Ciclos circadianos : estructuras emergentes en poblaciones de osciladores acoplados.

Todos los seres vivos, desde las bacterias a los humanos, tienen la capacidad de sincronizarse y anticiparse a los cambios periódicos impuestos por el ambiente, lo cual les otorga una ventaja evolutiva. Los ritmos circadianos, que son los ritmos cuyo período es cercano a la duración de un día, so...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor principal: Cascallares, María G.
Formato: Tesis NonPeerReviewed
Lenguaje:Español
Publicado: 2017
Materias:
Física estadística
Synchronization
Sincronización
[Circadian cycle
Ciclos circadianos
Complex networks
Redes complejas]
Acceso en línea:http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/641/1/1Cascallares.pdf
Aporte de:
Repositorio Institucional Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro (RICABIB) de Instituto Balseiro
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description Todos los seres vivos, desde las bacterias a los humanos, tienen la capacidad de sincronizarse y anticiparse a los cambios periódicos impuestos por el ambiente, lo cual les otorga una ventaja evolutiva. Los ritmos circadianos, que son los ritmos cuyo período es cercano a la duración de un día, son generados por relojes a nivel molecular, que se sincronizan con el ambiente y se organizan para dar como resultado un comportamiento con ese período. En esta tesis estudiamos tres de los organismos modelos más estudiados en cronobiología: las cianobacterias, los ratones y la mosca de la fruta. En cianobacterias analizamos el efecto de la modulación de la luz en la competencia entre cepas mutantes para el reloj. Utilizando un modelo teórico, se estudió el valor adaptativo del reloj. Propusimos un experimento sencillo para comprobar las predicciones del modelo. Para estudiar el reloj de mamíferos también se utilizó un modelo matemático. Estudiamos la sincronización entre dos grupos de osciladores acoplados basados en la evidencia experimental de la existencia de dos grupos en el núcleo supraquiasmático, que es el reloj central de los mamíferos. Encontramos que en algunos casos el comportamiento global del sistema no es intuitivo y por ejemplo incrementar el acoplamiento entre ambos grupos puede ir en contra de una mayor sincronización global. Por ultimo, trabajamos en colaboración con la Dra Lorena Franco en la creación de su laboratorio de Drosophila melanogaster. Desarrollamos un dispositivo para hacer registro de la actividad locomotora de las moscas y realizamos experimentos con moscas wild-type y moscas mutantes en el reloj. Encontramos que las propiedades estad´ısticas de la actividad de la mosca son similares a las del ratón en el caso de las moscas wild-type. En el caso de las mutantes se evidencia en los patrones de movimiento que su reloj no funciona correctamente. Ademas, nos interesamos en un output menos estudiado, que es el comportamiento de oviposición. En primer lugar comprobamos que este ritmo también es circadiano. En búsqueda de cuál es la jerarquía de los relojes que controlan este ritmo, realizamos experimentos con distintos mutantes. Encontramos que las moscas con el reloj alterado en todos sus tejidos no presentan ritmicidad en la puesta de huevos y que las neuronas reloj son necesarias para mantener el ritmo.
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En cianobacterias analizamos el efecto de la modulación de la luz en la competencia entre cepas mutantes para el reloj. Utilizando un modelo teórico, se estudió el valor adaptativo del reloj. Propusimos un experimento sencillo para comprobar las predicciones del modelo. Para estudiar el reloj de mamíferos también se utilizó un modelo matemático. Estudiamos la sincronización entre dos grupos de osciladores acoplados basados en la evidencia experimental de la existencia de dos grupos en el núcleo supraquiasmático, que es el reloj central de los mamíferos. Encontramos que en algunos casos el comportamiento global del sistema no es intuitivo y por ejemplo incrementar el acoplamiento entre ambos grupos puede ir en contra de una mayor sincronización global. Por ultimo, trabajamos en colaboración con la Dra Lorena Franco en la creación de su laboratorio de Drosophila melanogaster. Desarrollamos un dispositivo para hacer registro de la actividad locomotora de las moscas y realizamos experimentos con moscas wild-type y moscas mutantes en el reloj. Encontramos que las propiedades estad´ısticas de la actividad de la mosca son similares a las del ratón en el caso de las moscas wild-type. En el caso de las mutantes se evidencia en los patrones de movimiento que su reloj no funciona correctamente. Ademas, nos interesamos en un output menos estudiado, que es el comportamiento de oviposición. En primer lugar comprobamos que este ritmo también es circadiano. En búsqueda de cuál es la jerarquía de los relojes que controlan este ritmo, realizamos experimentos con distintos mutantes. Encontramos que las moscas con el reloj alterado en todos sus tejidos no presentan ritmicidad en la puesta de huevos y que las neuronas reloj son necesarias para mantener el ritmo. All living organisms, including animals, plants and many tiny bacteria, have the ability to synchronize and predict periodical environmental changes, which put organisms at a selective advantage in evolutionary terms. Circadian rhythms are those behavioral and physiological changes that follow a roughly 24-hour cycle, responding primarily to light and darkness. These rhythms are driven by a molecular clock. In this thesis, we will study circadian rhythms in three important model organisms: cyanobacteria, mice, and the fruit fly. We analyzed the effect of having a modulation in the amount of light when two different strains of cyanobacteria grow in competition. Using a theoretical model, we studied the adaptative value of the clock. We have proposed a simple experiment, in order to verify our results. We also used a mathematical model to study the mammalian clock. In mammals, the pacemaker neurons are located in the suprachiasmatic nucleus (SCN) of the brain, which can be divided between a ventrolateral core and a dorsomedial shell region. We studied the synchronization properties of a system formed by two groups of fully coupled phase oscillators. Even for such a simple system, we show that counterintuitive behaviors can take place. In particular, we show that in some cases increasing the coupling between the oscillators can hinder global synchronization. Finally, we have worked in collaboration with Dr. Lorena Franco, who is starting her Drosophila’s lab. We developed a tracking system to monitor the fly’s locomotor activity, and performed experiments with wild-type and mutant flies. We found that several statistical properties of the locomotor activity are similar in mice and flies, and showed that the activity patterns in mutant flies are different from wild-type flies. We have also analyzed a poorly studied circadian rhythm, the egg-laying behavior. In the first place, we studied the molecular clock participation on egg-laying behavior by analyzing oviposition in control flies. Then we studied if oviposition is regulated by central or peripheral clocks and found that the central molecular clock is necessary for rhythmic oviposition. 2017-08-17 Tesis NonPeerReviewed application/pdf http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/641/1/1Cascallares.pdf es Cascallares, María G. (2017) Ciclos circadianos : estructuras emergentes en poblaciones de osciladores acoplados. / Circadian cycles: emergent structures in populations of coupled oscillators. Tesis Doctoral en Física, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro. http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/641/

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