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El famoso bichito de luz o luciérnaga tienen órganos lumínicos especiales situados bajo el abdomen que producen el fenómeno de bioluminiscencia. ¿Un misterio? No, estudios realizados al respecto dan respuesta a esta curiosidad.
Medusas luminosas.
La bioluminiscencia es un fenómeno de tipo químico y consiste en la producción de luz por parte de los organismos vivientes. La iluminación entre los organismos vivos interesa especialmente por su eficiencia y escaso impacto, ya que no hay energía que se disipe en forma de calor residual. La luz sirve de advertencia a otras especies para que se mantengan alejadas. También puede ser una vía para camuflarse cuando hay enemigos acechando.
Investigando el fenómeno
Fue a partir de los estudios realizados por el farmacólogo francés, Raphael Dubois (1849 - 1929), que se pudieron dilucidar los mecanismos de este proceso químico.
Sus primeros trabajos se centraron en el estudio de la luz producida por la luciérnaga Pyrophorus y, posteriormente, en el molusco del género Pholas. Gracias a sus investigaciones se pudo establecer que el proceso estaba relacionado con la oxidación enzimática de un compuesto bioquímico específico que él denominó luciferina.
Escarabajo bioluminiscente.
Fue así que estableció el sistema luciferina-luciferasa (Dubois, 1884; 1885; 1886). Posteriormente el estadounidense Edmund Newton Harvey, a principio del siglo XX, encontró que hay una especificidad del sistema luciferina-luciferasa para las diferentes especies, es decir que cada especie puede producir solamente su propia luciferina (McElroy & Seliger, 1962; Lee, 2008).
¿Cómo se produce el fenómeno?
Por un proceso químico en el que intervienen la luciferina acompañada de la enzima luciferasa, la molécula energética ATP y el oxígeno. Aclaremos conceptos antes de seguir con la respuesta.
Luciérnaga (Photinus pyralis) es el tipo de luciérnaga más común en América del Norte.
Luciferina: es una molécula responsable de la emisión de luz.
Luciferasa: es un término genérico para la clase de enzimas oxidativas utilizados en bioluminiscencia. Las enzimas son moléculas de naturaleza proteica y estructural que catalizan reacciones químicas.
ATP: es un nucleótido fundamental en la obtención de energía celular. Los nucleótidos son moléculas orgánicas y estas últimas son sustancias químicas que contienen carbono.
Luciérnaga (Pyractomena) emiten una luz anaranjada.
Teniendo en claro los conceptos anteriormente explicados, el fenómeno de bioluminiscencia se da del siguiente modo:
El oxígeno oxida la luciferina, y la molécula de ATP proporciona la energía para que se forme la luciferina oxidada. Durante el proceso, el exceso de energía se libera en forma de luz.
Esta reacción se produciría en todos los casos sin la necesidad de la presencia de la luciferasa, sin embargo en el mundo animal la bioluminiscencia debe producirse en cuestión de segundos ya que en la mayoría de casos se usa como sistema de defensa. Por esa razón se requiere la enzima luciferasa que hace que la reacción sea mucho más rápida.
Podemos ilustrar este proceso químico con la siguiente ecuación:
Referencias: ATP = adenosín trifosfato, Mg+2 = ión Magnesio, PPi = fosfato inorgánico, AMP = adenosín monofosfato, CO2 = dióxido de carbono, O2 = oxígeno.
Tipos de bioluminiscencia
Dentro del fenómeno de la bioluminiscencia existen diferentes tipos, los cuales se detallan a continuación:
La bioluminiscencia intracelular es propia de algunas especies como por ejemplo: los dinoflagelados. La luz es generada por un tipo de célula que emite luz a través del cuerpo del organismo. La intensidad de la luz puede regularse por materiales de tipo reflectantes como los cristales de urato.
La bioluminiscencia extracelular se da por la reacción química que se da en el complejo luciferina-luciferasa fuera del organismo. Ambos compuestos son almacenados en glándulas especiales y cuando son liberados ambos reactivos se mezclan y se produce la emisión de luz.
Bacterias luminiscentes que viven dentro de animales marinos en una relación de tipo simbiótica, ejemplo en algunos moluscos y peces.
Organismos que producen luz
El Melanocetus johnsonii es un pez abisal que vive en profundidades normalmente de 3.000 - 4.000 metros. Su antena posee bacterias bioluminiscentes que le sirve para atraer a sus presas.
Los organismos que producen luz habitan en su mayoría en hábitats acuáticos. Dado que en las profundidades oceánicas los niveles de luz son reducidos, alrededor del 90% de los animales marinos manifiesten su bioluminiscencia de alguna manera. En tanto, la bioluminiscencia terrestre se limita al reino de los hongos e invertebrados, como las luciérnagas, y algunos escarabajos.
- En los peces, la bioluminiscencia se da por la presencia de ciertas bacterias que viven dentro de su cuerpo y son las responsables de la emisión de luz. En otros casos, los organismos cuentan con órganos que emiten luz que se llaman fotóforos.
Los peces abisales son aquellos animales que habitan en las profundidades abisales de los mares y océanos, viven en las aguas cálidas del océano Pacífico, océano Índico y Mar Rojo. Mantienen una relación simbiótica con ciertas bacterias que brillan; es decir, se necesitan mutuamente para sobrevivir. Las bacterias producen luz por medio de reacciones bioquímicas que les permite a los peces abisales cazar, navegar, comunicarse y camuflarse de sus depredadores. Por su parte, las bacterias tienen oxígeno y nutrientes provenientes de la sangre del pez. Sin un suministro continuo de oxígeno, las bacterias no podrían brillar.
Para escapar de sus depredadores, el pez abisal apaga la fuente de luz tapando su órgano luminoso con una especie de párpado que funciona como la cortina de una ventana; al hacer esto parece desvanecerse en la oscuridad. Otras especies de peces luminosos giran el órgano hacia la cabeza hasta que desaparece, en lugar de taparlo.
- La lámpara maravillosa (Lycoteuthis diadema), un calamar gigante bioluminoso que vive en los abismos del Atlántico sur, posee 24 órganos luminosos, agrupados de una forma singular.
- La medusa alarma (Atolla Wyvillei) produce bioluminiscencia como un mecanismo de defensa para cuando se encuentra en peligro, ya que emite luz para atraer la presencia de otro animal que ataque a su propio atacante.
- La especie Mycena luxaeterna es un hongo muy raro que se encuentra en una región de la selva tropical de Brasil y produce luz amarilla-verdosa.
- Las luciérnagas son insectos y existen cerca de unas 2.000 especies y todas cuentan con la capacidad de brillar. Los machos de la luciérnaga emiten luz para atraer a la hembra.
- Existe una especie de escarabajo que utiliza la bioluminiscencia como una trampa para atraer a las luciérnagas y alimentarse.
Bahía Mosquito
La Bahía Mosquito está ubicada en la isla de Vieques, en Puerto Rico y llama la atención por su bioluminiscencia. Ésta es causada por la presencia de una gran cantidad de dinoflagelados.
Los dinoflagelados son organismos unicelulares que forman parte del plancton (organismos microscópicos que viven suspendidos entre la superficie y el fondo del mar a merced de las corrientes y mareas). El más común de los dinoflagelados en esta bahía es el Pyrodinium bahamense.
La bioluminiscencia aparece como una reacción de defensa natural en los protozoarios cuando son agitados.
Es una bahía de poca profundidad y en sus orillas tienen manglares que albergan infinidad de especies autóctonas. Cuenta con salitrales que se sostienen con las mareas altas, éstos son vitales para el ecosistema marino de la región y la manutención de los dinoflagelados.
Puerto Rico tiene el privilegio de contar con tres de las cinco bahías bioluminiscentes activas catalogadas como tales a nivel mundial, y la más accesible desde la capital es la Laguna Grande, en Fajardo (noreste), que cada noche es visitada por unas sesenta personas, en su mayoría extranjeros.
Perspectivas
Este fenómeno que se da en la naturaleza en organismos tan diferentes como bacterias, insectos, peces, etc., se presenta como una gran oportunidad para ser estudiada y así conseguir aplicar el conocimiento en proyectos tecnológicos que pueden ser de utilidad en la vida cotidiana.
Entre algunos de los trabajos que comienzan a vislumbrase se encuentra el diseño de plantas bioluminiscentes ¿en qué consiste este desarrollo tecnológico? La propuesta plantea la posibilidad de diseñar plantas modificadas por la ingeniería genética que sean capaces de producir luz con el propósito de reemplazar a mediano o largo plazo la iluminación obtenida a partir del consumo eléctrico. Pero existen algunas opiniones contrarias dentro del ámbito científico con respecto a la potencialidad de este proyecto.
Otros investigadores están explorando otras posibilidades sobre el uso de la bioluminiscencia en aplicaciones tecnológicas: en la Universidad de Siracusa trabaja un equipo interdisciplinario para explorar las propiedades bioluminiscentes a nivel de nanoescala. El objetivo es investigar posibles aplicaciones que incluyan identificar la presencia de cierta clase de toxinas pequeñas dentro de un sistema e iluminar espacios extremadamente pequeños.
Si bien muchos de estos trabajos se encuentran en una etapa inicial de estudio, la bioluminiscencia en el futuro, con el adecuado desarrollo y optimización de su potencial, se presenta como una poderosa herramienta que puede ser utilizada con diferentes propósitos.
