Endevinalles de la natura: bioluminescència

2024 Autora: Seth Attwood | [email protected]. Última modificació: 2023-12-16 16:00

La bioluminescència és la capacitat dels organismes vius de brillar amb les seves pròpies proteïnes o amb l'ajuda de bacteris simbiòtics.

Actualment, es coneixen unes 800 espècies d'éssers vius lluminosos. La majoria viuen al mar. Es tracta de bacteris, algues flagel·lades unicel·lulars, radiolaris, fongs, celenterats planctònics i annexos, sifonòfors, plomes marines, ctenòfors, equinoderms, cucs, mol·luscs, crustacis, peixos.

Alguns dels animals més brillants són els pirosomes (escarabats de foc). Entre les espècies bioluminescents d'aigua dolça, es coneixen el mol·lusc gasteròpode de Nova Zelanda Latia neritoides i una sèrie de bacteris. Entre els organismes terrestres brillen certes espècies de fongs, cucs de terra, cargols, milpeus i insectes.

A nivell de microcosmos, una resplendor molt feble, que només podem registrar amb l'ajuda de fotòmetres altament sensibles, és un efecte secundari de la neutralització de les espècies reactives d'oxigen per part d'enzims, que són necessaris, però tòxics per a les cèl·lules, que participen en el procés d'oxidació de la glucosa. També subministren l'energia necessària per a la quimioluminescència a diverses proteïnes de fòsfor.

Una de les primeres làmpades bacterianes -un matràs amb un cultiu de bacteris lluminosos- va ser entretinguda fa més de cent anys pel botànic i microbiòleg holandès Martin Beijerinck. El 1935, aquestes làmpades fins i tot van il·luminar la gran sala de l'Institut Oceanològic de París, i durant la guerra el microbiòleg soviètic A. A. Egorova va utilitzar bacteris lluminosos amb finalitats prosaiques: per il·luminar el laboratori.

I podeu dur a terme un experiment similar: poseu peix o carn cru en un lloc càlid, espereu una o dues setmanes i, a continuació, puja a la nit (des del costat del vent!) I mireu què passa: és probable que els bacteris que habiten el medi nutritiu brillarà amb una llum d'un altre món. Els bacteris, principalment dels gèneres Photobacterium i Vibrio, i els organismes planctònics pluricel·lulars (a la foto) brillen al mar, però la principal font de llum és un dels organismes unicel·lulars més grans (fins a 3 mm!) i complexos: les algues flagel·lades de la nit llum.

En els bacteris, les proteïnes de fòsfor es troben disperses per tota la cèl·lula; en els organismes unicel·lulars eucariotes (amb un nucli cel·lular), es troben en vesícules envoltades per una membrana al citoplasma. En animals pluricel·lulars, la llum sol ser emesa per cèl·lules especials - fotòcits, sovint agrupats en òrgans especials - fotòfors.

Els fotocits de celenterats i altres animals primitius, així com els fotòfors que funcionen a causa de fotobacteris simbiòtics, brillen contínuament o durant diversos segons després d'una estimulació mecànica o química. En animals amb un sistema nerviós més o menys desenvolupat, controla el treball dels fotòcits, encenent-los i apagant-los com a resposta a estímuls externs o quan canvia l'entorn intern del cos.

A més de l'intracel·lular, a les gambes d'aigües profundes, pops, sípies i calamars, hi ha un tipus de resplendor secretor: una barreja de productes de secreció de dues glàndules diferents s'expulsa del mantell o per sota de la closca i s'estén per la aigua com un núvol brillant que encega l'enemic.

Un altre exemple clàssic de bioluminescència és la podridura de la fusta. No és l'arbre en si el que brilla en ells, sinó el miceli del fong normal de la mel.

I als fongs superiors del gènere Mycena, que també creixen en un arbre en descomposició, però a les regions càlides com el Brasil i el Japó, els cossos fructífers brillen, el que se sol anomenar bolets (tot i que els floridures, els llevats i altres fongs també són bolets, només els inferiors).). Una de les espècies d'aquest gènere s'anomena M. lux-coeli, "micè - llum celestial".

L'aplicació més sorprenent de la bioluminescència és la creació de plantes i animals transgènics. El 1998 es va crear el primer ratolí amb el gen GFP inserit als cromosomes.

Les proteïnes brillants són necessàries per elaborar tècniques per introduir gens estrangers als cromosomes de diversos organismes: si brilla, vol dir que el mètode funciona, podeu utilitzar-lo per introduir un gen objectiu al genoma. El primer peix lluminós, el peix zebra transgènic (Brachydanio rerio) i el peix d'arròs medaka japonès (Orizias latipes), es va posar a la venda l'any 2003.

Mar brillant

Aquells que tinguin la sort de banyar-se al mar a la nit durant el seu resplendor recordaran aquesta visió encantadora per a tota la vida. Molt sovint, la causa de la resplendor són les algues flagel·lades de la llum nocturna (Noctiluca). En alguns anys, el seu nombre augmenta tant que tot el mar brilla. Si no tens sort i et trobes a la vora d'un mar càlid en el moment equivocat, prova d'abocar aigua de mar en un pot i afegir-hi una mica de sucre.

Els noctilistes reaccionaran a això augmentant l'activitat de la proteïna luciferina. Sacseja l'aigua i admira la resplendor blavosa. I quan us atureu a admirar, podeu recordar que esteu mirant un dels misteris no resolts de la natura: la falta de claredat dels mecanismes evolutius de l'aparició de la capacitat de brillar en diversos tàxons es va assenyalar en un capítol separat de " L'origen de les espècies" de Darwin, i des d'aleshores els científics no han pogut llançar sobre aquesta qüestió és la llum de la veritat.

La luminescència podria haver-se desenvolupat en organismes que viuen en bones condicions de llum, basant-se en compostos de pigments que fan una funció de protecció de la llum.

Però l'acumulació gradual d'un tret -un fotó per segon, dos, deu- tant per a ells com per als seus parents nocturns i d'aigües profundes no podria afectar la selecció natural: una resplendor tan feble ni tan sols la senten els ulls més sensibles, i el També sembla impossible l'aparició de mecanismes preparats de brillantor intensa a la ubicació nua. I fins i tot les funcions de la resplendor en moltes espècies segueixen sent incomprensibles.

Per què brillen?

Les colònies bacterianes brillants i els fongs atrauen insectes que propaguen gèrmens, espores o miceli. Les larves insectívores del mosquit neozelandès Arachnocampa teixeixen una xarxa de trampa i l'il·luminen amb el seu propi cos, atraient insectes.

Els flaixos de llum poden espantar els depredadors de les meduses, la gelea de pinta i altres criatures indefenses i suaus. Amb el mateix propòsit, els corals i altres animals colonials que creixen en aigües poc profundes brillen en resposta a l'estimulació mecànica, i els seus veïns, que ningú va tocar, també comencen a parpellejar. Els coralls d'aigües profundes converteixen la llum feble de longitud d'ona curta que els arriba en radiació amb una longitud d'ona més llarga, possiblement per permetre que les algues simbiòtiques que habiten els seus teixits facin la fotosíntesi.

Canya de pescar amb bombeta

L'ordre de la rapa (Lophiiformes) és el més divers (16 famílies, més de 70 gèneres i més de 225 espècies) i, potser, el més interessant dels peixos d'aigües profundes. (Molts estan familiaritzats amb els pescadors de mar no pel llibre de text de zoologia, sinó pel dibuix animat "Finding Nemo").

Les femelles pescadores són depredadores amb boques grans, dents potents i un estómac molt distensible. De vegades es troben rapes morts a la superfície del mar, ofegant-se amb els peixos més del doble de la seva mida: el depredador no el pot alliberar per l'estructura de les seves dents. El primer raig de l'aleta dorsal es transforma en una "canya de pescar" (illicium) amb un "cuc" (eska) lluminós al final. És una glàndula plena de moc que conté bacteris bioluminescents. A causa de l'expansió de les parets de les artèries que alimenten l'escu amb sang, els peixos poden provocar arbitràriament la luminescència de bacteris que necessiten un subministrament d'oxigen per a això, o aturar-ho, estrenyent els vasos.

Normalment, la resplendor es produeix en forma d'una sèrie de flaixos, individuals per a cada espècie. Illicium en l'espècie Ceratias holboelli és capaç d'avançar i retreure en un canal especial a la part posterior. Atracant les preses, aquest pescador mou gradualment l'esquer lluminós fins a la seva boca fins que s'empassa la presa. I Galatheathauma axeli té l'esquer a la boca.

La ubicació dels fòsfors i fins i tot la naturalesa del parpelleig dels punts brillants poden servir per a la comunicació, per exemple, per atraure una parella. I les femelles de la cuca americana Photuris versicolor, després de l'aparellament, comencen a "eliminar el codi Morse" de les femelles d'una altra espècie, atraient els seus mascles no amb finalitats amoroses, sinó gastronòmiques.

A la costa del Japó, els casaments massius se celebren per l'umitoharu (luca de lluerna) -crustacis minúsculs, d'1-2 mm de llargada, del gènere Cypridina- i els calamars Watasenia scintellans. Els cossos de Vatazenia d'uns 10 cm de llarg, juntament amb els tentacles, estan esquitxats de perles fotòfores i il·luminen una zona de 25-30 cm de diàmetre: imagineu-vos com és el mar amb tota una escola d'aquests calamars!

En molts cefalòpodes d'aigües profundes, el cos està pintat amb un patró de punts de llum multicolors, i els fotòfors són molt complexos, com un reflector que brilla només en la direcció correcta amb reflectors i lents (de vegades dobles i de colors).

Moltes gambes planctònics d'aigües profundes tenen la capacitat de brillar. A les extremitats, als costats i a la part ventral del cos, tenen fins a 150 fotòfors, de vegades coberts amb lents. La ubicació i el nombre de fotòfors per a cada espècie és estrictament constant i a la foscor de les profunditats de l'oceà ajuda els mascles a trobar femelles i tots junts a reunir-se en bandades.