Bioluminiscencia para niños
La bioluminiscencia es un proceso increíble donde los seres vivos producen su propia luz. Imagina que son como pequeñas linternas naturales. Esto ocurre gracias a una reacción química especial dentro de sus cuerpos.
En esta reacción, participan varias sustancias:
- Una proteína llamada luciferina.
- Una enzima llamada luciferasa, que ayuda a que la reacción sea más rápida.
- Oxígeno.
- Y una molécula de energía llamada ATP.
Cuando el oxígeno reacciona con la luciferina, la luciferasa acelera todo y el ATP da la energía. El resultado es que se produce agua y, ¡mucha luz! Es como si la energía química se transformara directamente en energía luminosa. Este fenómeno es muy común en la naturaleza, lo podemos ver en bacterias, hongos, medusas, gusanos, moluscos, insectos, peces y muchos otros animales.
Hace mucho tiempo, en el siglo XVII, un científico llamado Robert Boyle notó que los hongos que brillaban dejaban de hacerlo si no tenían oxígeno. Pero no fue hasta hace poco que entendimos por qué. La luciferina necesita oxígeno para que la reacción de luz ocurra.
Contenido
¿Cómo surgió la bioluminiscencia?
Todavía no estamos 100% seguros de cómo apareció la bioluminiscencia en la Tierra, pero hay algunas ideas interesantes.
Algunos científicos creen que hace miles de millones de años, cuando la Tierra era muy diferente, las bacterias que vivían no necesitaban oxígeno. Luego, aparecieron unas bacterias llamadas cianobacterias que, al hacer fotosíntesis, liberaron mucho oxígeno. Este oxígeno era dañino para las bacterias antiguas. Para protegerse, algunas bacterias pudieron haber desarrollado formas de usar o eliminar ese oxígeno, y la bioluminiscencia podría ser un "resto" de esos mecanismos de defensa que se mantuvo hasta hoy.
¿Para qué sirve la bioluminiscencia?
La luz que producen los seres vivos tiene muchas funciones importantes:
Camuflaje y ocultación
Muchos animales que viven en las profundidades del mar, como algunos calamares, usan la bioluminiscencia para camuflarse. Producen luz en su parte inferior para mezclarse con la poca luz que viene de la superficie, haciendo que sea muy difícil verlos desde abajo. Es como si se volvieran invisibles.
Cortejo y reproducción
Las luciérnagas son un gran ejemplo. Los machos emiten destellos de luz con un patrón específico para su especie. Si a una hembra le gusta ese patrón, responde con sus propios destellos para que el macho la encuentre y puedan aparearse.
Atraer presas y defensa
- Para cazar: Algunos peces de aguas profundas, como el rape, tienen un "cebo" luminoso que cuelga de su cabeza. Este cebo atrae a pequeños animales curiosos, que se acercan lo suficiente para ser atrapados.
- Para defenderse: Las luciérnagas también usan su brillo para advertir a depredadores como los murciélagos. Su luz les dice: "¡Soy tóxica, no me comas!".
- Confusión: Ciertos calamares y pequeños crustáceos pueden expulsar una nube de material luminoso. Esto distrae o asusta a los depredadores, dándoles tiempo para escapar.
Comunicación
En algunas bacterias, la bioluminiscencia sirve para comunicarse. Solo brillan cuando hay muchas bacterias juntas. Esto les permite saber cuántas hay y coordinar sus acciones.
Iluminación
Aunque la mayoría de la luz bioluminiscente es azul o verde, algunos peces, como el pez dragón negro, producen luz roja. Esto es especial porque la luz roja no llega a las profundidades del océano. Así, el pez dragón puede ver a otros animales que tienen pigmentos rojos y que serían invisibles para otros depredadores.
Tipos de bioluminiscencia
Podemos clasificar la bioluminiscencia en tres tipos principales:
Bioluminiscencia dentro de las células (intracelular)
Esta luz es producida por células especiales dentro del propio cuerpo del animal. La luz se emite hacia afuera a través de la piel o se hace más brillante con estructuras que actúan como lentes o espejos. Es común en calamares y algunos organismos unicelulares llamados dinoflagelados.
Bioluminiscencia fuera del organismo (extracelular)
Aquí, la reacción de luz ocurre fuera del cuerpo del animal. El animal almacena la luciferina y la luciferasa en glándulas separadas. Cuando se siente amenazado o necesita distraer, expulsa y mezcla estas sustancias en el agua, creando una nube luminosa. Esto lo hacen algunos crustáceos y calamares de las profundidades.
Simbiosis con bacterias luminiscentes
Este es el tipo más común en el reino animal marino. Algunos animales tienen pequeños órganos llamados fotóforos donde "guardan" bacterias que producen luz. Es una relación de ayuda mutua: las bacterias tienen un lugar seguro para vivir y el animal obtiene luz. El animal puede controlar cuándo y cómo se emite la luz, como si encendiera y apagara un interruptor.
El color de la luz que se produce depende del organismo, porque la luciferina es diferente en cada especie. La mayoría de las veces, la luz es verde o azul. La bioluminiscencia es muy eficiente: casi toda la energía se convierte en luz, con muy poco calor. Por eso se le llama "luz fría".
Es importante saber que la bioluminiscencia no es lo mismo que la fluorescencia. En la bioluminiscencia, la luz se crea por una reacción química. En la fluorescencia, un objeto absorbe luz de una fuente externa y luego la reemite en un color diferente.
La química detrás del brillo
Un científico francés llamado Raphaël Dubois fue uno de los primeros en investigar cómo funciona la bioluminiscencia. Descubrió que no era fósforo lo que hacía brillar a los animales, sino una reacción donde una sustancia (la luciferina) se oxidaba con la ayuda de una enzima (la luciferasa).
La luciferasa es como una "llave" que activa la luciferina. Cuando la luciferina se oxida, libera energía en forma de luz. Esta reacción es muy rápida y ocurre mientras el organismo está activo.
Organismos que brillan
Podemos ver la bioluminiscencia en luciérnagas, algunos hongos y bacterias, pero es más común en el océano.
Insectos
La luciérnaga es el insecto bioluminiscente más famoso. Producen luz en su abdomen. Cuando el aire entra por pequeños orificios, reacciona con la luciferina y la luciferasa, creando ese brillo verdoso-amarillento. Es una forma muy eficiente de comunicarse en la noche.
Otro insecto que brilla es el cocuyo (género Pyrophorus), que produce una luz tan "fría" que casi no emite calor.
En Nueva Zelanda, hay un mosquito llamado Arachnocampa luminosa que, en su etapa de larva, teje hilos pegajosos como las arañas. Para atraer a otros insectos a sus trampas, ¡también produce luz!
Organismos marinos
La bioluminiscencia es muy común en el mar. La usan bacterias, dinoflagelados, medusas, moluscos, crustáceos, peces y muchos otros. Siempre implica la reacción de una luciferina con una luciferasa. Se cree que la capacidad de producir luz ha surgido de forma independiente muchas veces a lo largo de la evolución.
Bacterias
Las bacterias marinas son muy abundantes y muchas brillan. Algunas viven libres en el océano y otras viven dentro de otros animales, como en el intestino de peces o calamares. Las bacterias solo emiten luz cuando hay muchas juntas, un proceso llamado "quorum sensing" o "percepción de quórum", que es una forma de comunicación celular.
Medusas
Las medusas son un claro ejemplo de bioluminiscencia marina. Algunas usan proteínas especiales como la aequorina. La coelenterazina es una luciferina muy común en los organismos marinos.
Hay dos formas en que las medusas brillan:
- Simbiosis con bacterias: Algunas medusas tienen órganos especiales donde guardan bacterias luminiscentes.
- Bioluminiscencia extracelular: Otras medusas expulsan sustancias que reaccionan fuera de su cuerpo para crear nubes de luz.
La medusa Aequorea victoria es famosa por su brillo verde. Un científico descubrió que una proteína de esta medusa, la aequorina, emite luz azul. Pero la medusa brilla en verde porque tiene otra proteína, la GFP (por sus siglas en inglés), que absorbe la luz azul de la aequorina y la reemite como luz verde.
La GFP es muy especial porque no necesita nada más para brillar; solo con luz ultravioleta o azul, ¡emite fluorescencia! Esto ha sido muy útil en la ciencia.
Las medusas y su bioluminiscencia en la tecnología y la ciencia
Las medusas no solo son fascinantes, sino que también son muy útiles.
- Se investigan para obtener productos que podrían ayudar en la medicina, como terapias para ciertas enfermedades o para fortalecer los dientes.
- Su colágeno tiene propiedades antioxidantes y puede ayudar a proteger la piel.
- Algunas sustancias de las medusas tienen propiedades que combaten bacterias.
- La bioluminiscencia de las medusas, especialmente la GFP, es una herramienta increíble en la ingeniería genética. Permite a los científicos "ver" procesos que antes eran invisibles, como el desarrollo de las neuronas, cómo se mueven ciertas células o el crecimiento de bacterias.
- Incluso se han creado materiales absorbentes, como los que se usan en pañales, inspirados en la capacidad de las medusas para retener agua.
- Hay ideas para el futuro, como crear árboles que brillen para iluminar calles y reducir el consumo de energía, o plantas que se iluminen cuando necesiten agua. También se piensa en usar la bioluminiscencia para detectar bacterias en alimentos o para ayudar en la investigación forense.
Calamares
El Vampyroteuthis Infernalis, conocido como 'calamar vampiro', es un animal muy especial que vive en las profundidades. Tiene un color oscuro y tentáculos que forman una especie de capa.
Este calamar usa sus grandes ojos para detectar el menor movimiento y produce una luz azul oscura para camuflarse de los depredadores que están debajo de él. Si se siente amenazado, en lugar de tinta, expulsa una nube pegajosa de moco bioluminiscente que brilla. Esta cortina de luz confunde a los depredadores y le da tiempo para escapar. El calamar vampiro tiene muchos órganos que producen luz, llamados fotóforos, y puede controlarlos para emitir destellos de luz de diferentes intensidades y duraciones.
Algunos dinoflagelados, como Pyrodinium bahamense, también pueden producir luz, especialmente cuando hay muchos juntos. La luz que emiten es visible para el ojo humano en la oscuridad.
Hongos
Existen más de 112 especies de hongos bioluminiscentes, que se encuentran principalmente en climas templados y tropicales. Todos ellos son miembros de un grupo llamado Agaricales, excepto uno. Estos hongos emiten una luz verdosa continua.
La luz puede ser producida tanto por el cuerpo principal del hongo (el micelio) como por las setas (los basidiocarpos). Por ejemplo, en Panellus stipticus y Omphalotus olearius brillan ambos, mientras que en Armillaria mellea solo brillan el micelio y las raíces jóvenes. En otros, solo brillan las esporas o unas estructuras especiales llamadas esclerocios.
Aunque no se conoce completamente la química de cómo brillan los hongos, se sabe que necesitan una sustancia que emite luz (luciferina) y una enzima (luciferasa). La luciferina se "activa" y luego es oxidada por la luciferasa, liberando energía en forma de luz verde-azulada. Las condiciones como el pH, la luz y la temperatura pueden afectar cuánto brillan.
Todos los hongos que brillan comparten un mecanismo similar, lo que sugiere que esta capacidad apareció temprano en su evolución. La mayoría de estos hongos crecen en la madera y la descomponen. Se cree que la bioluminiscencia, al ser un proceso que usa oxígeno, podría ayudar a proteger a los hongos de sustancias dañinas que se producen al descomponer la madera.
La razón exacta por la que los hongos brillan no está totalmente clara. Algunos científicos piensan que la luz podría atraer a animales (como insectos) que ayudarían a dispersar sus esporas en la oscuridad de los bosques tropicales. Otros creen que, cuando brilla el micelio (la parte que está bajo tierra), la luz podría ahuyentar a los animales que intentan comérselos.
Regulación de la luz
En organismos como las bacterias, la producción de luz está controlada por un grupo de genes llamado "operón luxCDABE". Estos genes son como instrucciones que le dicen a la bacteria cómo producir las sustancias necesarias para brillar.
La cantidad de luz que producen las bacterias también depende de cuántas bacterias haya. Cuando hay muchas, se envían "mensajes" entre ellas que activan la producción de luz. Es un sistema muy inteligente para coordinar su brillo.
Usos en la biotecnología
Los organismos bioluminiscentes son muy interesantes para la investigación.
- Los sistemas de luciferasa se usan mucho en la ingeniería genética como "marcadores". Esto significa que los científicos pueden insertar el gen de la luciferasa en otras células o animales para ver si un gen específico está funcionando o para seguir procesos biológicos.
- La GFP de la medusa Aequorea victoria es una herramienta muy valiosa. Como no necesita aditivos para brillar, los científicos la usan para "iluminar" procesos que antes eran invisibles, como el desarrollo de neuronas, cómo se mueven ciertas células o el crecimiento de bacterias.
- Incluso se han modificado genéticamente ratones para que sus células nerviosas brillen en diferentes colores, lo que ayuda a los investigadores a estudiar el cerebro.
- Hay ideas para el futuro, como crear árboles que brillen para iluminar ciudades, plantas que se enciendan cuando necesiten agua, o métodos para detectar bacterias en alimentos usando su luz.
Galería de imágenes
-
Bacterias bioluminiscentes del Parque nacional de Yellowstone.
-
Reacción catalizada por las enzimas de las luciérnagas.
-
Bioluminiscencia de Arachnocampa luminosa en una cueva de Nueva Zelanda.
-
Cultivo de bacterias bioluminiscentes.
-
Medusa Aequorea victoria, organismo bioluminiscente.
-
Proteína verde fluorescente (GFP)
-
Algunos calamares hacen uso de bioluminiscencia para atraer a sus presas.
-
Bioluminiscencia causada por protozoarios dinoflagelados. Toma en la cercanía de A Carlsbad (California, Estados Unidos)
-
Disposición de los marcos abierto de lectura para el operón luxCDABE en bacterias marinas luminiscentes.
-
Expresión del operón lux a partir de diferentes tipos de genes que codifican una función regulatoria de algunas bacterias marinas.
Véase también
En inglés: Bioluminescence Facts for Kids
