Acertijos de la naturaleza: bioluminiscencia

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificación: 2023-12-16 16:02

La bioluminiscencia es la capacidad de los organismos vivos de brillar con sus propias proteínas o con la ayuda de bacterias simbióticas.

Hoy en día, se conocen alrededor de 800 especies de criaturas vivientes luminosas. La mayoría vive en el mar. Se trata de bacterias, algas flageladas unicelulares, radiolarios, hongos, celentéreos planctónicos y adheridos, sifonóforos, plumas de mar, ctenóforos, equinodermos, gusanos, moluscos, crustáceos, peces.

Algunos de los animales más brillantes son los pirosomas (escarabajos de fuego). Entre las especies bioluminiscentes de agua dulce, se conocen el molusco gasterópodo de Nueva Zelanda Latia neritoides y varias bacterias. Entre los organismos terrestres, resplandecen ciertas especies de hongos, lombrices de tierra, caracoles, milpiés e insectos.

A nivel del microcosmos, un brillo muy débil, que solo podemos registrar con la ayuda de fotómetros altamente sensibles, es un efecto secundario de la neutralización de especies reactivas de oxígeno por enzimas, que son necesarias, pero tóxicas para las células, que participan en el proceso de oxidación de la glucosa. También suministran la energía necesaria para la quimioluminiscencia a varias proteínas de fósforo.

Una de las primeras lámparas bacterianas, un matraz con un cultivo de bacterias luminosas, fue entretenido hace más de cien años por el botánico y microbiólogo holandés Martin Beijerinck. En 1935, tales lámparas incluso iluminaron el gran salón del Instituto Oceanológico de París, y durante la guerra el microbiólogo soviético A. A. Egorova utilizó bacterias luminosas con fines prosaicos: iluminar el laboratorio.

Y puede realizar un experimento similar: coloque pescado o carne cruda en un lugar cálido, espere una semana o dos y luego suba por la noche (¡desde el lado de barlovento!) Y vea qué sucede: es probable que las bacterias que habitan el medio nutritivo brillará con una luz de otro mundo. Las bacterias, principalmente de los géneros Photobacterium y Vibrio, y los organismos planctónicos multicelulares (en la foto) brillan en el mar, pero la principal fuente de luz es uno de los organismos unicelulares más grandes (¡hasta 3 mm!) Y complejos: las algas flageladas de la noche. ligero.

En las bacterias, las proteínas de fósforo se encuentran dispersas por toda la célula; en los organismos eucariotas unicelulares (con un núcleo celular), se encuentran en vesículas rodeadas por una membrana en el citoplasma. En los animales multicelulares, la luz suele ser emitida por células especiales (fotocitos, a menudo agrupados en órganos especiales) fotóforos.

Los fotocitos de celentéreos y otros animales primitivos, así como los fotóforos que funcionan debido a fotobacterias simbióticas, brillan continuamente o durante varios segundos después de la estimulación mecánica o química. En animales con un sistema nervioso más o menos desarrollado, controla el trabajo de los fotocitos, activándolos y desactivándolos en respuesta a estímulos externos o cuando cambia el entorno interno del cuerpo.

Además del intracelular, en camarones de aguas profundas, pulpos, sepias y calamares, hay un tipo de resplandor secretor: una mezcla de productos de secreción de dos glándulas diferentes se expulsa del manto o de debajo de la concha y se propaga en el el agua como una nube resplandeciente que cega al enemigo.

Otro ejemplo clásico de bioluminiscencia es la pudrición de la madera. No es el árbol en sí lo que brilla en ellos, sino el micelio de un hongo de miel común.

Y en los hongos superiores del género Mycena, que también crecen en un árbol en descomposición, pero en regiones cálidas como Brasil y Japón, los cuerpos fructíferos brillan, lo que generalmente se llaman hongos (aunque los mohos, levaduras y otros hongos también son hongos, solo los inferiores). Una de las especies de este género se llama M. lux-coeli, "micénico - luz celestial".

La aplicación más sorprendente de la bioluminiscencia es la creación de plantas y animales transgénicos. El primer ratón con el gen GFP insertado en los cromosomas se creó en 1998.

Se necesitan proteínas brillantes para desarrollar técnicas para introducir genes extraños en los cromosomas de varios organismos: si brilla, significa que el método funciona, puede usarlo para introducir un gen objetivo en el genoma. El primer pez luminoso, el pez cebra transgénico (Brachydanio rerio) y el pez arroz medaka japonés (Orizias latipes), salió a la venta en 2003.

Mar resplandeciente

Aquellos que tengan la suerte de nadar en el mar por la noche durante su resplandor recordarán esta vista encantadora para toda la vida. Muy a menudo, la causa del brillo son las algas flageladas de la luz nocturna (Noctiluca). En algunos años, su número aumenta tanto que todo el mar se ilumina. Si no tiene suerte y se encuentra a orillas de mares cálidos en el momento equivocado, intente verter agua de mar en un frasco y agregue un poco de azúcar allí.

Los noctylists reaccionarán a esto aumentando la actividad de la proteína luciferina. Agita el agua y admira el brillo azulado. Y cuando se detiene a admirar, puede recordar que está mirando uno de los misterios sin resolver de la naturaleza: la falta de claridad de los mecanismos evolutivos del surgimiento de la capacidad de brillar en varios taxones se señaló en un capítulo separado de El origen de las especies”de Darwin, y desde entonces los científicos no han podido arrojar sobre esta cuestión la luz de la verdad.

La luminiscencia podría haberse desarrollado en organismos que viven en buenas condiciones de luz, basada en compuestos de pigmentos que realizan una función de protección de la luz.

Pero la acumulación gradual de un rasgo, un fotón por segundo, dos, diez, tanto para ellos como para sus parientes nocturnos y de aguas profundas, no podría afectar la selección natural: un brillo tan débil no es percibido ni siquiera por los ojos más sensibles, y el La aparición de mecanismos prefabricados de intenso brillo en el lugar desnudo también parece imposible. E incluso las funciones del resplandor en muchas especies siguen siendo incomprensibles.

¿Por qué están brillando?

Las colonias de bacterias y hongos brillantes atraen insectos que propagan gérmenes, esporas o micelio. Las larvas insectívoras del mosquito neozelandés Arachnocampa tejen una red trampa y la iluminan con su propio cuerpo, atrayendo insectos.

Los destellos de luz pueden ahuyentar a los depredadores de las medusas, la jalea de peine y otras criaturas indefensas y amables. Con el mismo propósito, los corales y otros animales coloniales que crecen en aguas poco profundas brillan en respuesta a la estimulación mecánica, y sus vecinos, que nadie tocó, también comienzan a parpadear. Los corales de aguas profundas convierten la luz débil de onda corta que les llega en radiación con una longitud de onda más larga, posiblemente para permitir la fotosíntesis de las algas simbióticas que habitan en sus tejidos.

Caña de pescar con bombilla

El orden del rape (Lophiiformes) es el más diverso (16 familias, más de 70 géneros y más de 225 especies) y, quizás, el más interesante de los peces de aguas profundas. (Muchos están familiarizados con los pescadores de mar no por el libro de texto de zoología, sino por la caricatura "Buscando a Nemo").

Las hembras pesqueras son depredadores con bocas grandes, dientes poderosos y un estómago muy distendido. A veces, el rape muerto se encuentra en la superficie del mar, asfixiándose con peces de más del doble de su tamaño: el depredador no puede liberarlo debido a la estructura de sus dientes. El primer rayo de la aleta dorsal se transforma en una "caña de pescar" (illicium) con un "gusano" luminoso (eska) al final. Es una glándula llena de moco que contiene bacterias bioluminiscentes. Debido a la expansión de las paredes de las arterias que alimentan de sangre al escu, el pez puede provocar arbitrariamente la luminiscencia de bacterias que necesitan un aporte de oxígeno para ello, o detenerlo, estrechando los vasos.

Por lo general, el resplandor se presenta en forma de una serie de destellos, individuales para cada especie. Illicium en la especie Ceratias holboelli puede avanzar y retraerse en un canal especial en la espalda. Atrayendo a la presa, este pescador mueve gradualmente el cebo luminoso a su boca hasta que se traga la presa. Y Galatheathauma axeli tiene el cebo justo en la boca.

La ubicación de los fósforos e incluso la naturaleza del parpadeo de los puntos brillantes pueden servir para la comunicación, por ejemplo, para atraer a una pareja. Y las hembras de la luciérnaga americana Photuris versicolor, después del apareamiento, comienzan a "vencer el código Morse" de las hembras de otra especie, atrayendo a sus machos no con fines amorosos, sino con fines gastronómicos.

Frente a la costa de Japón, las umitoharu (luciérnagas marinas), crustáceos del género Cypridina, pequeños, de 1 a 2 mm de largo, celebran bodas masivas y el calamar Watasenia scintellans. Los cuerpos de vatazenia de unos 10 cm de largo, junto con tentáculos, están salpicados de perlas fotofóricas e iluminan un área de 25-30 cm de diámetro: ¡imagina cómo se ve el mar con todo un banco de estos calamares!

En muchos cefalópodos de aguas profundas, el cuerpo está pintado con un patrón de puntos de luz multicolores y los fotóforos son muy complejos, como un reflector que brilla solo en la dirección correcta con reflectores y lentes (a veces dobles y de colores).

Muchos camarones planctónicos de aguas profundas tienen la capacidad de brillar. En las extremidades, a lo largo de los lados y en el lado ventral del cuerpo, tienen hasta 150 fotóforos, a veces cubiertos de lentes. La ubicación y el número de fotóforos de cada especie es estrictamente constante y en la oscuridad de las profundidades del océano ayuda a los machos a encontrar hembras y, todos juntos, a reunirse en bandadas.