Bioluminiscencia

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Krill bioluminiscente.

Se conoce como bioluminiscencia a la producción de luz de ciertos organismos vivos. La palabra proviene del griego βίος (bíos) que significa "vida" y del latín lumen que significa "luz", esto se genera como consecuencia de una reacción química, en la cual una sustancia bioquímica, la luciferina, sufre una oxidación que es catalizada por el enzima luciferasa. Se trata de una conversión directa de la energía química en energía lumínica.Es un fenómeno muy extendido en todos los niveles biológicos: bacterias, hongos, protistas unicelulares, celentéreos, gusanos, moluscos, cefalópodos, crustáceos, insectos, equinodermos, peces.

Distribución[editar]

La bioluminiscencia es un fenómeno relativamente frecuente en bastantes especies marinas; las últimas estimaciones consideran que hasta un 90% de los seres vivos que habitan en la porción media y abisal de los mares podrían ser capaces de producir luz de un modo u otro. En hábitats terrestres la bioluminiscencia no es tan común. La luz emitida por el pescado o la carne en descomposición se debe a bacterias mientras que la de la madera muerta se debe tanto a bacterias como a los micelios de ciertos hongos. En el mar existen bacterias libres como Bacterium phosphorescens (Fischer, 1888) o la especie del mar Báltico Vibrium balticum. Otras muchas bacterias bioluminiscentes viven como parásitos o en simbiosis con otros animales.

Recientemente (25 de enero de 2005) fue fotografiada, a través de un satélite de la NASA, una extensa zona bioluminiscente en el océano Índico, confirmando la existencia del mar de ardora.

Funciones[editar]

En algunas especies sirve como referencias sexuales y ayudas en el emparejamiento (el caso de las luciérnagas); en otras funcionan a modo de cebo (como en el caso de algunos pejesapos) y en otras como defensas para confundir a los depredadores (algunos cefalópodos y gusanos del género Phrixothrix). Resumiendo algunas posibles funciones podemos citar:


  • Camuflaje

En muchos animales de las profundidades marinas, entre ellas varias especies de calamar, la bioluminiscencia bacteriana se utiliza para el camuflaje en el que el animal se confunde con la luz ambiental. En estos animales los fotorreceptores controlan la iluminación según la luminosidad del fondo del mar. Estos órganos luminosos están separados desde el tejido que contiene las bacterias bioluminiscentes. Un ejemplo es la especie Euprymna scolopes en la cual las bacterias mencionadas producen el fenómeno descrito.


  • Atraer presas y defensa ante depredadores

La bioluminiscencia es utilizada como un señuelo para atraer presas por varios peces de aguas profundas, como el rape. Éstos poseen un apéndice colgante que se extiende desde la cabeza del pez, atrayendo a los animales pequeños a corta distancia del depredador.

Ciertas especies de tiburones utilizan la bioluminiscencia para camuflar su parte inferior, apareciendo una pequeña mancha cerca de sus aletas pectorales la cual permanece oscura. Cuando los peces se acercan al señuelo, son capturados por el tiburón.

Los dinoflagelados pueden usar la bioluminiscencia para la defensa contra los depredadores. Ellos brillan cuando detectan un depredador, posiblemente haciendo a éste más vulnerable al atraer la atención de los depredadores de los niveles tróficos superiores.


  • Distracción

Ciertos calamares y pequeños crustáceos utilizan mezclas químicas bioluminiscentes o suspensiones bacterianas de la misma forma en que algunos calamares hacen uso de su propia tinta. Una nube de material luminiscente es expulsado, con el propósito de distraer o repeler un posible depredador, mientras el animal escapa a un lugar seguro.


  • Comunicación

Esta función juega un papel relevante en la regulación de luminiscencia en muchas especies de bacterias. Usando pequeñas moléculas secretadas extracelularmente, se encienden los genes para la producción de luz solamente en altas densidades de células.


  • Iluminación

Mientras que la mayoría de bioluminiscencia marina es de color verde o azul, el Dragonfish Negro produce un resplandor rojo. Esta adaptación permite a los peces visualizar especies juveniles red-pigmentadas, que son normalmente invisibles en el fondo de los océanos, donde la luz roja ha sido filtrada por la columna de agua.

Biotecnología[editar]

Los organismos bioluminiscentes son un objetivo para muchas áreas de investigación. Los sistemas de luciferasa son ampliamente utilizados en el campo de la ingeniería genética como genes indicadores. También se han aprovechado para la investigación biomédica utilizando imágenes de bioluminiscencia. La Vibrio simbiosis con numerosos invertebrados marinos y peces, por ejemplo, la hawaiana Squid Bobtail (scolopes Euprymna), son modelos experimentales clave para la bioluminiscencia.

Las estructuras de los fotóforos, los órganos productores de luz en los organismos bioluminiscentes, están siendo investigados por los diseñadores industriales.

El gen responsable del resplandor y luminiscencia de la luciérnaga ha sido añadido a las plantas de mostaza a través de ingeniería genética.

Tipos de bioluminiscencia[editar]

Puede hablarse de tres tipos principales de bioluminiscencia: la intracelular, la extracelular y la de bacterias simbióticas.

Bioluminiscencia intracelular[editar]

La bioluminiscencia intracelular es generada por células especializadas del propio cuerpo de algunas especies pluricelulares o unicelulares (como dinoflagelados) y cuya luz se emite al exterior a través de la piel o se intensifica mediante lentes y materiales reflectantes como los cristales de urato de las luciérnagas o las placas de guanina de ciertos peces. Este tipo de luminiscencia es propia de muchas especies de calamar y de dinoflagelados, en especial del género Protoperidinium.

Bioluminiscencia extracelular[editar]

La bioluminiscencia extracelular se da a partir de la reacción entre la luciferina y la luciferasa fuera del organismo. Una vez sintetizados, ambos componentes se almacenan en glándulas diferentes en la piel o bajo esta. La expulsión y consecuente mezcla de ambos reactivos en el exterior producen nubes luminosas. Este tipo de luminiscencia es común a bastantes crustáceos y algunos cefalópodos abisales.

Simbiosis con bacterias luminiscentes[editar]

Este fenómeno se conoce sólo en animales marinos tales como los celentéreos, gusanos, moluscos, equinodermos y peces. Parece ser el fenómeno de luminiscencia de origen biológico más extendido en el reino animal. En diversos lugares del cuerpo los animales disponen de pequeñas vejigas, comúnmente llamadas fotóforos, donde guardan bacterias luminiscentes. Algunas especies producen luz continua cuya intensidad puede ser neutralizada o modulada mediante diversas estructuras especializadas. Normalmente los órganos luminosos están conectados al sistema nervioso, lo que permite al animal controlar la emisión lumínica a voluntad.

La relación entre la bacteria Vibrio fischeri y el calamar sepiólide Euprymna scolopes es un sistema que sirve como modelo de simbiosis en el laboratorio. En su fase juvenil, el Euprymna scolopes posee una serie de apéndices recubiertos de mucosidad alrededor de su órgano luminoso con los que recoge bacterias Vibrio fischeri del entorno marino. Cuando la cantidad es suficiente, los apéndices mueren al tiempo que el órgano luminoso madura en un proceso fisiológico que se ha asociado con la aparición de la citotoxina traqueal.

Origen[editar]

De momento, el origen del fenómeno de la bioluminiscencia está sujeto a conjeturas.

William McElroy y Howard Seliger,[1] de la Universidad John Hopkins en Estados Unidos, postulan la siguiente hipótesis sobre el origen de la luminiscencia bacteriana: durante los tres primeros cuartos de la historia biológica terráquea las formas de vida dominantes eran bacterias anaerobias. La llegada de las cianobacterias alteró el medio al generar éstas, como producto excretado por la acción de la fotosíntesis, cantidades masivas de oxígeno nocivo para las bacterias. Con el fin de librarse de la toxicidad del gas, las bacterias podrían haber sufrido con el tiempo adaptaciones metabólicas de entre los cuales los fenómenos de bioluminiscencia de ciertas bacterias serían restos que se han mantenido hasta hoy.

Producción de la bioluminiscencia[editar]

La producción de bioluminiscencia en los animales es un proceso químico complejo en el que la oxidación de un sustrato de proteína luciferina es catalizado por la enzima luciferasa.

Otra vista de colonias de bacterias rodeando a uno de los lagos del Yellowstone National Park.

La luciferina acompañada de la enzima luciferasa, la molécula energética ATP y el oxígeno genera la luz bioluminiscente. La combinación entre la luciferina y el oxígeno provoca la oxidación de la luciferina dando lugar a la oxiluciferina. Esta reacción necesita del ATP para generar moléculas de oxiluciferina en estado excitado. Posteriormente los átomos de oxiluciferina vuelven a su estado fundamental generando luz visible. 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.

Bacterias bioluminiscentes del Yellowstone National Park.

Por otro lado cabe destacar que la luciferina cambia según el organismo. Esa es la razón de que el color de la luz que se produce en la bioluminiscencia sea diferente según la especie. En todas las especies animales investigadas hasta hace poco tiempo, los colores se encontraban en la sección visible del espectro y siempre va del verde al azul. Cuando se observaban otros colores se debían a la alteración del tono original mediante diversos órganos que actuaban como filtros o superficies reflectantes distorsionadoras. Sin embargo, recientemente se han descubierto especies como en la medusa abisal Periphylla periphylla que puede producir tonalidades rojizas.

La radiación bioluminiscente se compone habitualmente de entre un 69% y un 90% de luz fría y entre un 10% y un 20% de emisión de calor, aunque hay ciertos estudios que hacen estimaciones cercanas al 100% de luz fría.

la bioluminiscencia no es lo mismo que fluorescencia, siendo la diferencia fundamental la fuente de donde se obtiene la energía. Mientras que en la bioluminiscencia la fuente de energía son las reacciones químicas, en la fluorescencia -como la de la proteína verde fluorescente la energía se obtiene de una fuente de luz previa, que posteriormente es re-emitida como otro fotón.

Véase también[editar]

Referencias[editar]

  1. Seliger, H. H. y W. D. McElroy. 1965, Light: Physical and Biological Action. New York: Academic Press

Enlaces externos[editar]