Bioluminiscencia explicada: La química detrás de los organismos que producen luz

Las luciérnagas parpadeando sobre un campo de verano y las olas brillantes que rompen en una playa oscura son ambos ejemplos del mismo proceso subyacente: un organismo vivo produciendo su propia luz a través de la química en lugar del calor. Los científicos llaman a esto bioluminiscencia, y es una de las formas más generalizadas de producción de luz biológica en la Tierra.

La reacción química: luciferina, luciferasa y oxígeno

Según el Museo de Historia Natural de Londres, la bioluminiscencia ocurre cuando una molécula llamada luciferina reacciona con oxígeno y libera energía en forma de luz. La reacción normalmente necesita una enzima, luciferasa, que acelera el proceso, o en algunos organismos una proteína relacionada llamada fotoproteína que funciona junto con iones de calcio.

La Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de EE.UU. (NOAA) señala que aunque cada organismo bioluminiscente depende de una reacción entre una enzima y un sustrato, diferentes especies utilizan diferentes combinaciones químicas. La NOAA dice que esta diversidad sugiere que la capacidad de producir luz evolucionó independientemente muchas veces, en lugar de desde un único ancestro común.

El color de la luz depende de la estructura exacta de la luciferina y las proteínas circundantes. El Museo de Historia Natural y National Geographic Education ambos señalan que la mayoría de los organismos marinos brillan en azul o verde porque esas longitudes de onda viajan más lejos a través del agua marina, mientras que las luciérnagas en tierra producen luz amarilla y un pequeño número de peces de aguas profundas, como el pez víbora de mandíbula floja, emiten rara luz roja que la mayoría de los otros animales en las profundidades no pueden ver.

Por qué los organismos producen luz

Los investigadores de la NOAA y el Museo de Historia Natural agrupan los usos de la bioluminiscencia en algunas categorías principales: encontrar alimento, atraer o señalar a parejas, y defensa contra depredadores. Algunas especies combinan varias de estas funciones.

• Caza: el pez linterna de aguas profundas cuelga un señuelo brillante llamado esca frente a su boca para atraer presas curiosas, según National Geographic Education.
• Apareamiento: los machos de luciérnaga emiten patrones específicos de la especie para señalar a las hembras, según National Geographic Education.
• Defensa: los peces hacha utilizan 'contrailuminación', igualando la luz débil en sus partes inferiores al débil brillo desde arriba para que los depredadores que miran hacia arriba no puedan ver su silueta, según National Geographic Education.
• Sobresaltar a los depredadores: algunos calamares destellan de repente para sobresaltar a un atacante, y el calamar vampiro expulsa mucosidad brillante en lugar de tinta, según National Geographic Education.

Dónde es más común la bioluminiscencia

La NOAA establece que el 80 por ciento de los animales que viven entre 200 y 1.000 metros (656 y 3.280 pies) de profundidad en el océano son bioluminiscentes. El Museo de Historia Natural da una estimación más alta para una zona diferente, diciendo que hasta el 90 por ciento de la vida en la zona crepuscular del océano produce luz de alguna forma. En tierra, la bioluminiscencia es comparativamente rara y mejor conocida de las luciérnagas, algunos gusanos de luz, y aproximadamente 75 especies de hongos que emiten un débil brillo verde, según el Museo de Historia Natural.

La página de hechos oceánicos de la NOAA señala una pregunta científica abierta: los investigadores no han explicado completamente por qué la bioluminiscencia es tan común en ambientes marinos pero esencialmente ausente en lagos y ríos de agua dulce, ni han identificado exactamente cuántas veces, o cómo, el rasgo evolucionó independientemente en diferentes linajes.

Ejemplos notables

Más allá de las luciérnagas y los peces linterna, varios otros casos ilustran el rango de vida bioluminiscente. Los dinoflagelados — plancton unicelular — producen destellos de luz azul-verde cuando son perturbados por olas o movimiento en el agua, un efecto a veces visible como oleaje brillante por la noche, según National Geographic Education. Grandes parches sostenidos de este brillo creados por colonias de bacterias luminosas son conocidos como 'mares lechosos' y ocasionalmente son lo suficientemente brillantes para ser detectados por satélites en aguas tropicales, señala National Geographic Education. Algunas especies, como el calamar bobtail hawaiano, no producen la luz por sí solas; albergan colonias de bacterias bioluminiscentes, incluida Vibrio fischeri, en una relación simbiótica descrita por el Museo de Historia Natural.

En todos estos casos, la química subyacente es similar — una luciferina reaccionando con oxígeno, catalizada por luciferasa o una fotoproteína — pero las moléculas, colores y propósitos biológicos específicos difieren de un linaje a otro, reflejando los muchos orígenes separados de este rasgo identificados por la NOAA y el Museo de Historia Natural.