Bioluminescencia

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
Vagalume en voo da especie Photinus pyralis, presente en Norteamérica.
Femia do vagalume da especie Lampyris noctiluca, presente en Europa.

A bioluminescencia é a produción e emisión de luz por un organismo vivo. A bioluminescencia é unha forma natural de quimioluminescencia na que se libera enerxía en forma de emisión de luz por medio dunha reacción química. Os vagalumes, a familia dos peixes sapos, e outras criaturas producen a substancia química luciferina e o encima luciferase. [1] A luciferina reacciona co oxíxeno para producir luz. A luciferase actúa como un catalizador que acelera a reacción, que está ás veces mediada por cofactores como os ións calcio ou a ATP. A reacción química pode ocorrer dentro ou fóra da célula. En bacterias, a expresión do xene relacionado coa bioluminescencia está controlada por un operón chamado operón lux. [2]

A bioluminescencia aparece sobre todo nos vertebrados e invertebrados mariños, pero tamén nalgúns animais terrestres. Algúns organismos (vagalumes, cnidarios) teñen bioluminescencia por si mesmos, e outros grazas a simbiontes. Os organismos simbióticos que viven dentro de organismos maiores poden ser tamén bioluminescentes, polo que lle dan unha bioluminescencia ao seu hóspede, que doutro modo non a tería.

Características[editar | editar a fonte]

A bioluminescencia é unha forma de luminescencia ou emisión de "luz fría", que se chama así porque menos do 20% da luz xera radiación térmica. A bioluminescencia non debería confundirse coa fluorescencia, fosforescencia ou refracción da luz (en todos eses outros casos a substancia emisora debe recibir primeiro luz e despois emitila ou reflectila, pero na bioluminescencia a luz prodúcese por unha reacción química mesmo en total escuridade e sen exposición previa á luz).

Estímase que o 90% das especies de augas profundas ou abisais producen bioluminescencia dunha forma ou outra. A maioría das emisións de luz mariñas pertencen ao espectro luminoso azul ou verde, porque son as cores con lonxitudes de onda que máis facilmente se poden transmitir pola auga do mar. Porén, certos peixes do xénero Malacosteus emiten luz vermella e infravermella e os do xénero Tomopteris emiten luz amarela.

A bioluminiscencia nos ambientes terrestres é menos frecuente, e pode ter unha maior gama de cores. Os dous casos mellor coñecidos son os insectos da familia Lampyridae (vagalumes) e os da familia Phengodidae. Outros insectos en fase larvaria, anélidos, arácnidos e mesmo fungos posúen tamén bioluminescencia.

Algunhas formas de bioluminescencia son máis brillantes (ou prodúcense só) de noite, seguindo un ritmo circadiano.

Adaptacións para a bioluminescencia[editar | editar a fonte]

A bioluminescencia ten varias funcións en diferentes taxons:

Camuflaxe de contrailuminación[editar | editar a fonte]

Nalgunhas especies de luras utilízase a luminescencia bacteriana para producir unha contrailuminación, de modo que o animal confúndese coa luz ambiental que vén da parte superior cando se ve desde abaixo. [3] Nestes animais, atopáronse vesículas fotorreceptivas que controlan o contraste desta iluminación para crear unha camuflaxe óptima. [3] Estes órganos luminosos están xeralmente separados do tecido que contén as bacterias bioluminescentes. Porén, nunha especie, Euprymna scolopes, as bacterias forman parte integral do órgano luminoso. [4]

Mimetismo para atraer as presas[editar | editar a fonte]

Larva de vagalume.

A bioluminescencia utilízase como unha forma de mimetismo para atraer ás presas, como fan varios peixes de augas profundas, como os da familia do peixe sapo. Teñen un apéndice colgante luminoso que se estende desde a cabeza do peixe e atrae a pequenos animais, que son despois capturados. [5]

O tiburón Isistius brasiliensis utiliza a bioluminescencia como camuflaxe, pero unha pequena zona da súa barriga permanece escura e ten a aparencia dun pequeno peixe, que outros peixes como o atún ou a xarda intentan capturar, pero acaban sendo atacados polo tiburón. [6]

Os dinoflaxelados poden utilizar a atracción por bioluminescencia para defenderse contra os depredadores. Ilumínanse cando detectan un depredador, e isto posiblemente fai que o depredador que se achega sexa máis vulnerable a outros predadores maiores de niveis tróficos superiores. [7]

Atracción da parella[editar | editar a fonte]

Os vagalumes utilizan a súa bioluminescencia para enviar flashes desde os seus abdomes que atraen a posibles parellas durante a estación de apareamento. [8]

Nos ambientes mariños, está ben documentado o uso da bioluminescencia para esta misión nos ostrácodos, e outros pequenos crustáceos.

Distracción[editar | editar a fonte]

Euprymna berryi un sepiólido bioluminescente. O 63% dos xéneros de luras teñen esta capacidade.[9]

Certas luras e pequenos crustáceos usan mesturas químicas bioluminescentes ou líquidos bacterianos bioluminiscentes do mesmo modo que se usa a tinta dos cefalópodos. Expulsan unha nube de material luminescente que distrae ou repele a potenciais depredadores, e mentres a lura ou o crustáceo aproveita para liscar.

Repulsión[editar | editar a fonte]

As larvas dos vagalumes brillan para repeler aos predadores.

Iluminación[editar | editar a fonte]

Aínda que a maioría da bioluminescencia mariña é verde ou azul, os peixes Stomiidae producen un resplandor vermello. Esta adaptación permite que o peixe vexa presas con pigmentación vermella, que normalmente son invisibles nas grandes profundidades oceánicas, onde a luz vermella non chega ao ser filtrada pola columna de auga. [10]

Biotecnoloxía[editar | editar a fonte]

Representación artística de krill antártico bioluminescente.

Os organismos bioluminescentes son obxecto de estudo de moitas áreas de investigación. Os sistemas luciferase son moi utilizados en enxeñaría xenética para detectar e marcar xenes. Os sistemas luciferase tamén se aproveitan en investigacións biomédicas utilizando imaxes de bioluminescencia. Os xenes da bioluminescencia foron introducidos por enxeñería xenética en diversos animais e plantas.

A simbiose das bacterias do xénero Vibrio con numerosos invertebrados mariños e peixes, como a lura Euprymna scolopes, son un organismo modelo experimental fundamental para o estudo da simbiose, percepción do quórum (quorum sensing) e a bioluminescencia. A comunicación entre bacterias (quorum sensing) xoga un papel na regulación da luminescencia de moitas especies bacterianas. As bacterias utilizan pequenas moléculas segregadas extracelularmente que lles permiten adaptar o seu comportamento e activar os xenes para a produción de luz só cando se dan densidades celulares altas na poboación bacteriana.

As estruturas dos fotóforos, os órganos produtores de luz nos organismos bioluminescentes, están sendo investigadas por deseñadores industriais.

Aplicacións posibles da bioluminescencia[editar | editar a fonte]

Algunhas aplicacións que se teñen proposto para a bioluminescencia creada por enxeñaría xenética son:[11]

  • Árbores brillantes para sinalar os límites das autoestradas
  • Árbores de Nadal que non necesitarían luces
  • Plantas de cultivo que se iluminarían cando necesitasen rego
  • Novos métodos de detección da contaminación bacteriana nos alimentos
  • Bioidentificadores para presos encarcerados e pacientes mentais
  • Detección de certas especies de bacterias en cadáveres
  • Mascotas bioluminescentes (coellos, ratos, peixes, etc.).

Organismos bioluminescentes[editar | editar a fonte]

Omphalotus nidiformis á luz do día.
Omphalotus nidiformis coa luz apagada mostrando a súa bioluminescencia.
Lampírido (vagalume).
O fungo Panellus stipticus mostrando a súa bioluminiscencia.
Resplandor azul no océano causado por moitos pequenos organismos como o dinoflaxelado Noctiluca.
Noctiluca scintillans, un dinoflaxelado bioluminescente.

Todas as células producen algunha forma de bioluminescencia dentro do espectro electromagnético, pero a maioría non é visible ou perceptible a simple vista. A bioluminescencia de cada organismo é única en lonxitude de onda, duración, temporización e regularidade dos escintileos. Unha lista de organismos con bioluminescencia visible é a seguinte:

Organismos terrestres[editar | editar a fonte]

Animais:

Fungos:

Peixes[editar | editar a fonte]

Vagalumes[editar | editar a fonte]

Os vagalumes son escaravellos que utilizan unha reacción encimática que ten como substrato a substancia luciferina para producir un resplandor xeralmente verdoso. Tamén é un posible aviso aos depredadores da súa toxicidade, pero pénsase que o principal propósito dos seus abdomes luminescentes é a atracción da parella para a reprodución.

Invertebrados mariños[editar | editar a fonte]

Microorganismos[editar | editar a fonte]

Notas[editar | editar a fonte]

  1. Kirkwood, Scott (Spring 2005). "Park Mysteries: Deep Blue". National Parks Magazine (National Parks Conservation Association): pp. 20–21. ISSN 0276-8186. http://www.npca.org/magazine/2005/spring/mysteries.html. Consultado o 14 June 2010.
  2. Hastings JW (1983). "Biological diversity, chemical mechanisms, and the evolutionary origins of bioluminescent systems". J. Mol. Evol. 19 (5): 309–21. DOI:10.1007/BF02101634. ISSN 1432-1432. PMID 6358519. http://www.springerlink.com/content/nx16v26410u02386/.
  3. 3,0 3,1 Young, RE; Roper, CF. (1976). "Bioluminescent countershading in midwater animals: evidence from living squid". Science 191 (4231): 1046–8. Bibcode 1976Sci...191.1046Y. DOI:10.1126/science.1251214. PMID 1251214.
  4. Tong, D; Rozas, NS; Oakley, TH; Mitchell, J; Colley, NJ; McFall-Ngai, MJ (2009). "Evidence for light perception in a bioluminescent organ". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 106 (24): 9836–41. Bibcode 2009PNAS..106.9836T. DOI:10.1073/pnas.0904571106. PMC 2700988. PMID 19509343. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=2700988.
  5. Young, Richard Edward (October 1983). "Oceanic Bioluminescence: an Overview of General Functions". Bulletin of Marine Science 33 (4): 829–845. http://www.ingentaconnect.com/content/umrsmas/bullmar/1983/00000033/00000004/art00003.
  6. ReefQuest Centre for Shark Research. Biology of Sharks and Rays. Shark Ecology: The Cookiecutter Shark Retrieved 4 December 2011
  7. Haddock, Steven H.D.; Moline,M.A., Case, J.F (1). "Bioluminescence of the sea". Annual Review of Marine Science 2: 443–493. DOI:10.1146/annurev-marine-120308-081028.
  8. Stanger-Hall, K.F.; Lloyd, J.E.; Hillis, D.M. (2007). "Phylogeny of North American fireflies (Coleoptera: Lampyridae): implications for the evolution of light signals". Molecular Phylogenetics and Evolution 45 (1): 33–49. DOI:10.1016/j.ympev.2007.05.013. PMID 17644427.
  9. Bioluminescence. Bio.davidson.edu (2005-10-25). Retrieved on 20 October 2011.
  10. Long-wave sensitivity in deep-sea stomiid dragonfish with far-red bioluminescence: evidence for a dietary origin of the chlorophyll-derived retinal photosensitizer of Malacosteus niger. by R.H. Douglas, C.W. Mullineaux, and J.C. Partridge
  11. Bioluminescence Questions and Answers. Siobiolum.ucsd.edu. Retrieved on 20 October 2011.
  12. Geophilus carpophagus – a centipede – Family: Geophilidae. Plant Press. Retrieved on 20 October 2011.
  13. Myriapods: strange millipedes. Herper.com. Retrieved on 20 October 2011.
  14. "Interpretive Eco-tours of the World's Brightest Glowing Bay!". Biobay. http://www.biobay.com/. Consultado o 15 November 2011.
  15. Bryner, Jeanna (5 October 2009). "Glow-in-the-Dark Mushrooms Discovered". Live Science. http://www.livescience.com/strangenews/091005-glowing-mushrooms.html. Consultado o 6 October 2009.

Véxase tamén[editar | editar a fonte]

Outros artigos[editar | editar a fonte]

Ligazóns externas[editar | editar a fonte]