1.

Introduzione

Orologio biologico Sistema fisiologico che permette agli organismi di sincronizzare alcune delle proprie funzioni con il ritmo di eventi esterni, quali l’alternarsi del giorno e della notte, il succedersi delle stagioni, il ritmo delle maree o delle fasi lunari. In particolare, l’orologio biologico determina negli organismi il cosiddetto ritmo circadiano, in base al quale molte funzioni corporee (come l’andamento della temperatura corporea, l’alternarsi della veglia e del sonno, le variazioni della glicemia e del metabolismo) si svolgono su un ciclo di circa 24 ore.

2.

Il fattore “luce”

Il principale stimolo è costituito dalla luce: essa viene percepita attraverso i recettori visivi e, attraverso il nervo ottico, stimola alcuni centri cerebrali. In particolare, la luce ha una funzione di regolazione dell’orologio biologico interno per la funzione riproduttiva. La maggiore quantità di luce, all’inizio del periodo primaverile, rappresenta infatti per molti organismi un segnale particolare che, percepito attraverso i recettori visivi, viene trasmesso ad alcuni centri cerebrali e, da qui, all’epifisi, una ghiandola che secerne l’ormone melatonina. A sua volta, questo processo ha un effetto di stimolazione della funzione ipotalamica e, quindi, ipofisaria; da ciò deriva uno stimolo alla maturazione delle gonadi. In tal modo, gli organismi sincronizzano la propria capacità riproduttiva con la stagione più favorevole. Sembra che anche gli spostamenti migratori siano regolati da un meccanismo di questo tipo.

3.

Sfasamento dell’orologio interno

Quando gli organismi vengono privati di stimoli esterni, quali la luce o la temperatura, essi continuano a mantenere una periodicità nelle proprie funzioni che, tuttavia, nel tempo si sfasa rispetto al ritmo iniziale. Ciò significa che esiste un orologio fisiologico interno che non è necessariamente sincronizzato con il ritmo degli eventi esterni. Tale fenomeno può essere dimostrato mediante esperimenti in cui alcuni soggetti, mantenuti in condizioni di isolamento per lunghi periodi di tempo, seguono propri ritmi regolari di veglia, di alimentazione e di sonno, che, al termine dell’esperimento, risultano essere sfasati rispetto ai ritmi mantenuti dagli altri individui non isolati. Lo sfasamento non avviene in condizioni normali, poiché gli stimoli esterni permettono il continuo “riaggiustamento” degli orologi biologici.

Molti organismi a tale scopo, utilizzano probabilmente fattori come la luce, le variazioni ritmiche della temperatura o altri segnali ambientali. Quando l’errore di un orologio diventa consistente, perché l’organismo possa ritrovare un ritmo corretto occorre talvolta qualche giorno. Questo fenomeno, ben noto a chi viaggia in aereo tra zone a fuso orario diverso, viene detto jet lag.

4.

Orologi biologici negli organismi

L’orologio biologico che permette di sincronizzare l’organismo con l’ambiente circostante si basa talvolta su meccanismi molto semplici. Ad esempio, un unico lampo di luce può agire come interruttore e indurre l’attività in alcuni organismi, allo stesso modo della luce dell’alba che, in natura, comporta il risveglio di molti animali. Ricerche condotte negli anni Ottanta hanno suggerito che questo semplice stimolo visivo funziona anche nell’uomo. Altri studi, come quelli che hanno individuato il gene per (abbreviazione di period) nel moscerino della frutta, suggeriscono che in alcuni organismi semplici un singolo gene potrebbe essere responsabile dei meccanismi coinvolti nel mantenimento del ritmo biologico.

1.

La regolazione a livello cellulare

Gli orologi biologici sembrano essere presenti anche a livello cellulare. Pertanto quando un frammento di tessuto, ad esempio l’occhio di una lumaca di mare, viene espiantato dall’organismo di origine, finché viene mantenuto in vita è in grado di mantenere il suo ritmo giornaliero. Nel cervello della maggior parte degli animali sembra esistere un orologio principale, che comunica per via chimica i suoi “segnali orari” al resto del corpo. Quest’ipotesi viene confermata dal seguente esperimento: se si rimuove il cervello dalla pupa di una falena e lo si espone all’alba artificiale di un fuso orario, quando questo viene reimpiantato nell’addome di una pupa priva di testa e abituata a un differente fuso orario, quest’ultima sfarfalla all’ora regolata dal cervello impiantato. Il cervello, infatti, in base al suo orologio interno stimola la liberazione di un ormone che dà l’avvio al complesso processo della metamorfosi della pupa. Esperimenti sui criceti hanno dimostrato che in questi animali l’orologio biologico principale è localizzato nell’ipotalamo, in particolare in gruppi di cellule cerebrali chiamati nuclei sovrachiasmatici.

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Importanza degli orologi biologici

Oltre che per puro interesse scientifico, una più completa comprensione del funzionamento degli orologi biologici potrebbe essere importante per lo studio di altri fenomeni fisiologici a esso collegati. Alcune teorie sull’invecchiamento sono, ad esempio, basate sull’osservazione che, nella vecchiaia, gli orologi biologici minori, presenti nelle diverse parti del corpo, sembrano via via sfasarsi rispetto all’orologio principale, situato nel cervello; in base a queste ipotesi, la mancanza di sincronizzazione potrebbe contribuire a molti dei disturbi associati all’invecchiamento.