Bioluminiscencia, fascinante fenómeno natural
Autor: Alberto Risquez Valdepeña
Secretario Técnico del Instituto de Ecología, A.C.
Foto 1. bioluminiscencia
Sin lugar a dudas, uno de los fenómenos más fascinantes de la naturaleza es el de la bioluminiscencia, mismo que a simple vista podríamos considerar inexplicable, pero como veremos esto último no es así. Este fenómeno se generaliza en los hábitats marinos, se calcula que el 90% de los organismos de las profundidades la presentan, mientras que en tierra sólo se observa en hongos e invertebrados. En general lo podemos encontrar en plantas, animales, bacterias y hongos.
La bioluminiscencia es un proceso que se da en algunos organismos vivos, en donde se crea una reacción química que produce luz.
La mayoría de las veces podremos verlo de noche en las playas, en la orilla, donde revientan las olas, que es el momento en que no nos lo impide la luz del día. (Imagen 1).
Foto 2. Bioluminiscencia
Pero, ¿cómo es que se produce?, pues decíamos que se da gracias a la energía generada por una reacción química y esta se manifiesta como luz. Para ello intervienen la enzima luciferasa, la proteína luciferina, el oxígeno y el nucleótido trifosfato de adenosina (ATP). La luciferasa cataliza la oxidación de un sustrato de luciferina y con el ATP se obtiene la energía celular que permite producir esa emisión de luz.
Básicamente existen tres tipos de bioluminiscencia: la intracelular, la extracelular y la simbiosis con bacterias luminiscentes.
La bioluminiscencia intracelular es aquella que es generada por células especializadas, ya sea en organismos unicelulares o pluricelulares. Los dinoflagelados son un ejemplo de organismos unicelulares con esta condición; en el caso de los pluricelulares tenemos como ejemplo a las luciérnagas quienes realizan un proceso más complejo a través de cristales de urato que poseen; o bien, algunos peces a través de placas de guanina; otros organismos que lo presentan son los calamares.
La bioluminiscencia extracelular se da a partir de esta reacción química que comentamos, pero fuera del organismo. Una vez sintetizadas, la luciferasa y la luciferina son almacenadas por separado en diversas glándulas en la piel o bajo ella, de esta manera llegado el momento, son expulsadas simultáneamente mezclándose hacia el exterior y en consecuencia produciendo nubes luminosas. Este tipo de luminiscencia es común en muchos crustáceos y algunos cefalópodos.
La simbiosis con bacterias luminiscentes, este fenómeno se conoce sólo en animales marinos tales como los celentéreos (actinias, hidras, corales, medusas, anémonas y pólipos), gusanos, moluscos, equinodermos y peces, principalmente en peces abisales (así se les denomina a aquellos que habitan a grandes profundidades).
Esta modalidad parece ser la más extendida, los organismos que la presentan disponen de pequeñas vejigas llamadas fotóforos, donde guardan bacterias luminiscentes, mismas que presentan la reacción química ya comentada. Hay especies que pueden controlar a voluntad la intensidad de la luz emitida e incluso neutralizarla mediante estructuras conectadas a su sistema nervioso.
En cuanto a la utilidad de la luminiscencia para los organismos, son varias: como camuflaje para confundirse con la iluminación ambiental; también se piensa que a unos les puede servir como herramienta de defensa, pues con ello disuaden a sus posibles depredadores o lo contrario, les puede servir como señuelo para atraer presas; a otros más como distracción, tal es el caso de calamares que en vez de tinta sueltan una nube bioluminiscente que les da oportunidad de huir; una utilidad más es la comunicación; y por último la iluminación, en especial en organismos abisales.
En el caso de los hongos aún no se sabe exactamente, pero se considera que tiene un papel importante en su reproducción al atraer artrópodos con fototropismo positivo (atracción hacia la luz), así que éstos, en su movilidad, esparcirán las esporas del hongo contribuyendo así a su propagación y consecuente supervivencia como especie. (Imagen 2).
Foto 3. bioluminiscencia
Existe otro caso particular de iluminación natural, que funciona diferente, la fluorescencia, como es el caso de algunas medusas como la llamada “gelatina de cristal” (Aequorea victoria) que produce la proteína verde fluorescente o GFP según sus siglas en inglés (Green Fluorescent Protein), que es capaz de captar luz del rango de rayos ultravioleta que emite luz verde.
Estas medusas muestran una luminiscencia muy brillante, sobre el borde de la campana externa presentan una secuencia de puntos que resplandecen. (Imagen 3).
Foto 4. Bioluminiscencia
El profesor Osamu Shimomura fue el primero en aislar la GFP en 1962 a partir de la Aequorea victoria.
En octubre de 2008 los profesores Martin Chalfie (estadounidense), Osamu Shimomura (japonés) y Roger Y. Tsien (estadounidense de origen chino), fueron galardonados con el premio Nobel de química 2008 por el “Descubrimiento y desarrollo de la proteína verde fluorescente (GFP). (Imagen 4).
La proteína verde fluorescente (GFP), ha sido modificada para emitir colores en longitudes de onda diferentes y junto con proteínas derivadas de otros organismos ofrece nuevas variedades de proteínas fluorescentes, ya tiene y tendrá infinidad de aplicaciones en el uso cotidiano en gran variedad de ámbitos, es decir, tiene un gran potencial biotecnológico.
Desde 1962 en que fue descubierta, ha sufrido muchos cambios, sus aplicaciones involucran todas las áreas de la biología. Una de las áreas más beneficiadas por los múltiples usos de la GFP, ha sido la neurociencia. Se ha podido marcar neuronas in vivo hasta con 90 colores fluorescentes, ello da la posibilidad de visualizar las redes de la arquitectura neural de un mismo organismo.