro e che sono attivi in diverse ore del giorno. Il ciclo mattutino consiste di CCA1 (Circadian e Clock-Associated 1) e LHY (Late Elongated Hypocotyl), che codificano fattori di trascrizione MYB strettamente correlati che regolano i ritmi circadiani in Arabidopsis, così come PRR 7 e 9 (Pseudo-Response Regulators). Il ciclo serale è composto da GI (Gigantea) e ELF4, entrambi coinvolti nella regolazione dei geni del tempo di fioritura. Quando CCA1 e LHY sono iperespressi (in condizioni di luce o buio costanti), le piante diventano aritmiche e i segnali mRNA si riducono, contribuendo ad un loop di feedback negativo. L' espressione genica di CCA1 e LHY oscilla e raggiunge picchi nelle prime ore del mattino, mentre l' espressione genica TOC1 oscilla e raggiunge picchi nelle prime ore serali. Mentre in precedenza si era ipotizzato che questi tre geni modellassero un ciclo di feedback negativo in cui CCA1 e LHY iperespressi reprimessero TOC1 e TOC1 iperespressi erano un regolatore positivo di CCA1 e LHY, nel 2012 Andrew Millar e altri dimostrarono che il TOC1 fungeva di fatto da repressore non solo di CCA1, LHY e PRR7 e 9 nel ciclo mattutino, ma anche di CCA1, LHY e PRR7.
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doc-3457
Nel 1896, Patrick e Gilbert osservarono che durante un lungo periodo di privazione del sonno, la sonnolenza aumenta e diminuisce con un periodo di circa 24 ore. Nel 1918, J. S. S. Szymanski ha dimostrato che gli animali sono in grado di mantenere i modelli di attività 24 ore su 24 in assenza di segni esterni come la luce e le variazioni di temperatura. All' inizio del XX secolo, i ritmi circadiani furono osservati nei tempi ritmici dell' alimentazione delle api. Esperimenti estesi sono stati fatti da Auguste Forel, Ingeborg Beling e Oskar Wahl per vedere se questo ritmo era dovuto ad un orologio endogeno.
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doc-2470
Una componente chiave del sistema di eccitazione è il nucleo soprachiasmatico (SCN), una piccola parte dell' ipotalamo situata direttamente al di sopra del punto in cui i nervi ottici dai due occhi si incrociano. L' SCN contiene l' orologio biologico centrale del corpo. Neuroni mostrano livelli di attività che crescono e cadono con un periodo di circa 24 ore, ritmi circadiani: queste fluttuazioni di attività sono guidate da cambiamenti ritmici nell' espressione di un insieme di "geni clock". L' SCN continua a mantenere il tempo anche se viene asportato dal cervello e posto in un piatto di soluzione nutritiva calda, ma normalmente riceve input dai nervi ottici, attraverso il tratto retino-ipotalamico (RHT), che permette di regolare l' orologio ogni giorno cicli luce-scuro.
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