Bioluminiscencia: definición, mecanismos y ejemplos en la naturaleza

La bioluminiscencia es la capacidad de los seres vivos de producir luz. A menudo se hace por simbiosis. En ella, el organismo mayor contiene, a menudo en un órgano especial, microorganismos que producen la luz. Los protistas eucariotas tienen orgánulos especiales y algunas bacterias también producen luz. La bioluminiscencia es el resultado de procesos químicos, en los que la energía producida se libera como luz visible. La bioluminiscencia ha aparecido muchas veces durante la evolución.

El ATP (trifosfato de adenosina), la fuente de energía biológica, reacciona con la luciferina con la ayuda de la enzima luciferasa para producir un complejo intermedio. Este complejo se combina con el oxígeno para producir un compuesto altamente quimioluminiscente (que brilla).

El papel de las gammaproteobacterias en la producción de luz se discute en detalle en las obras de referencia. La capacidad de producir luz es una extensión del metabolismo normal: todas las reacciones químicas producen algunos fotones. La luz visible se produce cuando la producción de fotones aumenta. En el caso de las bacterias, la función original de la reacción era probablemente desintoxicar el exceso de oxígeno.

Mecanismos químicos: ¿cómo se genera la luz?

En términos generales, la bioluminiscencia es una reacción de oxidación enzimática en la que una molécula llamada luciferina es oxidada por una luciferasa (o por un sistema enzimático equivalente). La energía liberada en la reacción excita una molécula producta (como la oxyluciferina), que al regresar a su estado fundamental emite un fotón: luz visible.

Existen variantes importantes según el grupo biológico:

• Lampíridos (luciérnagas y otros insectos): la reacción típica usa ATP; la luciferina se activa por adenilación antes de ser oxidada por la luciferasa, produciendo luz típicamente amarilla-verde.
• Bacterias bioluminiscentes: el sistema bacteriano clásico (p. ej. Vibrio) usa un FMNH2 reducido (flavina) y un aldehído alifático que, con O2 y la luciferasa bacteriana, produce luz azul-verde; la reacción no requiere ATP directamente en la emisión, aunque el metabolismo lo mantiene.
• Dinoflagelados y muchas medusas: emplean luciferinas y luciferasas propias o proteínas accesorias; en algunos cnidarios la emisión puede implicar proteínas fluorescentes (por ejemplo, GFP) que convierten la luz emitida a otros colores.

El color de la luz depende de la estructura de la luciferina, del entorno proteico de la luciferasa y, en algunos casos, de proteínas accesorias. En el mar predomina la luz azul-verde (≈ 440–500 nm) porque se propaga más en agua; en organismos terrestres (por ejemplo luciérnagas) los tonos son más amarillos o anaranjados.

Organismos bioluminiscentes: ejemplos y tipos

La bioluminiscencia se encuentra en múltiples reinos y ha evolucionado de forma convergente. Algunos ejemplos representativos:

• Bacterias: Vibrio fischeri y otros géneros; a menudo forman asociaciones simbióticas con animales.
• Protistas: dinoflagelados como Noctiluca scintillans y Pyrocystis, responsables del “resplandor” en el mar (sea sparkle).
• Hongos: varias especies de hongos bioluminiscentes (p. ej. Neonothopanus), que emiten luz tenue en bosques húmedos.
• Cnidarios y medusas: Aequorea victoria (de la que se aisló la GFP), medusas y anémonas marinas que brillan en azul/verde.
• Moluscos y cefalópodos: calamares y algunos moluscos con fotóforos; el calamar Euprymna scolopes mantiene una población de Vibrio fischeri en un saco luminoso.
• Peces de aguas profundas: pez rape (anglerfish) con apéndices luminosos, peces linterna y otros que usan fotóforos para atraer presas o camuflarse.
• Insectos: luciérnagas (Lampyridae) y otros coleópteros; también los llamados “gusanos de ferrocarril” (Phengodidae) con emisiones rojo-verdes.

Funciones ecológicas de la bioluminiscencia

La luz producida por organismos cumple múltiples funciones adaptativas, entre ellas:

• Atracción de presas: el pez rape usa un apéndice luminoso como señuelo.
• Defensa y distracción: chorro de luz o destellos para confundir depredadores, desprendimiento de nubes luminosas (como “expulsar” un destello).
• Comunicación intraspecífica: patrones de destellos para cortejo (luciérnagas) o señales sociales.
• Camuflaje por contrailuminación: animales marinos iluminan su vientre para igualar la luz cenital y hacerse invisibles desde abajo.
• Relaciones simbióticas: hospedadores que ofrecen un hábitat para bacterias luminiscentes (por ejemplo, calamares y algunos peces).
• Desintoxicación/biquímica: en bacterias puede haber una función originaria de manejo del oxígeno reductor u otros metabolitos.

La bioluminiscencia ha surgido independientemente muchas veces en la evolución, lo que explica la diversidad de moléculas y mecanismos implicados.

Aplicaciones humanas y observación

La bioluminiscencia tiene aplicaciones científicas y prácticas:

• Biotecnología y biomedicina: luciferasas y GFP se usan como marcadores en investigación molecular, biosensores de expresión génica, ensayos de viabilidad celular y diagnóstico.
• Monitoreo ambiental: ensayos luminiscentes detectan contaminantes y actividad microbiana.
• Turismo y divulgación: bahías bioluminiscentes y playas con dinoflagelados atraen visitantes; se recomienda visitar con respeto para no dañar los ecosistemas.

Consejos para observar bioluminiscencia en la naturaleza: buscar noches sin luna o con baja iluminación, evitar luces artificiales, moverse con calma para no alarmar organismos y consultar guías locales para visitas sostenibles.

Medición y estudio

La intensidad y el espectro de la bioluminiscencia se miden con luminómetros, cámaras sensibles (EMCCD, CMOS de baja luz) y espectrómetros. En investigación se cuantifica en unidades relativas (RLU) o como emisión espectral en nanómetros, lo que permite comparar especies y condiciones ambientales.

En resumen, la bioluminiscencia es un fenómeno químico y ecológico diverso y de gran importancia tanto para los organismos que la utilizan como para la ciencia y la tecnología humana. Su estudio combina bioquímica, ecología, evolución y aplicaciones prácticas.

Funciones de la bioluminiscencia

Para ver una lista, consulte la página web de Biolum.

Camuflaje de contraluz

En algunas especies de calamares se utiliza la bioluminiscencia bacteriana para la contrailuminación, de modo que el animal se adapta a la luz ambiental vista desde abajo. En estos animales, los órganos de luz controlan el contraste de esta iluminación para crear una coincidencia optiminal. Normalmente, estos órganos luminosos están separados del tejido que contiene las bacterias bioluminiscentes.

Atracción

Varios peces de aguas profundas, como el rape, utilizan la bioluminiscencia como señuelo para atraer a sus presas. Un señuelo colgante en la cabeza del pez atrae a los pequeños animales que están a su alcance. Algunos peces, sin embargo, utilizan un señuelo no bioluminiscente.

El tiburón cocinero utiliza la bioluminiscencia para camuflarse, pero una pequeña mancha en su vientre permanece oscura y aparece como un pez pequeño para los grandes peces depredadores como el atún y la caballa que nadan debajo de él. Cuando estos peces intentan consumir el "pez pequeño", son mordidos por el tiburón, que arranca pequeños trozos circulares de carne en forma de "cortador de galletas" de sus huéspedes.

Los dinoflagelados dan un giro interesante a este mecanismo. Cuando detectan un depredador del plancton a través del movimiento en el agua, el dinoflagelado se ilumina. Esto, a su vez, atrae a depredadores aún más grandes que consumirán al posible depredador del dinoflagelado.

Atraer a las parejas es una función importante de la bioluminiscencia. Esto se observa en las luciérnagas, que utilizan destellos periódicos en sus abdómenes para atraer a sus parejas en la época de apareamiento. En el medio marino, esto sólo se ha documentado en algunos pequeños crustáceos ostrácodos, pero puede ser bastante común.

Repulsión

Algunos calamares y pequeños crustáceos utilizan la bioluminiscencia como muchos calamares utilizan la tinta. Expulsan una nube de luminiscencia que confunde o repele a un posible depredador mientras el calamar o el crustáceo escapan a un lugar seguro. Todas las especies de luciérnagas tienen larvas que brillan para repeler a los depredadores.

Hembra de Lampyris noctiluca, la luciérnaga común.


Larva de luciérnaga

Biotecnología

Los organismos bioluminiscentes son un objetivo para muchas áreas de investigación. Los sistemas de luciferasa se utilizan ampliamente en el campo de la ingeniería genética. También se han utilizado en la investigación biomédica, para dotar a algunas células de etiquetas visibles. La luciferina puede añadirse a moléculas y células para hacerlas visibles al microscopio. "Este mercado tiene ahora un valor de unos 20.000 millones de libras. Si uno va a un hospital y se hace un análisis de sangre para medir proteínas víricas, proteínas cancerígenas, hormonas, vitaminas, proteínas bacterianas o fármacos, es casi seguro que utilizará esta técnica".

La estructura de los fotóforos, los órganos productores de luz de los organismos bioluminiscentes, está siendo investigada por los diseñadores industriales.

Representación artística del krill antártico bioluminiscente

Preguntas y respuestas

P: ¿Qué es la bioluminiscencia?

P: ¿Cómo funciona la bioluminiscencia?

P: ¿Qué organismos producen luz bioluminiscente?

P: ¿De dónde procede la capacidad de producir luz bioluminiscente?

P: ¿Cuál era la función original de producir luz bioluminiscente en las bacterias?

P: ¿Qué son la luciferina y la luciferasa?

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