Bioluminiscencia

La luz creada por seres vivos

Tecnología Natura

 
           
 

Bioluminiscencia en larva de luciernaga

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Emisión de luz en una larva de luciérnaga (firefly lampyridae)

 
           
 

Se conoce como bioluminiscencia a la producción de luz de ciertos organismos vivos.

La bioluminiscencia es un fenómeno muy extendido en todos los niveles biológicos: asi por ejemplo, producen o emiten luz ciertas insectos (luciérnagas de la familia Lampyridae) bacterias, hongos, protistas unicelulares (células animales, vegetales u hongos que presentan núcleo), celentéreos (gran grupo de animales metazoos, tales como: actinias, hidras, corales, medusas, anémonas y pólipos)., gusanos, moluscos, cefalópodos, crustáceos, insectos, equinodermos y peces.

 
 

 

La luz de las Luciérnagas

Las luciérnagas son insectos fascinantes que tienen la capacidad de brillar en la oscuridad. Esto se debe a que generan luz propia gracias a un complejo e interesantísimo proceso químico llamado bioluminiscencia.

 
 

Larva de Luciernaga Larva hembra de luciérnaga

Larva hembra de Luciérnaga (insecto de la familia Lampyridae).

Existen más de 2.000 especies conocidas de luciérnagas. No todas las especies se iluminan, pero la mayoría sí lo hacen,

y cada una de éstas tiene un patrón único de luz centelleante.

 

Con frecuencia uno puede encontrar luciérnagas en las noches de verano, cerca de pantanos o zonas húmedas, (la foto de la izquierda fue tomada en un bosque del sur de Chile) pues a las luciérnagas les fascina la humedad. Observarlas brillar en la oscuridad, con diferentes patrones de acuerdo a su particular subespecie, es todo un verdadero espectáculo de la naturaleza.

Las luciérnagas son insectos omnívoros. La larva hembra, para llegar a ser adulta, pasa primero por una etapa de pupa. Una vez alcanzado su pleno desarrollo conserva un aspecto "larviforme", es decir semeja ser larva, pero es un adulto completo que se alimenta de caracoles a los que inmoviliza inyectándoles un veneno. Sólo el macho vuela.

En general, el tamaño de las luciérnagas no supera los 3 cm. (dependiendo de la especie) no mucho más grandes que un clip de oficina.

 

 
           
 

La luz verde de las Medusas

 
           
 

Aequorea Victoria

Aequorea Victoria - Image credits: Nature

Premio Nobel para las medusas

Premio Nobel de Quimica 2008
Osamu Shimomura, Martin Chalfie y Roger Y. Tsien. Foto: Nobelprize.

 

La luz verde que emiten ciertas especies de medusas llevó a investigadores a descubrir que estos patrones están asociados a trozos de ADN (ácido desoxirribonucleico) que ha permitido crear marcadores biológicos específicos para rastrear células y proteínas y evaluar en vivo su comportamiento, por ejemplo en la investigación de nuevos tratamientos contra enfermedades.

Estos trabajos en bioluminiscencia fueron la razón por la cual tres investigadores Chalfie y Roger Y. Tsien y el japonés Osamu Shimomura obtuvieron el Premio Nobel de Química el año 2008 "por el descubrimiento y desarrollo de la proteína verde fluorescente, GFP".

La proteína GFP, observada por primera vez en la medusa Aequorea victoria en 1962, se ha convertido en una de las herramientas más utilizadas en biomedicina.

Gracias a esta proteína luminosa los investigadores han desarrollado formas de observar procesos que eran invisibles antes de su descubrimiento, como el desarrollo de las células nerviosas en el cerebro o la propagación del cáncer en las células.

 
     
 

Fotos de Hongos bioluminiscentes

Hongos bioluminiscentes

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Mecanismo de producción de luz

La bioluminiscencia es un proceso que se da en los organismos vivos, en el que la energía que genera una reacción química se manifiesta como luz.

La enzima luciferasa cataliza la oxidación de la luciferina, una proteína que emite luz.

Mecanismo de acción de bioluminiscencia

Las luciérnagas se iluminan gracias a que se encuentra en sus abdómenes un compuesto orgánico llamado luciferina, que en latín significa “portador de luz”. A medida que el aire entra como una ráfaga al abdomen de las luciérnagas, el aire reacciona con la luciferina, produciendo el familiar brillo verdoso amarillento siendo ésta una forma es muy eficiente para comunicarse en la noche.
La reacción se denomina quimioluminiscencia: una reacción de emisión de luz que no produce calor, lo que hace que sea eficiente en términos de energía.

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¿Para qué sirve la bioluminiscencia?

La bioluminiscencia tiene distintas funciones en los ambientes naturales, entre ellas la defensa, la comunicación, la reproducción y la atracción de presas.

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 del tejido que contiene las bacterias bioluminiscentes. Un ejemplo es la especie Scolopes Euprymna en la cual las bacterias mencionadas producen el fenómeno descripto.

bioluminiscencia y camuflage


  • 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.

Poseen una prolongación en forma de rama sobre sus ojos, un apéndice colgante que se extiende desde la cabeza del pez, con una pequeña bolsa llena de bacterias lumínicas. Esta luz que genera atrae a sus presas, ya que este pez vive entre tinieblas. Su alimentación es, por tanto, cualquier pez que sea atraído por las luces de su prolongación.

ver aqui algunos ejemplos

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.

bioluminiscencia

Ver mas fotos de bioluminiscencia en el agua

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  • 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.

Calamar bioluminiscente

Calamar bioluminiscente

  • 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 rojo-pigmentadas, que son normalmente invisibles en el fondo de los océanos, donde la luz roja ha sido filtrada por la columna de agua.

 

 
           
 

Un poco de historia

La primera descripción de un organismo bioluminiscente data de muy antiguo y se debe a Cayo Plinio Segundo el Viejo (23-79 DC), quien describió en su Naturalis historia (Historia natural, una extensa enciclopedia de 160 tomos, de los cuales se conservan 37), la existencia de unas medusas en la bahía de Nápoles que resplandecían con una tonalidad verdosa al ser expuestas a la luz solar. .

algas bioluminiscentes

Lago Gippsland en Australia

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Cayo Plinio el viejo

Plinio el Viejo: un imaginativo retrato del siglo XIX. Ninguna representación contemporánea de Plinio ha sobrevivido.

 

El 24 de agosto del año 79, cuando se produce la erupción del Vesubio que sepultó a Pompeya y Herculano, se encontraba en Miseno. Queriendo observar el fenómeno más de cerca y deseando socorrer a algunos de sus amigos que se encontraban en dificultades sobre las playas de la bahía de Nápoles, atravesó con sus galeras la bahía llegando hasta Estabia (actual Castellammare di Stabia), donde murió, posiblemente asfixiado, a la edad de 56 años (Plinio el Joven, Cartas: Gayo Plinio a Cornelio Tácito, VI).

La erupción fue descrita por su sobrino Plinio el Joven, de ahí que en vulcanología se haya denominado «erupción pliniana» a la erupción violenta de un volcán con proyección en altura de materiales pulverizados formando un penacho con figura de sombrilla.

Erupción Pliniana

 
           
 
Su gran obra es Naturalis Historia, una enciclopedia en la que Plinio reúne una gran parte del saber de su época, trabajo que había sido planificado bajo la dirección de Nerón. Las informaciones que recoge llegan a ocupar no menos de 160 volúmenes, que fue utilizada como referente durante varios siglos por innumerables alumnos. Plinio era un estoico, se entrega al estudio de la naturaleza, y cuya moral le enseña a ser grato a los demás, busca sin cesar, en su obra literaria, ser benéfico e instruir a sus contemporáneos, un verdadero ejemplo de vida y un legado para la humanidad.
 
           
 

Revisando el registro fósil. La luz en seres vivos de millones de años.

 
 

El Dr. Enrique Peñalver (paleontólogo experto en insectos fósiles y autor del libro Ämbar) nos dice "las luciérnagas son muy raras en el registro fósil. Se conocen en roca laminada del Mioceno de Alemania y en Florissant (USA) aunque no se pueden determinar con facilidad y completa seguridad".

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  Bioluminscencia, insectos fósiles      
 

 

Luciérnagas fósiles en ámbar dominicano.

El mejor registro está en ámbar dominicano con ejemplares muy buenos (adultos y larvas), por ejemplo estos dos de la foto adjunta. (Gentileza del  Dr. Enrique Peñalver, paleontólogo). Este aporte fue posible gracias a las gestiones y contacto de José Manuel Marín Ferrer, Director del Museo Paleontológico de Elche (Alicante, España)….. ver el museo

Luciernagas fósiles en ámbar dominicano

Dos luciérnagas Lampyridae envueltas en resina durante la cópula, que luego se transformó en ámbar de 20 millones de años

en la República Dominicana. Colección Morone.

La ocurrencia de insectos en ámbar dominicano es 10 veces más alta que en el ámbar báltico. El ámbar dominicano es también un 90% más transparente. Otro hecho importante sobre el ámbar dominicano, que lo hace resaltar respecto al ámbar encontrado en otras regiones, es la variedad de colores que posee, desde un amarillo claro a un rojo profundo, e incluso algún azul, una variedad muy extraña, y un verde humeante extremadamente raro.

Si quieres conocer más acerca del registro fósil de insectos, aquí hay un magnífico trabajo, (pdf)

 
           
 

Señales de luz, entre el amor y el terror

El uso de emisiones de luz en los rituales de apareamiento de las luciérnagas es muy conocido. Se trata de un proceso en el que las hembras de las especies Photinus proyectan luz para atraer a los machos. Pero los machos que acuden a su llamado pueden encontrarse con sorpresas desafortunadas.

Si un macho quiere atraer una hembra, va a producir cierto patrón de frecuencia e intensidad de luz que va a señalar a la hembra que es de la misma especie. La hembra va a conocer que es un macho de la misma especie y la atrae. Entonces va a responder con un cierto patrón de intensidad de luz y de frecuencia que le va a decir al macho que está receptiva.

Pero no todos los destellos de las luciérnagas son motivados por intereses románticos. Aunque todas las especies de luciérnagas tienen su propio patrón de centelleo, algunas hembras imitan los patrones de otras especies. De esta forma producen señales para engañar otros individuos que se acerquen y finalmente ella lo que quiere hacer es comérselo.

Las hembras depredadoras de la especie Photuris, imitan la emisión de luz de las hembras Photinus para engañar a los machos de la otra especie y así poder darse un banquete.

Además, les permite apoderarse de sus esteroides, que las protegen de las arañas saltadoras Phidippus.

Pero al intentar comprender este nuevo tipo de comportamiento bioluminiscente, surgió un nuevo interrogante que aún no logran clarificar. ¿Cuál es el rol de las emisiones de luz de las luciérnagas machos?. Habrá que seguir investigando.

La pregunta también surge porque en términos de eficiencia energética, si hay fuentes de luz alternativas disponibles, no es necesario que un organismo produzca su propio brillo.

 

Así que la próxima vez que veas una luciérnaga, recuerda que su luz parpadeante no es solamente una maravilla de la noche. También es un único, y a veces mortal, lenguaje de amor.

 

 
 

Más información sobre bioluminiscencia

Las luciérnagas inspiran la creación de una luz que no necesita energía para brillar

Formulas quimicas de distintas luciferasas

La bioluminiscencia, presente en tierra, agua y aire, fotos

"chimpanzee fire". - Bioluminescence: lighting up the natural world

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Agradecimientos

       
 

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