Aguas y animales brillantes: Bioluminiscencia
A menudo asociamos la luz con el sol o la electricidad, pero en la naturaleza, especialmente en ecosistemas marinos, existe otra fuente de iluminación: la bioluminiscencia, la cual hace posible la observación de colores brillantes procedentes del agua, por ejemplo.
Esta imagen tan característica es producto de la bioluminiscencia, un fenómeno que ha despertado un gran interés científco a lo largo de la historia, e incluso Aristóteles ya estudiaba sobre ello. Antes de conocer su origen, este tipo de luz se denominaba fosforescencia. Sin embargo, al descubrirse que era el resultado de una reacción química en ciertos seres vivos, sobretodo marinos, se le dio el nombre de bioluminiscencia. Hoy en día, sabemos que una amplia variedad de organismos son capaces de emitir luz propia, desde diversos animales marinos y terrestres hasta ciertos hongos, protozoos y bacterias.
La bioluminiscencia se produce gracias a la enzima luciferasa, que cataliza una reacción oxidativa en la que el oxígeno se combina con el sustrato luciferina. Esta reacción da lugar a la formación de oxiluciferina y a la emisión de luz.
Cuando aparecieron las cianobacterias, hace unos 2.500 millones de años, el oxígeno comenzó a acumularse en la atmósfera terrestre. Este fenómeno resultó muy nocivo para la mayoría de las especies microbianas, que estaban adaptadas a una atmósfera anóxica (sin oxígeno) y para las cuales el oxígeno era tóxico. Como resouesta, muchos microorganismos desarrollaron mecanismos para eliminarlo. Así, la bioluminiscencia podría haber surgido como una estrategia para consumir el oxígeno próximo a la célula, permitiendo su supervivencia en una atmósfera cada vez más oxigenada.
Con el tiempo, es posible que estos organismos hayan desarrollado una mayor tolerancia al oxígeno, pero la bioluminiscencia habría perdurado al asociarse con otras funciones ecológicas. Hoy en día, la bioluminiscencia se encuentra en una amplia variedad de organismos, tanto microscópicos como macroscópicos, muy distantes evolutivamente. Esto evidencia su diversificación funcional, incluyendo roles como la depredación, el camuflaje, o la comunicación entre organismos.
Microorganismos bioluminiscentes
Bacterias
Varias especies de bacterias pueden emitir bioluminiscencia, especialmente aquellas de los géneros Photobacterium, Aliivibrio y Vibrio, que habitan en ambientes marinos. Sin embargo, también existen bacterias terrestres bioluminiscentes, como las del género Photorhabdus, que infectan diversas especies de insectos o nemátodos (gusanos) haciéndolos brillar.
Algunas especies marinas establecen relaciones simbióticas con ciertos peces y calamares. En estos animales, las bacterias colonizan un órgano llamado órgano luminoso, donde se acumulan y emiten luz, lo que atorga al animal una apariencia brillante. Esta luz es utilizada para camuflarse, atraer presas o señalizar. Además, cada tipo de bacteria produce una luz característica.
Las bacterias en estos órganos solo producen luminiscencia cuando alcanzan una alta densidad de población. A medida que crecen, liberan una molécula relacionada con la comunicación bacteriana y la percepción de quórum (quorum sensing), la AHL (N-acil homoserina lactona), al espacio extracelular, donde se acumula. Cuando la concentració de AHL es lo suficientemente alta, esta molécula reingresa al interior de las bacterias, activando la luciferasa y, por tanto, la luminiscencia.
Por ejemplo, la luz característica del pez linterna (Photoblepharon palpebratus) se debe a las bacterias luminiscentes en su órgano luminoso.
El calamar Euprymna scolopes utiliza sus bacterias simbióticas para emitir luz ventral, lo que le permite camuflarse de los depredadores que se encuentran por debajo de este, simulando la luz de la Luna y eliminando así su sombra.
Otro ejemplo de relación simbiótica con bacterias luminiscentes es el de Pyrosoma atlanticum, un pequeño vertebrado marino de unos pocos milímetros que forma colonias brillantes y flotantes, compuestas por cientos de organismos que pueden medir desde unos centímetros hasta varios metros de longitud. Estos organismos albergan bacterias luminiscentes en órganos luminosos y son capaces de modular la intensidad de luz que emiten, activándola solo mediante estimulación mecánica. Además, pueden sincronizarse entre ellos cuando reconocen que otro miembro de la colonia está emitiendo luz.
Protozoos
Los dinoflagelados son algas microscópicas que varían ampliamente en formas y tamaños, y forman parte del plancton marino. Muchos de ellos son de vida libre, mientras que otros participan en simbiosis o actúan como depredadores.
En ocasiones, estos protozoos se reproducen masivamente en el agua, dando lugar a un fenómeno natural conocido como mareas rojas. Estas proliferaciones masivas consumen gran parte del oxígeno disuelto en el agua, lo que suele provocar la muerte de muchos organismos en las zonas afectadas, especialmente si los dinoflagelados que crecen en exceso son productores de toxinas.
Sin embargo, estas floraciones también pueden ser causadas por dinoflagelados bioluminiscentes, lo que hace que el agua donde se encuentran adquiera una luminosidad muy característica. La bioluminiscencia se desencadena por estímulos mecánicos, por lo que cada ola en el agua provoca también una ola luminosa. Los movimientos en el agua revelan los contornos de los peces, y si se sumerge la mano en tal concentración de dinoflagelados, ésta también brilla intensamente. Además, las floraciones masivas de dinoflagelados bioluminiscentes pueden alcanzar tamaños de 400 km e incluso son visibles desde el espacio. Aunque es un fenómeno asombroso, es importante tener precaución, ya que algunas especies de dinoflagelados u otros protozoos bioluminiscentes también pueden ser tóxicos.
En algunas zonas, como bahías marinas poco profundas y ricas en nutrientes con poco movimiento de agua, se producen floraciones estacionales de estos organismos. El dinoflagelado bioluminiscente más común y estudiado es Noctiluca scintillans (anteriormente N. militaris).
Organismos pluricelulares bioluminiscentes
Medusas
Algunos animales han evolucionado su propio mecanismo de bioluminiscencia sin necesidad de establecer relaciones simbióticas con bacterias. Un ejemplo notable son las medusas bioluminiscentes, muchas de las cuales emiten luz en tonos verdosos o azules.
Crustáceos
Cypridina hilgendorfii (o Vargula hilgendorfii) son pequeños crustáceos marinos que miden entre 0,1 y 2,5 mm, comúnmente conocidos como luciérnagas marinas debido a su característica luminiscencia azul.
Para concluir, existe una gran diversidad de organismos luminiscentes, aunque el origen de esta capacidad es desconocido en la mayoría de ellos. Además, la luminiscencia no se limita únicamente a los ambientes marinos; sino que también hay organismos terrestres que poseen esta habilidad, como las luciérnagas, ciertos hongos e incluso algunos gusanos, entre otros.
Fuentes:
Schramm, S., & Weiß, D. (2024). Bioluminescence - The Vibrant Glow of Nature and its Chemical Mechanisms. Chembiochem : a European journal of chemical biology, 25(9), e202400106. https://doi.org/10.1002/cbic.202400106
Brock, T. D., Madigan, M. T., Guerrero, R., Chica, C., Duro, R., Piqueras, M., & Barrachina, C. Brock biología de los microorganismos (14a ed.). Pearson Educación (2015). ISBN 9788490352809.
Dunlap, P.V.. (2009). Bioluminescence, Microbial. Encyclopedia of Microbiology. 45-61. 10.1016/B978-012373944-5.00066-3.
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