Bioluminiscencia CIENCIA

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Ciencia

Generalidades. Es la producción de luz en los seres vivos. El fenómeno ha despertado la curiosidad de los hombres en todos los tiempos, pues aun cuando su presencia en la naturaleza es más bien esporádica, es de fácil observación.

En la naturaleza, los. organismos que presentan la propiedad de emitir luz son ciertas bacterias y algunos hongos, entre los vegetales, y, en los animales, protozoos, invertebrados y ciertos peces abisales entre los vertebrados. Las bacterias bioluminiscentes son las responsables de la emisión de luz de la carne y el pescado en descomposición, mientras que los hongos que gozan también de esta propiedad producen la luz en el mantillo del bosque húmedo y sobre la madera en putrefacción.

En el s. xvII, Robert Boyle demostró experimentalmente que el aire resulta imprescindible para la emisión de luz en la carne o en el pescado en descomposición; el oxígeno, aún no descubierto en aquellas fechas, era el verdadero responsable. Los experimentos clásicos de Dubois publicados en 188587 muestran la existencia de dos componentes en el sistema emisor de luz, que bautizó con los nombres de luciferina y luciferasa, después de sus estudios sobre el insecto Pyrophorus y el molusco Molas. Los extractos acuosos de estos animales bioluminiscentes contienen dichos compuestos y siguen emitiendo luz durante unos minutos. En la Exposición Internacional de París de 1900, Dubois iluminó una habitación con unos tanques de unos 25 litros de capacidad, los cuales contenían una suspensión de bacterias luminiscentes que emitían una luz azulverdosa.

Harvey demuestra por los años 191620 que la emisión de luz es un proceso de tipo enzimático; estudia el sistema luciferinaluciferasa en distintos organismos (Cypridina, ostracodo), Photinus, Photuris, Luciola (insectos), Odontosyllis (poliqueto), y aprecia la especificidad de especie de ambos componentes. En la actualidad existe una amplia bibliografía sobre este tema, en el que destaca principalmente la labor desarrollada por los norteamericanos Mc Elroy, Johnson, Seliger y la de los japoneses Shimomura y Haneda. Los problemas básicos planteados son de orden bioquímico, destinados a aislar y caracterizar los sistemas productores de luz en diferentes especies, e interpretar la acción de los distintos factores que actúan sobre ellos.

Distribución taxonómica. Los organismos animales productores de luz se distribuyen de una forma muy variada en la escala zoológica, lo que impide realizar una sistematización. Podemos decir, sin embargo, que en los animales superiores, en los vertebrados, es muy poco frecuente y sólo se presenta en los peces de las grandes profundidades (peces abisales). En los invertebrados, su presencia es más abundante, pero su distribución dentro de los grandes grupos taxonómicos es irregular. Con relación a las condiciones ambientales de los seres bioluminiscentes, podemos decir que todos ellos son marinos (abisales o planctónicos) o terrestres, y que las aguas continentales carecen de ellos. Entre los protozoos, existen numerosas especies de radiolarios y dinoflagelados marinos que son responsables de la b. del agua del mar. La especie Noctiluca miliaris, de un tamaño de 0,5 a 1 mm., es abundante en las costas españolas y responde al estímulo mecánico de la agitación del agua, emitiendo luz. La emisión de luz es de tipo intracelular. En mares tropicales, esta b. es aún más acusada y existen zonas en donde dicho fenómeno constituye un atractivo turístico, como ocurre en Oyster Bay (Jamaica) y en la bahía de Parguesa (Puerto Rico), debido a la gran abundancia del dinoflagelado Pyrodinium bahamense.

Entre los celentéreos se presentan varios pólipos, medusas y sifonóforos que responden solamente a un estímulo, de naturaleza mecánica, de forma que el lugar de la estimulación es el que primero se ilumina y luego nace una onda de luminosidad que se extiende a todo el animal. La emisióh de luz es de tipo extracelular en la mayoría de los celentéreos. Un ejemplo es la medusa existente en el Mediterráneo, Pelagia noctiluca.

Los anélidos tienen representantes bioluminiscentes entre los oligoquetos terrestres y entre los poliquetos marinos y, en general, la emisión de luz es de tipo extracelular. Los géneros Chaetopterus, Tomopteris, Odontosyllis, entre otros, son bastante frecuentes en los mares tropicales. Se dice que Colón vio alguna de estas especies en su primer viaje al acercarse a las Bahamas que se cree correspondería al Odontosyllis enopla, cuyas hembras nadan en superficie, describiendo círculos y emitiendo luz verdosa.

En los artrópodos es donde se presenta con mayor frecuencia, especialmente en los insectos y en los crustáceos,’ siendo más bien escasa su aparición en miriápodos y arácnidos. El ostracodo Cypridina ha sido ampliamente estudiado por su abundancia, durante la II Guerra mundial, los japoneses empleaban incluso estos organismos pulverizados como fuente de luz para leer un mensaje o un mapa en la jungla, con sólo añadir un poco de agua.

En los insectos el fenómeno está restringido a unos órdenes (Colembola, Hemiptera, Coleoptera y Diptera), de los cuales los coleópteros son los más frecuentes (Lampyridae, Phengodidae, Rhagophtalmidae, Drilidae, Elateridae). Las luciérnagas, con su órgano luminoso en la región abdominal posterior, son un ejemplo característico del grupo. La larva del coleóptero americano del género Phrixotrix, con una luz roja en la cabeza y varias de color verde distribuidas en los flancos, constituye una verdadera curiosidad de la naturaleza que le ha merecido la denominación de gusanotren. En los moluscos, la luminiscencia está presente en algunos lamelibranquios, como es Pholas; dentro de los invertebrados, los órganos luminosos alcanzan su mayor desarrollo en los cefalópodos. En ciertos géneros abisales, como Lycoteuthis, se produce la emisión de cuatro colores diferentes.

Entre los cordados se hallan representantes en los protocordados, como sucede con el género Balanoglosus y en algún tunicado como Pyrosoma. De los cordados propiamente dichos sólo se presenta en los peces abisales, especialmente teleósteos, en los que se da una gama de dispositivos productores de luz, que culmina con la existencia de un órgano bien diferenciado (fotóforo), como acontece en Astronesthes, Stomias, Porichthys.

Algunas especies deben su b. a la presencia de bacterias luminiscentes simbiontes dentro de órganos especiales, como acontece con Photoplepharon, Anomalops, Physiculus, Equula.

Tipos de producción de luz. Los seres luminiscentes se caracterizan por su capacidad de producción de los elementos generadores de luz (luciferina y luciferasa). Las células especiales que sintetizan tales componentes están muchas veces acompañadas por otras estructuras anatómicas que resultan auxiliares para el proceso, dando lugar a un órgano luminoso más o menos diferenciado, en el que aparecen dispositivos que acentúan el fenómeno luminoso a modo de superficies reflejantes o filtrantes, etcétera. En la fig. 1 pueden verse algunos tipos de tales órganos. La b. se denomina intracelular cuando la reacción generadora de luz se realiza dentro de la propia célula. Por el contrario, existen seres luminiscentes que segregan las sustancias fotogenéticas fuera de las células, y en el exterior, incluso del organismo, reaccionan para producir la luz; es el caso de distintos gusanos terrestres luminiscentes los cuales expulsan un barro que resulta fosforescente, o el de la medusa Pelagia, de cuya superficie puede desprenderse una mucosidad luminosa. Los seres

luminiscentes per se emiten normalmente luz de forma intermitente, como respuesta a un estímulo externo. Por el contrario, existen muchos seres considerados bioluminiscentes y que, en realidad, deben tal propiedad a la presencia de bacterias luminiscentes simbiontes situadas en determinadas regiones de su cuerpo; este tipo de producción de luz es reconocido por la permanencia y la continuidad de su emisión, independientemente de las estimulaciones ambientales.

Naturaleza de la luz animal. La intensidad producida por los animales luminiscentes es muy baja, del orden de las 0,02 bujías, y el brillo de 0,345 mililamberts. Es una luz fría, debido a la gran eficacia de la conversión energética, produciéndose un reducido desprendimiento en forma de calor. En Photuris, se considera que la eficacia de conversión es de un 92%; frente a este valor, debe recordarse que la presentada por una lámpara de incandescencia de poca calidad es del 0,5%. La longitud de onda de.la luz emitida en la mayoría de los seres luminiscentes cae dentro la zona del visible, comprendida entre los 0,000045 y los 0,000067 cm. Algunas especies presentan en su órgano luminoso unas estructuras que actúan a modo de filtros, con lo cual se consiguen longitudes de onda diferentes.

Mecanismo de producción de la luz. Es conocido que ciertas reacciones químicas de tipo exotérmico desprenden energía en forma de luz. La quimioluminiscencia es el resultado de la oxidación de un sustrato; así, existen varios compuestos orgánicos (esencias, hidrocarburos, alcoholes, ésteres), cuya oxidación lenta genera luz. La fosforescencia no es más que la oxidación lenta del fósforo.

La b. es también un proceso oxidativo de la luciferina, en el que interviene la enzima específica luciferasa. La luciferasa de Cypridina fue purificada por Shimomura (1961), y resultó ser una holoproteína de peso molecular 50.000. El sistema luciferinaluciferasa es específico para cada especie animal, y no se produce emisión de luz si se intercambian ambos componentes entre dos especies. Se ha señalado que existe una excepción a dicha regla, de forma que la luciferina de Cypridina, cuya fórmula química se conoce, es igual a la de los peces del género Apogon. Igualmente, la luciferina y luciferasa de las luciérnagas (Lampyris) han sido aisladas y cristalizadas (194756) por Mc Elroy y la primera ha sido incluso sintetizada por White (1961). En los insectos, el sistema luciferinaluciferasa requiere, para la emisión de luz, la presencia de iones Mg~, adenosintrifosfato (ATP) y oxígeno. Un extracto acuoso de los órganos luminosos produce luz, y una vez desvanecida, puede recuperar tal capacidad con añadir de nuevo ATP; este componente aporta energía al sistema.

Significación biológica. La luminiscencia en los seres vivos tiene distintos significados funcionales. En algunas especies, como es el caso de los peces abisales, es una adaptación a las condiciones ambientales de ausencia de luz. En otros casos, la finalidad es de tipo sexual, pues se facilita el aparejamiento, como acontece en los insectos, o en los gusanos, como Odontosyllis. En algunas especies el significado funcional es de tipo protector, evitando con la luminiscencia el ataque de los predadores, ahuyentándolos o cegándolos. En los seres con una b. continua, como las bacterias y los hongos, es difícil encontrar una significación funcional al proceso, y, en general, se considera como una forma de eliminar la energía, y, por tanto, como un subproducto del propio metabolismo.

J. PLANAS MESTRES.

BIBL.: E. N. HARVEY, Bioluminescence, Nueva York 1952; W. D. Mc ELROY y H. H. SELIGER, Biological luminescence, "Science Amer." 207 (1962) 76; F. H. JOHNSON, Bioluminescence, en Comprensive Biochemistry, vol. 27, 1967, 76136; F. A. BROWN, Bloluminescencia, en Fisiología Comparada, México 1968, 52638 J. A. C. NICOL, Animal Luminescence, en Comparative Physiology and Biochemistry, vol. 1, 1962, 217273.