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Bioluminiscencia: brillando con luz propia

Algunas de las imágenes de paisajes más comentadas son las conocidos como “mares de estrellas” de Jervis Bay (Australia) o las cuevas de estrellas (Nueva Zelanda). Lugares que brillan en la oscuridad. ¿Es un fotomontaje? No, en realidad se trata de un proceso natural por el que los organismos brillan con luz propia. 

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A. Imagen de Jervis Bay (Foto: maxres) B. Imagen de Waitomo Glowworms cave en Nueva Zelanda (Foto: Forevergone).

LA BIOLUMINISCENCIA

Aunque así lo parezca, este no es un proceso mágico. La bioluminiscencia es un tipo de quimioluminiscencia (proceso químico de producción de luz) por el cual los organismos vivos son capaces de producir luz. A diferencia de la fluorescencia, la bioluminiscencia es propia de los organismos, es decir, son ellos mismos quién la producen.

Muchas especies, sobre todo marinas, presentan esta capacidad. Se estima que un 90% de las especies que habitan en las regiones más profundas del océano son capaces de producir luz. Marc Arenas habla sobre estos fascinantes organismos en sus dos articulos de viaje a las produndidades I y II.  A nivel terrestre este número desciende, aún así todos conocemos el caso de las luciérnagas (família Lampyridae) y los hongos bioluminiscentes (género Amarillia, Mycena…).

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Luciérnaga (Fam Lampyridae) y hongos Mycena chlorophos. (Imagen: National Geographic)

La reacción de bioluminiscencia es una oxidación acalorífica, es decir, que no produce calor. Los organismos presentan una proteína conocida como Luciferina que mediante la acción de una enzima Luciferasa se oxida. En la imagen siguiente podemos ver una representación sencilla de esta reacción. La luciferasa permite que la proteína luciferina se una al oxigeno. La energía resultante de esta oxidación se da en forma de luz. Llevar a cabo este proceso tiene un coste para los organismos, ya que se consume ATP (molécula energética utilizada para el funcionamiento de las células).

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Esquema de la bioluminiscencia (Imagen: the HuffPostworks)

Existen dos tipos diferentes de bioluminiscencia: intracelular (la reacción química se da en órganos especializados conocidos como fototrofos) y extracelular (las moléculas se sintetizan en el organismo y luego son expulsadas hacia el exterior donde se da la reacción). En el caso de la intracelular podemos encontrar aquellos organismos que sintetizan las moléculas necesarias o aquellos que mantienen una relación simbiótica con bacterias luminiscentes.

¿PARA QUÉ SIRVE LA BIOLUMINISCENCIA?

Como hemos dicho, la mayoría de organismos que presentan la capacidad de sintetizar luz propia viven en lugares oscuros (cuevas, el fondo oceánico…). Estas criaturas se han tenido que adaptar a estas duras condiciones. La bioluminiscencia se utiliza para una gran variedad de situaciones.

  • Comunicación intraespecífica. Se utiliza para la comunicación entre organismos de la misma especie, por ejemplo para el apareamiento. En el articulo “¿Como se comunican los insectos? ” Irene nos habla de los diferentes métodos que utilizan, entre ellos la bioluminiscencia utilizada por las luciérnagas.
  • Defensa. Hay ciertos organismos que al verse perturbados o atacados producen luz intracelularmente o extracelularmente para espantar al depredador. Un ejemplo muy interesante es el Calamar vampiro (Vampyroteuthis infernalis) que escupe un moco bioluminiscente para despistar a sus depredadores.
  • Atracción de la presa. Ciertos organismos poseen órganos productores de luz que atraen a sus presas. Como por ejemplo los pertenecientes al género Lophiiformes.
  • Camuflaje. En ciertos casos la bioluminiscencia se utiliza para camuflarse en las sombras del océano, como seria el caso de los Peces hacha.

BIOLUMINISCENCIA EN LOS MICROORGANISMOS

Muchos microorganismos tienen la capacidad de producir luz propia y sus intenciones no son muy diferentes a la de los organismos superiores. En ciertos casos, la bioluminiscencia es utilizada como método de detoxificación del oxigeno, es decir, una mera forma de eliminar el oxigeno sobrante. En otros, se utiliza como método de comunicación.

Algunos dinoflagelados, como por ejemplo Pyrodinium bahamense, tienen la capacidad de producir luz cuando las condiciones ambientales han sido muy favorables y su población ha sufrido un crecimiento exponencial. En ese momento, cuando el agua es movida se produce la reacción luminosa, como seria el caso de las famosas playas de estrellas.

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Crecimiento excesivo de dinoflagelados que producen bioluminiscencia en la orilla del mar. (Imagen: Ies Rey Pelayo)

En los órganos especializados de ciertos animales encontramos cepas bacterianas como Vibrio fischeri o Photobacterium. Estos organismos reciben nutrientes del organismo superior y como resultado de su actividad metabólica producen luz.

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Imagen del Calamar hawaiano (Euprymna scolopes) y ampliación de su órgano luminoso. En el interior podemos observar bacterias Vibrio fischeri bioluminiscentes. (Imagen: Eric Stabb)

En muchos casos, la producción de luz bacteriana está condicionada por la densidad poblacional, es decir, solo se produce luz cuando hay muchas bacterias. Ese sistema de regulación se denomina quorum sensing o percepción de quorum. ¿De que se trata?

QUORUM SENSING

En la percepción de quorum, los microorganismos liberan al medio substancias autoinductoras (favorecen un determinado proceso). Cuando la concentración de estas substancias es muy grande debido a una gran densidad poblacional, se activan ciertos procesos regulados genéticamente, como seria el caso de la bioluminiscencia.

Esta es una forma de comunicación entre los microorganismos, ya que muchos procesos dependen de la densidad poblacional. En el caso de Vibrio fischeri, ésta solo produce luz cuando la densidad poblacional ha llegado a un determinado tamaño. Cuando las moléculas autoinductoras se ponen en contacto con las bacterias, se inicia un proceso genético que regula la producción de la enzima luciferasa y, por tanto, la bioluminiscencia.

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Imagen del proceso genético simplificado de la bioluminiscencia depediente del quorum. (Imagen: Cornell Institute for Biology teachers).

BIOTECNOLOGIA Y BIOLUMINISCENCIA

La biomimética, ciencia que utiliza a la naturaleza como fuente de inspiración para crear tecnologías que resuelvan problemas humanos, tiene como próxima frontera la adaptación de estos mecanismos de iluminación. ¿Imagináis substituir las farolas por arboles bioluminiscentes? Actualmente no es posible aún, pero existen grandes empresas que centran sus esfuerzos en cambiar la electricidad de las ciudades por energías más baratas y renovables. Mediante la modificación genética de las plantas, se introduciría el gen responsable de la bioluminiscencia y estas plantas serían capaces de producir luz.

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Recreación da la iluminación del futuro con plantas bioluminiscentes. (Imagen: iluminet)

Esta forma de energía, aparte de reducir el gasto energético y la contaminación, es rápida y sencilla de mantener. Solo mediante un gel rico en nutrientes y una colonia de Vibrio fischeri podríamos tener una iluminación brillante y continua. ¿Será entonces esta la nueva forma de iluminación de nuestras ciudades?

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La naturaleza es majestuosa y sigue dándonos lecciones, sólo hay que aprender a observar. 

REFERENCIAS

  • Brock, biología de los microorganismos. Michael T, Madigan. Ed. Pearson.
  • Ocean Today. NOAA. (Inglés)
  • The bioluminescence Web Page. (Inglés)
  • Imagen portada: Andy Hutchinson

Maribel-castellà

 

Un pensament a “Bioluminiscencia: brillando con luz propia”

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