¿Por qué dormimos? Para reparar el daño causado por la respiración, según los investigadores.

Los delfines alternan el sueño entre el hemisferio derecho e izquierdo de su cerebro. Las jirafas solo necesitan dos horas de sueño al día, mientras que los murciélagos necesitan casi veinte. Existe una gran diversidad en la forma y duración del sueño, y una constante: el reino animal depende de estos periodos de descanso. Los humanos tampoco podemos funcionar sin dormir; en promedio, pasamos un tercio de nuestra vida durmiendo.

Pero quienes duermen entran en un estado de indefensión y vulnerabilidad, arriesgándose, por ejemplo, a ser asesinados por sus enemigos. Además, quienes duermen renuncian a actividades útiles como la búsqueda de alimento y pareja. Desde la perspectiva de la biología evolutiva, el sueño es, por lo tanto, un gran misterio: ¿Por qué los organismos animales no pueden prescindir de estos descansos peligrosos y costosos?

Tras décadas de investigación exhaustiva, un grupo de investigadores liderado por Gero Miesenböck en la Universidad de Oxford está a punto de encontrar la respuesta. Los neurofisiólogos han estudiado moscas de la fruta para examinar cómo se desarrolla la necesidad de sueño a lo largo del día. Y envarias publicaciones científicas , han descrito cómo el cuerpo determina cuándo es hora de volver a descansar.

El sueño cumple muchas funciones. Desempeña un papel fundamental en el aprendizaje y la regulación del sistema inmunitario, como han demostrado numerosos estudios. Sin embargo, Miesenböck y su equipo sostienen que el sueño cumple principalmente una función aún más fundamental: garantiza que las células no sufran daños excesivos durante la respiración y, por lo tanto, obtengan la energía necesaria para su supervivencia.

En los últimos años, los investigadores han reunido diversas pruebas para respaldar su tesis. Ahora combinan estas pruebas con sus resultados, publicados recientemente en la revista "Nature", para formar una cadena de razonamiento coherente .

La secuencia de eventos examina lo que ocurre dentro de células nerviosas especializadas. Cuando estas células se activan, inducen un estado de sueño en el resto del organismo. En los humanos, decenas de miles de células pertenecen al centro de control del sueño, mientras que en las moscas de la fruta solo hay unas treinta. Las células de este centro poseen una especie de sensor que mide la presión del sueño; dicho de otro modo, indica cuánto aumenta el cansancio.

Como demostraron Miesenböck y su equipo hace seis años, el sensor reacciona a los ácidos grasos dañados. Estos ácidos grasos pueden dañarse de esta manera debido a la respiración celular en las mitocondrias. Estos compartimentos celulares especializados suelen denominarse las centrales energéticas de la célula, ya que son los responsables de la producción de energía.

En las mitocondrias se metabolizan los alimentos. Durante esta reacción química, los electrones se transfieren al oxígeno, liberando energía. Mediante un complejo sistema llamado cadena de transporte de electrones, las mitocondrias capturan la energía de los electrones y la convierten en otra forma de energía química: adenosín trifosfato, o ATP. Este es el portador universal de energía que las células utilizan para impulsar sus procesos bioquímicos.

Cuando los electrones siguen su ruta predeterminada en la cadena de transporte de electrones, cuatro de ellos llegan al oxígeno simultáneamente. Así se forma el agua, que es inocua. Sin embargo, en ocasiones, un electrón escapa y va directamente al oxígeno.

Esto es malo porque si el oxígeno absorbe un solo electrón, se transforma en una sustancia química altamente peligrosa, un llamado radical de oxígeno: para adquirir más electrones, el radical de oxígeno destruye todo lo que encuentra a su paso.

Con frecuencia, se utilizan moléculas similares a la grasa procedentes de la membrana mitocondrial. Cuanto más intensamente metabolizan los alimentos las mitocondrias, mayor es la producción de radicales libres de oxígeno y mayor el daño a los ácidos grasos. Estos se distribuyen por toda la célula y llegan al canal iónico, donde interactúan con el sensor y, en última instancia, activan las células inductoras del sueño.

Miesenböck considera que las células inductoras del sueño son como un fusible en un circuito eléctrico. "Si circula demasiada corriente por el circuito, el fusible se funde primero. Esto protege a los demás componentes de posibles daños."

Las células del centro de control del sueño no interrumpen directamente un circuito eléctrico, sino que inician una fase de reposo durante la cual el sistema sobrecalentado puede enfriarse y regenerarse. Durante el sueño, las mitocondrias tienen tiempo para reparar el daño acumulado durante las horas de vigilia.

Las mitocondrias producen energía en todas las células del cuerpo. ¿Por qué las células que inducen el sueño son las más sensibles? Según Miesenböck y su equipo, hay dos razones. Primero, las células nerviosas requieren una cantidad de energía excepcionalmente grande en comparación con otras células del cuerpo. «El cerebro representa aproximadamente el dos por ciento de nuestro peso corporal, pero consume alrededor del veinte por ciento del oxígeno que respiramos», afirma Miesenböck. Por esta razón, las células nerviosas tienen que lidiar con los radicales libres de oxígeno más que otras células.

En segundo lugar, «las células inductoras del sueño se comportan de forma contracíclica», afirma Miesenböck. Su actividad disminuye cuando estamos despiertos y comiendo. Precisamente cuando las mitocondrias disponen de abundante combustible, las células necesitan poca energía. Este desequilibrio entre la oferta y la demanda hace que la respiración celular en las mitocondrias sea más propensa a errores y conduce a la formación de más radicales libres de oxígeno.

En su último estudio, el grupo de investigación examinó qué sucede en las células inductoras del sueño cuando se impide que las moscas duerman durante una noche. «Fingimos ser tontas para investigar de la forma más abierta e imparcial posible qué procesos biológicos se activan o se inhiben por la privación del sueño», explica Miesenböck.

Comprobar que los resultados de este análisis coincidían exactamente con los hallazgos previos sobre el canal iónico le produjo una gran satisfacción. Todos los genes que se activan más durante la privación de sueño participan en la producción de energía. Al microscopio, los investigadores también observaron que, tras una noche sin dormir, las células inductoras del sueño contenían más mitocondrias, pero estas eran significativamente más pequeñas.

Al parecer, la privación de sueño provoca una mayor división o fragmentación de las mitocondrias, una especie de mecanismo de protección. «Creemos que estas divisiones sirven para separar las regiones dañadas de las que aún funcionan, de modo que las regiones dañadas puedan enviarse al sistema de eliminación de desechos celulares», explica Miesenböck.

En experimentos posteriores, los investigadores demostraron que la relación entre la privación de sueño y las mitocondrias pequeñas también funciona a la inversa: cuando utilizaron ingeniería genética para acelerar la división de las mitocondrias en las moscas, las células inductoras del sueño se activaron con menor frecuencia y las moscas durmieron durante períodos más cortos. Por el contrario, las mitocondrias que se fusionan con mayor frecuencia entre sí, formando así menos compartimentos pero de mayor tamaño en las células, dan lugar a duraciones del sueño más prolongadas.

A partir de sus resultados, los investigadores concluyen que el sueño es una adaptación a la respiración con oxígeno: este comportamiento evolucionó para satisfacer una necesidad básica de recuperación energética. «La causa del sueño es un problema bioquímico simple», afirma Miesenböck.

En su opinión, los resultados también explican por qué las personas con enfermedades mitocondriales se sienten constantemente agotadas. «No sufren de debilidad muscular, por lo que sus mitocondrias producen suficiente energía», afirma Miesenböck. «Pero debido a la enfermedad, se escapan más electrones en el proceso. Esto conlleva una mayor necesidad de sueño».

Compara los electrones que escapan con granos de arena en un reloj de arena: constantemente se añaden nuevos, y su número indica cuándo es el momento de restablecer el equilibrio y, por lo tanto, de irse a dormir.

¿Acaso Miesenböck cuenta electrones en lugar de ovejas en su mente cuando no puede conciliar el sueño? «No», responde. «Por suerte, suelo dormir bien. Pero si una noche me agobian las preocupaciones, enciendo la lámpara de noche —para disgusto de mi mujer— y leo hasta que me da sueño y puedo volver a dormirme».