bioluminiscencia

BIOLUMINISCENCIA DE ORGANISMOS ALGALES:

FENOMENOS QUIMICOS” BOTANICA CRIPTOGAMICA ALUMNOS

CODIGO:

Huanca Sarmiento  –  Efraín

2009 - 34044

Sandoval Niebles  –  José

2009 - 34021

Totora Escobar  –  Karen

2009 - 34031

Balboa Mamani  –  Vannesa

2010 - 35447

TACNA-PERU 2012

ÍNDICE RESUMEN INTRODUCCIÓN CAPÍTULO I: BIOLUMINISCENCIA B IOLUMINISCENCIA 1.1. Origen 1.2. Definición de Bioluminiscencia 1.3. Funciones 1.4. Tipos de Bioluminiscencia 1.4.1. Bioluminiscencia intracelular 1.4.2. Bioluminiscencia extracelular 1.4.3. Simbiosis con bacterias luminiscentes 1.5. Especies bioluminiscentes 1.5.1. Animales 1.5.2. Fungi 1.5.3. Peces 1.5.4. Invertebrados marinos 1.5.5. Microorganismos 1.6. Aplicación práctica de la bioluminiscencia CAPITULO II: ORGANISMOS ALGALES 2.1. Definición 2.2. Morfología y Clasificación 2.2.1 Dinoflagelados Atecados 2.2.2 Dinoflagelados Tecados 2.3. Ciclo Vital 2.4. Características - Funciones CAPÍTULO III: BIOLUMINISCENCIA DE ORGANISMOS ALGALES: FENOMENOS BIOQUIMICOS 3.1. Definición 3.2. Función 3.3. Causas de la bioluminiscencia bioluminiscencia 3.3.1. Estimulación mecánica 3.3.2 Estímulo químico 3.3.3 Estímulo de la temperatura 3.4. Factores bioluminiscentes 3.5. Proceso del fenómeno químico en la bioluminiscencia de de dinoflagelados 3.5.1 Grupos de reacciones metabólicas implicadas en la bioluminiscencia 3.6. Dinoflagelados bioluminiscentes CONCLUSIONES REFERENCIA BIBLIOGRAFÍA ANEXOS - En cuanto a su distribución - Articulo (Reporte): PELIGRA LA BIOLUMINISCENCIA

BIOLUNISCENCIA DE ORGANISMOS ALGALES: FENOMENOS BIOQUIMICOS

RESUMEN

Se sabe desde hace mucho tiempo que un tipo de bioluminiscencia azul visible durante la noche en algunos entornos marinos está causado por pequeños organismos unicelulares del plancton conocidos como dinoflagelados. Sin embargo, al realizarse la pregunta ¿cómo se genera dicha reacción?, ha carecido de explicación convincente hasta quizás ahora. Pero gracias a un nuevo estudio, se ha podido detallar, por primera vez, el posible mecanismo de esta bioluminiscencia. Un aspecto clave del mecanismo de bioluminiscencia en dinoflagelados, involucra canales en las membranas que se pueden abrir o cerrar por eventos químicos. Este trabajo nos ayuda a esclarecer los mecanismos que subyacen bajo ese bello fenómeno natural de la bioluminiscencia azul oceánica, y también amplía el conocimiento científico sobre los dinoflagelados, algunos de los cuales pueden producir toxinas dañinas para el medio ambiente. En la presente revisión, nos enfocaremos a explicar el fenómeno de bioluminiscencia en los organismos algales, para ello como primer capítulo tendremos la definición exacta de que es bioluminiscencia, en todo su entorno; el segundo capítulo tomamos el conocimiento sobre los organismos que realizan dicha luz azul, la cual se refiere a los Dinofloagelados, que es la especie característica que ilumina los océanos, y por ultimo en el tercer capítulo nos enfocaremos sobre la realización y proceso del fenómeno químico que realizan estos organismos unicelulares, para brindarnos tan maravillosa iluminación en los mares de nuestros hermosos océanos.

INTRODUCCION

La bioluminiscencia es un interesante proceso bioquímico, por el que los organismos emiten luz. Este fenómeno ocurre en muchas especies de animales tanto vertebrados como invertebrados, plantas, hongos, insectos y bacterias. Estos organismos están ampliamente distribuidos a lo largo del planeta en numerosos ambientes, pero de todos los organismos, se consideran a las algas bioluminiscentes como las más abundantes en la naturaleza. El hábitat principal de estas especies es el océano, ya sea que se encuentren viviendo de manera libre. Las especies de algas marinas mayormente estudiadas con esta propiedad bioluminiscente, del la división de Dinoflagelados son G. catenata, G. digitale, G. hyalina, G.polygramma, G. sphaeroidea

y G. spinifera. Unos pocos dinoflagelados en un frasco con

agua de mar pueden funcionar como una linterna. Esta luz radiada se llama bioluminiscencia, que es luz producida en un organismo por medio de una reacción química. Los dinoflagelados son las únicas algas conocidas que tienen esta excentricidad especial. En las costas del Pacífico el culpable es el Gonyaulax polyhedra, un dinoflagelado luminoso, que tiende a agruparse en círculos de algunas centenas de metros de diámetro. El mecanismo de emisión de luz comprende dos etapas, una física y la otra química. Estos organismos han captado la atención de investigadores a lo largo del tiempo, dada su notable belleza en la oscuridad debida a su capacidad de emitir luz. Una de estas razones es que la mayoría de los organismos bioluminiscentes son relativamente inaccesibles a la investigación, por la distribución ecológica de los mismos. Desde su descubrimiento, se han propuestos diversas teorías para entender el mecanismo de emisión de luz. La facilidad de evaluar una respuesta fisiológica a partir de la producción de luz, han convertido al estudio de la bioluminiscencia en un sistema modelo de regulación biológica. Ha sido de vital importancia para la descripción de los mecanismos de comunicación celular entre los organismos.

CAPITULO I BIOLUMINISCENCIA

1.1 ORIGEN: Según William McElroy y Howard Seliger, postulan la siguiente hipótesis sobre el origen de la

luminiscencia

bacteriana:

durante

los tres primeros

cuartos

de

la

historia

biológica terráquea las formas de vida dominantes eran bacterias anaeróbicas. La llegada de las cianobacterias alteró el medio al generar éstas, como producto excretado por la acción de la fotosíntesis, cantidades masivas de oxígeno nocivo para las bacterias. Con el fin de librarse de la toxicidad del gas, las bacterias podrían haber sufrido con el tiempo adaptaciones metabólicas de entre los cuales los fenómenos de bioluminiscencia de ciertas bacterias serían restos que se han mantenido hasta hoy.

1.2 DEFINICION: La bioluminiscencia es la emisión de luz tenue por organismos mediante varios tipos de reacciones bioquímicas; puede ser activada por un movimiento o mecánicamente. Es un fenómeno relativamente frecuente en bastantes especies marinas; las últimas estimaciones consideran que hasta un 90% de los seres vivos que habitan en la porción media y abisal de los mares podrían ser capaces de producir luz de un modo u otro.

1.3 FUNCIONES: En algunas especies sirve como referencias sexuales y ayudas en el emparejamiento (el caso de las luciérnagas); en otras funcionan a modo de cebo (como en el caso de algunos pejesapos) y en otras como defensas para confundir a los depredadores (algunos cefalópodos y gusanos del género Phrixothrix). Sin embargo, la función de la bioluminiscencia, que en ocasiones supone un consumo importante de la energía del organismo, no parece tener un objetivo definido, no siempre es oscuro.

1.4 TIPOS DE BIOLUMINISCENCIA: Puede hablarse de tres tipos principales de bioluminiscencia: la intracelular, la extracelular y la de bacterias simbióticas.

1.4.1 Bioluminiscencia intracelular La bioluminiscencia intracelular es generada por células especializadas del propio cuerpo de algunas especies pluricelulares o unicelulares (como dinoflagelados) y cuya luz se emite al exterior a través de la piel o se intensifica mediante lentes y materiales reflectantes como los cristales de urato de las luciérnagas o las placas de guanina de ciertos peces. Este tipo de luminiscencia es propia de muchas especies de calamar y de dinoflagelados, en especial del género Protoperidinium.

1.4.2 Bioluminiscencia extracelular La bioluminiscencia extracelular se da a partir de la reacción entre la luciferina y la luciferasa fuera del organismo. Una vez sintetizados, ambos componentes se almacenan en glándulas diferentes en la piel o bajo esta. La expulsión y consecuente mezcla de ambos reactivos en el exterior producen nubes luminosas.

Este

tipo

de

luminiscencia

es

común

a

bastantes crustáceos

y

algunos cefalópodos abisales.

1.4.3 Simbiosis con bacterias luminiscentes Este

fenómeno

se

conoce

sólo

en animales marinos

tales

como

los celentéreos, gusanos, moluscos, equinodermos y peces. Parece ser el fenómeno de luminiscencia de origen biológico más extendido en el reino animal. En diversos lugares del cuerpo los animales disponen de pequeñas vejigas, comúnmente llamadas fotóforos, donde guardan bacterias luminiscentes. Algunas especies producen luz continua cuya intensidad puede ser neutralizada o modulada mediante diversas estructuras especializadas. Normalmente los órganos luminosos están conectados al sistema nervioso, lo que permite al animal controlar la emisión lumínica a voluntad. La relación entre la bacteria Vibrio fischeri y el calamar sepiólide Euprymna scolopes es un sistema que sirve como modelo de simbiosis en el laboratorio. En su fase juvenil, el Euprymna scolopes posee una serie de apéndices recubiertos de mucosidad alrededor de su órgano luminoso con los que recoge bacterias Vibrio fischeri del entorno marino. Cuando la cantidad es suficiente, los apéndices mueren al tiempo que el órgano luminoso madura en un proceso fisiológico que se ha asociado con la aparición de la citotoxina traqueal.

1.5 ESPECIES BIOLUMINISCENTES: Apenas conocemos unas decenas de especies de animales bioluminiscentes, aunque el número podría ser mucho mayor. Entre ellos tenemos: 1.5.1 Animales: varios artrópodos (incluyendo las luciérnagas), moluscos terrestres, y anélidos (orugas, nematodos, etc.).

LUCIERNAGA

ESCORPION ULTRAVIOLETA

1.5.2 Fungi: se conocen varias setas "foxfire" que crecen en la madera en descomposición (género Armillaria). Se han identificado otras 40 especies ajenas a este género que manifiestan el fenómeno.

HONGOS DE LA MADERA "FOXFIRE"

1.5.3 Peces: los lophiiformes, célebres por su aspecto monstruoso; especies de tiburón, peces Anomalopidae (con ojos de linterna), Myctophidae o peces linterna, y apenas un puñado de especies adicionales.

PEZ LINTERNA (MYCTOPHIDAE)

PEZ DE OJOS DE LINTERNA (ANOMALOPIDAE)

1.5.4 Invertebrados

marinos:

varias

de cnidarios (anémonas), tenóforos (medusas),

especies equinodermos,

crustáceos, quetognatos (pequeños depredadores de plancton), y moluscos.

CORAL LUMINISCENTE

1.5.5 Microorganismos: se han estudiado algunas especies de dinoflagelados y bacterias.

DINOGLAGELADOS ( Pyrocystis Fusiformis )

1.5 APLICACIÓN PRÁCTICA DE LA BIOLUMINISCENCIA: La bioluminiscencia no sólo es útil para los seres vivos que la producen, sino también para los humanos. Las bacterias bioluminiscentes del agua se utilizan como detectores ecológicos de la contaminación de su entorno. Como los elementos tóxicos afectan a la intensidad de su luz, se puede estimar el grado de polución por esta variable. La medicina también se beneficia de esta propiedad. La ingeniería genética ha logrado expresar las sustancias bioluminiscentes en cualquier tejido. De esta manera, se pueden estudiar gran cantidad de procesos biológicos ocultos hasta ahora y mejorar el estudio de enfermedades como el Alzheimer, el Parkinson o algunos tipos de cáncer. Con estas sustancias, se evita el uso de marcadores radiactivos, más nocivos para los seres humanos. Algunas empresas han aprovechado los avances en este terreno para comercializar peces fluorescentes. En otros casos, se han creado instrumentos para detectar las reacciones químicas luminiscentes más sutiles.

CAPITULO II ORGANISMOS ALGALES: DIVISIÓN PYROPHYTA (DINOFLAGELADOS) 2.1 DEFINICION Los dinoflagelados son en su mayoría unicelulares aislados, la mayoría son fotosintéticos y poseen pigmentos con clorofila a y c2, carotenoides y algunas xantofilas específicas. Las distintas combinaciones de pigmentos les proporcionan una coloración amarilla, pardo amarillenta, parda, verde azul, etc. Los pirenoides se encuentran junto al cloroplasto y en ellos se almacenan almidones. La mayoría de los cloroplastos de estos organismos están rodeados por tres membranas, lo que sugiere que proceden probablemente de la ingestión de algún alga. Son un grupo de gran importancia en el fitoplancton de las aguas marinas y dulces, ya que son denominados como el segundo productor primario de la cadena trófica. Están adaptados a una gran variedad de ambientes lo que se refleja en su gran diversidad morfológica (más de 550 géneros y 4000 especies), en los modos de nutrición y extenso registro fósil que data de varios cientos de años. La mayoría presenta dos flagelos desiguales característicos que les proporcionan un movimiento natatorio rotacional. Esta capacidad de desplazarse les permite vivir en condiciones muy variadas. En los casos en que no presentan flagelos, las esporas que producen si son flagelados (dinosporas) y de morfología característica, semejante a la de los organismos adultos flagelados. La cubierta celular (anfiesma) es muy compleja y está compuesta de vesículas aplanadas (alveolos) dispuestas por debajo de la membrana celular. En algunas especies los alveolos se llevan placas de celulosa que se solapan formando una especie de armadura rígida (la teca). Estos organismos con pared rígida se denominan formas blindadas, mientras que si carecen de celulosa se denominan formas desnudas.

2.2 MORFOLOGIA Y CLASIFICACION 2.2.1 Dinoflagelados Atecados El estudio paleontológico de este grupo de dinoflagelados es complicado, ya que su condición de organismos desnudos hace difícil su preservación, con la formalina se destruyen o pierden su forma original. Un buen agente para este grupo es la solución de yodo con la que se fijan las muestras para recuento. Por convención la estructura celular de los atecados se divide en dos regiones una superior: epicono (o episoma) y una inferior: hipocono (o hiposoma), ambas separadas por el cingulum (o cíngulo), que corresponde a un surco transversal que rodea a toda la célula y que aloja al flagelo transversal. En el hipocono, y en posición ventral, se encuentra el sulcus, el cual corresponde a un surco longitudinal que aloja al flagelo longitudinal. La cara por la que se puede ver el sulco se dice ventral y la contraria, dorsal.

2.2.2 Dinoflagelados Tecados La estructura celular de este grupo se basa también en dos regiones denominadas epitecala superior, e hipoteca la inferior. Al igual que en los atecados, ambas se encuentran separadas por el cingulum, que aloja al flagelo transversal, y en la región ventral de la hipoteca se encuentra en sulcus que aloja al flagelo longitudinal. Los dinoflagelados tecados, además de diferenciarse de los atecados por la presencia de placas, también lo hacen porque generalmente la epiteca e hipoteca presentan prolongaciones denominadas cuernos. La epiteca se prolonga en un cuerno apical, y la hipoteca en dos cuerpos antapicales, los cuales en algunas especies corresponden a espinas. La dirección en que se proyectan los cuernos antapicales puede variar en las diferentes especies, es decir, se pueden disponer hacia arriba, casi paralelos al cuerno apical, o bien hacia abajo. El grupo de los tecados también se caracteriza por la presencia de estructuras accesorias: aleta o expansiones aliformes, espinas, etc. Todas se utilizan como una característica taxonómica.

2.3 CICLO VITAL

En la mayoría de los dinoflagelados el núcleo es dinocarión durante todo el ciclo vital. Son generalmente haploides y se reproducen sobre todo por fisión binaria, pero la reproducción sexual también ocurre. Ésta tiene lugar por la fusión de dos individuos para formar un zigoto, puede seguir siendo móvil o formar un quiste inmóvil, que más adelante experimenta una meiosis para producir nuevas células haploides. Así por ejemplo, cuando las condiciones llegan a ser críticas, generalmente por falta de alimento o por inexistencia de luz, dos dinoflagelados se fusionarán formando un planozigoto. Éste continúa su movilidad hasta que después de unos días pierde sus flagelos. Luego se encuentra otra etapa no muy diferente de la hibernación llamada hipnozigoto. La membrana se expande abriendo la teca, el protoplasma se contrae y se forma una nueva teca más dura en el cual algunas veces se forman espinas. El quiste recién formado se deposita en el fondo marino. Cuando las condiciones vuelven a ser favorables, rompe su teca, pasa por una etapa temporal denominada planomeiocito y después retorna rápidamente a la forma dinoflagelada a principio del ciclo.

2.4 CARACTERISTICAS - FUNCIONES Pueden ser fotosintéticos o heterótrofos (fagótrofos o parásitos), de vida libre o sésil y son componentes importantes del fitoplancton, tanto de aguas continentales como marinas. Muchos dinoflagelados presentan, por debajo de la membrana plasmática, vesículas que contienen placas de celulosa que le dan un aspecto rígido. El número, la forma y las ornamentaciones de las placas se utilizan para la determinación de las especies. También hay formas desnudas que incluyen algunas especies parásitas. Los dinoflagelados que tienen cloroplastos de color marrón, excepcionalmente azul o rojo, tienen como pigmentos clorofila a y c, beta-caroteno y diversos tipos de xantofilas. Como sustancia de reserva, presentan lípidos y granos de almidón libres en el citoplasma. Habitualmente tienen dos flagelos que baten dentro de surcos; uno acintado, que rodea el cuerpo como un cinturón, y el segundo en forma perpendicular al primero. El batir de los flagelos hace que las células roten cuando se desplazan en el agua. El núcleo se denomina dinocarion por poseer características diferentes de las de otros protistas: presentan cromosomas siempre condensados, una alta concentración de ADN y carecen de histonas, entre otras diferencias. Muchos dinoflagelados, como Gonyaulax y  Noctiluca son bioluminiscentes por la noche y producen “chispas” en las olas de

mar. Algunas

especies, que suelen ser de coloro rojo, producen fuertes toxinas. Estos organismos alcanzan grandes densidades, de hasta 60 millones de células por litros en determinadas condiciones ambientales, formando las temibles mareas rojas. Estas toxinas se acumulan en los peces y pueden causar su muerte. Entre las diversas especies que provocan este fenómeno se incluye Gessnerium catenellum, que produce una neurotoxina tan potente que un gramo sería suficiente para matar cinco millones de ratones en quince minutos. Los mejillones también pueden ingerir a los dinoflagelados responsables de las mareas rojas y así concentrar esta toxina; estos moluscos resultan muy peligrosos.

CAPITULO III BIOLUMINISCENCIA DE ORGANISMOS ALGALES: FENOMENOS QUIMICOS 3.1 DEFINICION: Se sabe desde hace mucho tiempo que un tipo de bioluminiscencia azul visible durante la noche en algunos entornos marinos está causado por pequeños organismos unicelulares del plancton conocidos como dinoflagelados. Esta bioluminiscencia, que es luz producida del mismo organismo se da por medio de una reacción bioquímica y uno de los aspecto clave del mecanismo de bioluminiscencia en dinoflagelados, involucra canales en las membranas que se pueden abrir o cerrar por eventos químicos o eléctricos. Los dinoflagelados son las únicas algas conocidas que tienen esta excentricidad especial.

3.2 FUNCION: En el caso de la bioluminiscencia de las algas del plancton (dinoflagelados), la función del mecanismo parece ser muy diferente y se considera que es un sistema de defensa contra predadores. Las células del plancton responden a cualquier movimiento en el agua. La luminiscencia creada ante ese movimiento, atraería predadores de mayor tamaño que entonces no estarían interesados en las algas, sino en el posible predador primario que había generado la primera respuesta. Esta estrategia de los dinoflagelados radiantes tiene más sentido de lo que sugiere un rápido estudio de su comportamiento. Al iluminarse cuando se acerca el predador, no sólo quedan expuestos los microorganismos, sino que la luz ilumina mayores presas, desviando la atención del predador.

3.3 CAUSAS DE BIOLUMINISCENCIA EN DINOFLAGELADOS No todos los dinoflagelados no siempre brillan. La bioluminiscencia de los dinoflagelados se puede producir por tres causas:

3.3.1 Estimulación mecánica . Fuerzas de corte o cisalladura, tales como las causadas por el movimiento del agua, de la estela de un barco, de un pez nadando o de

una ola que se rompe, deforman la membrana de la célula de los dinoflagelados,

lo

que produce un destello corto de aproximadamente 1/100 segundo de fotones 10^8.

3.3.2 Estímulo químico . La reducción del pH de su medio externo agregando ácido puede hacer que algunos dinoflagelados brillen intensa y continuamente.

3.3.3 Estímulo de la temperatura. Algunas especies de dinoflagelados, tal

como

G.polyhedra, pueden brillar intensamente si baja la temperatura. El brillo lo utilizan como una especie de alarma sobre la posible presencia de predadores potenciales. Al encenderse, los dinoflagelados señalan la posición de su supuesto atacante. Los microorganismos se ponen en movimiento; la luz puede asustar al depredador y los más pequeños, incluso, pueden quedar tostados.

3.4 FACTORES BIOLUMINICENTES Luciferina de dinoflagelados: es un derivado de la clorofila, que se encuentra en dinoflagelados e incluso en algunos tipos de krill. Presenta una estructura compleja, asemeja aun tetra pirrol, con cuatro anillos pentagonales de pirrol enlazados para formar un anillo mayor de porfirina, como en la clorofila, en cualquier caso es muy similar. Cabe añadir que no presenta átomo metálico central, ya que el nitrógeno de los cuatro pirroles se encuentra unido con átomo de hidrogeno, haciendo imposible que se forme enlace de coordinación bioinorganica (con un átomo metálico).

3.5 PROCESO DEL FENOMENO QUIMICO DE LA BIOLUMINISCENCIA EN DINOFLAGELADOS La producción de bioluminiscencia en los organismos es un proceso químico complejo en el que la oxidación de un sustrato de proteína luciferina es catalizada por la enzima luciferasa. La luciferina acompañada de la enzima luciferasa, la molécula energética ATP y el oxígeno generan la luz bioluminiscente. La combinación entre la luciferina y el oxígeno provoca la oxidación de la luciferina dando lugar a la oxiluciferina. Esta reacción necesita del ATP para generar moléculas de oxiluciferina en estado excitado. Posteriormente los átomos de oxiluciferina vuelven a su estado fundamental generando luz visible. Esta reacción se produciría en todos los casos sin la necesidad de la presencia de la luciferasa, sin embargo en el mundo animal la bioluminiscencia debe producirse en cuestión de segundos o incluso menos de un milisegundo, ya que en la mayoría de casos se usa como sistema de defensa. Por esa razón se requiere la enzima luciferasa que hace que la reacción sea mucho más rápida.

Resumen de pasos en la reacción bioluminiscente:

1. Luciferina reacciona con O2 en presencia de ATP. 2. Enzima luciferasa interviene para acelerar la reacción. 3. Como producto se producen [oxiluciferina]* en estado excitado y otros compuestos. 4. Oxiluciferina vuelve a su estado fundamental, liberando radiación lumínica (hu).

Por otro lado cabe destacar que la luciferina cambia según el organismo. Mantiene su naturaleza proteica en la mayoría de los casos, y es únicamente una región determinada del péptido la que presenta la reacción principal que da lugar a la bioluminiscencia, por lo que las luciferinas van desde residuos aromáticos, alifáticos, hasta compuestos derivados de la clorofila. La radiación bioluminiscente se compone habitualmente de entre un 80% y un 90% de luz fría y entre un 10% y un 20% de emisión de calor, aunque hay ciertos estudios que hacen estimaciones cercanas al 100% de luz fría.

3.5.1 Grupos de reacciones metabólicas implicadas en la bioluminiscencia En dinoflagelados : La reacción bioluminiscente que se produce es la siguiente:

En la descripción del proceso fisiológico, se establece que la membrana vacuolar (tonoplasto) se hiperpolariza, manteniendo un voltaje negativo con respecto al entorno, posteriormente, ese potencial favorece la salida de protones de unas vesículas externas del tonoplasto, en las que se encuentra la luciferasa de dinoflagelados. Esto hace que disminuya el pH, con lo que la luciferina se activa, comenzando la reacción que da lugar al fenómeno de bioluminiscencia en dinoflagelados. El desencadenante de este proceso puede ser el movimiento por una corriente o un descenso del pH o la temperatura en el entorno. En cuanto al proceso bioquímico, la luciferina de dinoflagelados (derivado de la clorofila que es un tetrapirrol conteniendo cuatro grupos pentagonales donde hay un átomo de nitrógeno y cuatro de carbono), reacciona con el oxígeno molecular, a través de la ayuda de la luciferasa, produciendo una oxiluciferina de dinoflagelados en estado excitado, que al pasar de dicho estado a uno menos energético, fundamental o basal, emite una radiación bioluminiscente de color azul-verdoso de 470 nm. También se libera H2O como producto. En las siguientes dos imágenes se muestra el proceso, cabe añadir que en la primera de ellas, se muestra también el proceso de “autooxidacion”, estableciendo que la presencia de luciferasa no es esencial para que

se dé la reacción, que solo interviene en la velocidad de la misma.

El proceso de generación de luz en los dinoflagelados funciona de este modo: Cuando ellos flotan, la estimulación mecánica generada por el movimiento del agua circundante desencadena impulsos eléctricos hacia un compartimento interno del organismo unicelular, llamado vacuola. Estos impulsos eléctricos abren canales especiales que conectan la vacuola a pequeñas estructuras esparcidas por la membrana vacuolar. Una vez abiertos, los canales sensibles al voltaje pueden transportar protones de las vacuolas a las citadas estructuras. Los protones que penetran en ellas activan entonces a la luciferasa, una proteína almacenada en esas estructuras y que produce destellos de luz. Esos destellos de luz producidos por la activación resultante de la luciferasa deben resultar más visibles durante las proliferaciones masivas de dinoflagelados.

El mecanismo de emisión de luz comprende dos etapas, una física y la otra química La primera parte es puramente física. La membrana vacuolar se hiperpolariza, manteniendo un voltaje más negativo con respecto a su entorno. Luego, ese potencial expulsa los iones de hidrógeno de unas bolsillas externas de la membrana vacuolar, en las que se encuentra una enzima llamada luciferasa. Esta acción reduce el pH. En estas condiciones ácidas, la luciferina se suelta de su proteína y se activa. La luciferasa cataliza la oxidación de la luciferina, dando por resultado una luz y un producto intermedio llamado oxiluciferina. Se debe proporcionar energía en la forma de ATP para regenerar la luciferina. La bioluminiscencia de los dinoflagelados se produce en la noche. Es un fenómeno cíclico, un reloj biológico perteneciente a los llamados “ritmos circadianos”. Ese reloj se puede alterar  artificialmente. Se puede “entrenar” a los dinoflagelados para que emitan su luz a diferentes

horas del día. Se piensa que ese ritmo circadiano es una adaptación evolutiva que permite a los dinoflagelados anticipar la salida del Sol y migrar en una columna de agua para subir a la superficie tan pronto como la luz esté disponible para comenzar a la fotosíntesis.

3.6 DINOFLAGELADOS BIOLUMINISCENTES: Existen varias especies con esta propiedad bioluminiscente, pero el género contiene muchas especies tales como G. catenata, G. digitale, G. hyalina, G.polygramma, G. sphaeroidea y G. spinifera.

En las costas del Pacífico el culpable es el Gonyaulax polyhedra, un dinoflagelado

luminoso, que tiende a agruparse en círculos de algunas centenas de metros de diámetro La bioluminiscencia es creada por un alga del plancton microscópica del grupo de las Dinoflageladas llamada „noctiluque‟. Cuando es agitada se hace luminosa y en algunos casos

espectacularmente luminosos, dependiendo de la concentración que tenga el agua en la que nos encontremos. Se trata de un mecanismo de defensa. Cuando movemos el agua el alga piensa que se trata de un microscópico crustáceo a punto de comérsela, por ello lanza un pequeño destello con la intención de atraer a algún pequeño pez que pueda comerse a su enemigo el crustáceo. La chispita de luz no dura más que una décima de segundo, pero al existir miles de ellos en cada centímetro cúbico, nos parece como si la luz fuera emitida de forma continuada mientras movamos el agua.  Noctiluca scintillans la

chispa marina, este dinoflagelado plantónico es bioluminiscente y

causa que el mar emita luz. Estas células miden entre 400 y 800 micras y se pueden ver casi a simple vista.

En éste caso ésta alga que emite luz se conoce como Pyrocystis Fusiformis, normalmente no emiten luz, sin embargo si las condiciones son buenas como por ejemplo el exceso de nutrientes o la luz solar adecuada, las algas se reproducen rápidamente y se logra ver el efecto mejor; de hecho la marea roja tiene mucho que ver con éste fenómeno

Gonyaulax es un organismo bioluminiscente el cual pertenece al grupo de los dinoflagelados (Pyrrophyta ) que significa literalmente "plantas de fuego”. Estos son componentes importantes del Plancton sobre todo en las periodos de la marea roja. Al respecto es interesante referirse a la producción de luz en Pyrrophyta , lo cual al parecer responde a tres tipos de estímulos

.

CONCLUCIONES 

Esta investigación ha ayudado a esclarecer los mecanismos que subyacen bajo ese bello fenómeno natural de la bioluminiscencia azul oceánica, y también amplía el conocimiento científico sobre los dinoflagelados, algunos de los cuales pueden producir toxinas dañinas para el medio ambiente.



Estos protistas flagelados son en su mayoría unicelulares y forman parte del plancton marino. Emiten luz cuando son molestados y, dada su abundancia, la iluminación sincronizada de floraciones compuestas por millones de estos seres produce ráfagas de luz azulada visibles desde la superficie.



Cuando los dinoflagelados flotan, el movimiento del agua que los rodea genera en ellos una simulación mecánica, la que a su vez envía impulsos eléctricos al interior del organismo: hacia una vacuola que contiene abundantes protones .



Resumen de pasos en la reacción bioluminiscente: Luciferina reacciona con O2 en presencia de ATP. Enzima luciferasa interviene para acelerar la reacción. Como producto se producen [oxiluciferina]* en estado excitado y otros compuestos. Oxiluciferina vuelve a su estado fundamental, liberando radiación lumínica (hu).

REFERENCIA BIBLIOGRAFICA Páginas webs: 

http://mips.stanford.edu/public/abstracts/hastings.pdf 



http://en.wikipedia.org/wiki/Aequorin



http://lasoledaddelcombate.blogspot.com/2008/05/bioluminiscencia-8gonyaulaxpolihedra.html



http://www.photobiology.info/Viviani.html



http://www.conncoll.edu/ccacad/zimmer/GFP-ww/GFP-1.htm



http://en.wikipedia.org/wiki/Green_fluorescent_protein



http://www.planetasapiens.com/?p=1587



http://www.jbc.org/content/276/39/36508.full

Libros de texto: 

David L. Nelson y Michael M. Cox. Lehninger Principios de Bioquimica. Quinta Edicion.



Lubert Stryer, Jeremy M. Berg y John L. Tymoczko. Bioquimica. Sexta Edicion. Reverte.

Publicaciones y trabajos: 

“Bioluminiscence”, J. Woodland Hastings. Harvard University, Cambridge

Massachusetts. March 2004. 

Seminario “Bioluminiscencia de Invertebrados”. Nelson Sebastian Martinez

Martinez.Universidad de Tarapaca de Arica. Facultad de ciencias. Departamento de biologia.



Apuntes “Luz. Cambios de color. Bioluminiscencia” de la asignatura “Ecofisiologia animal”. Universidad de Murcia. Faculta d de ciencias.

Departamento de fisiologia.

ANEXOS EN CUANTO A LA DISTRIBUCIÓN: En hábitats marinos, la bioluminiscencia es un fenómeno relativamente frecuente, ya que hasta un 90% de los seres vivos que habitan en la porción media y abisal de los mares podrían ser capaces de producir luz de un modo u otro. Como curiosidad, el 25 de enero de 2005, fue fotografiada por primera vez, a través de un satélite de la NASA una extensa zona bioluminiscente en el océano Indico, confirmando la existencia del Mar de Ardora.

Este fenómeno era avistado desde la antigüedad por numerosos marinos, e incluso lo relato Julio Verne en su obra “20.000 Leguas de viaje submarino”. Se creía que eran fantasías de

marineros, pero científicos empezaron a registrar este fenómeno desde 1915.

Fig1

-

Fig1:

Fig2

Fotografías en los lagos de Gippsland, en. el estado de Victoria (Australia).

Podemos ver la bioluminiscencia en la orilla, con las pequeñas olas que crea el viento. -

Fig2: Esta

explosión de algas se debe a grandes fuegos en el interior de la isla a lluvias

torrenciales que arrastraron las cenizas que, a su vez, fertilizaron las aguas, que entonces generaron una eclosión de algas.

ARTICULO (REPORTE)

PELIGRA LA BIOLUMINISCENCIA Por: Jeffrey Acevedo Gómez

El experimento que realiza la Universidad de Texas (UT) para devolver la bioluminiscencia a las bahías de Puerto Rico donde este fenómeno natural se ha perdido, podría resultar en un intento desesperado por restaurar este tipo de vida en la isla, aseguró Juan Morales Delgado, estudiante de Biología Marina de la Universidad de Puerto Rico en Humacao (UPRH). Morales Delgado, quien ha dedicado un año de estudios particularmente al tema de la bioluminiscencia, advirtió que si no se concientiza primero a la población sobre la importancia de preservar estos ecosistemas, el proyecto de restauración podría no tener un impacto positivo a largo plazo. Esta iniciativa de la UT consiste en reproducir grandes cantidades de los microorganismos que producen la bioluminiscencia, conocidos como dinoflagelados, e introducirlos al ecosistema. El experimento podría beneficiar a las bahías Grande, en Fajardo; La Parguera, en Lajas; y Mosquito, en Vieques. La Parguera, se estima, ha perdido más del 50% de su bioluminiscencia por las acciones del ser humano.

Las bahías bioluminiscentes recibirán, entre enero y junio del 2010, a los dinoflagelados, organismos unicelulares que se mueven por medio de dos flagelos y que poseen cualidades de plantas y de animales. Entre ellas, realizan fotosíntesis y se reproducen asexualmente.  No es suficiente con introducir los dinoflagelados

Morales Delgado es empleado de una compañía de excursiones educativas y recreativas que brinda sus servicios en la bahía bioluminiscente en Fajardo. En entrevista vía telefónica, el estudiante reconoció que el proyecto de la UT bien podría ser exitoso en la restauración de los daños causados a los ecosistemas bioluminiscentes en la isla. Sin embargo, advirtió que el introducir estos microorganismos a las deterioradas aguas bioluminiscentes en Puerto Rico no es suficiente para poder restaurarlos y mantenerlos saludables. “Es como traer más (organismos) para que los sigan matando”, opinó el alumno, que ingresó a la UPRH en el 2003. “Nosotros no sabemos apreciar lo que tenemos”, añadió.

Asimismo, destacó la importancia de la labor que entidades como el Fideicomiso de Conservación de Puerto Rico (FCPR) realizan en pro de la conservación de los ecosistemas en la isla. En la actualidad, alrededor del 7% de las áreas naturales de Puerto Rico son protegidas por ley para fines de conservación, según datos del FCPR. Esto no incluye los terrenos del Corredor Ecológico del Noreste (CEN), que quedaron sin protección recientemente, luego de que el gobierno actual derogara la designación de reserva natural otorgada por la pasada administración.  Lagunas bioluminiscentes en Puerto Rico

A diferencia de lo que popularmente se cree, Fajardo, Lajas y Vieques no son los únicos municipios que cuentan con aguas bioluminiscentes. Según Morales Delgado, la bahía de Jobos, en Guayama; y la laguna San José, bajo el puente Teodoro Moscoso, en San Juan, también han dado indicios de bioluminiscencia, aunque no durante todo el año. Asimismo, existen otros cuerpos de agua en Vieques, Lajas y Culebra donde se ha podido constatar la presencia de dinoflagelados. Vicente Quevedo, asesor técnico del área de planificación del Departamento de Recursos  Naturales y Ambientales (DRNA), así lo confirma. “Hay una laguna que tiene cierto grado de  bioluminiscencia”, aseguró en entrevista el egresado de la Universidad de Puerto Rico. La

laguna está en la propiedad Convento Norte, de la Compañía de Fomento Industrial de Puerto Rico. “Es una laguna costera, tiene conexión con el mar; por ende, la la guna, aunque está

dentro de una propiedad patrimonial del Estado, es un bien de dominio público, porque es una laguna de naturaleza marial. Es parte de la zona marítimo terrestre”, explicó Quevedo, quien no pudo ofrecer detalles sobre la

frecuencia de la bioluminiscencia en el lugar, aunque sí mencionó la probabilidad de que sea estacional. Por su parte, Morales Delgado reveló que “el fenómeno (de la bioluminiscencia) se ve en muchos lugares”. “En muchos otros lugares del mundo se observa, pero estacionalmente”,

añadió. Como ejemplo, mencionó la bioluminiscencia en aguas de México.  Necesario velar por la otorgación de permisos

Más que a la mala planificación por parte del gobierno, Morales Delgado adjudicó la existencia de proyectos hoteleros y de vivienda en zonas costeras al poder que tiene el dinero sobre cualquier otra esfuerzo de conservación. A la bahía de Fajardo, denunció, “(le) afecta mucho la contaminación lumínica, las luces de las casas y el centro comercial (aledaño)”. Por otro lado, en Lajas, “en un sitio más abierto, (por lo cual) no se puede tener tanto control en el área… hay muchas personas que rentan  botes… las casas están bien cerca del mar”. En cuanto a los proyectos hoteleros que se desarrollan en las costas, “gente con poder, con mucho dinero, influye en esos permisos”,

sostuvo. “(Los ambientalistas) no podemos llevar a dólares y centavos los recursos (naturales) que tenemos”, Morales Delgado expresó su preocupación respecto al existente conflicto entre el

movimiento pro conservación y el de desarrollo de proyectos de construcción en áreas aledañas a estos ecosistemas. Explicó que a los ambientalistas les resulta difícil competir con la cantidad de empleos que produce un proyecto, o con el dinero que éste pueda aportar a la isla. “Ése es el problema”, concluyó. Conservación versus desarrollo

Uno de los más recientes acontecimientos que evidencian el conflicto entre la naturaleza y el ser humano ha sido la eliminación de la clasificación como reserva natural del CEN. Para

abundar en esta situación, Quevedo explicó la situación del CEN, que “en este momento, no cuenta con la protección legal” que brinda la designación de reserva natural. El gobierno de Puerto Rico declaró la zona, recientemente, como un “área de planificación especial”. Esto es “un área costera en donde se identifican valiosos recursos que ameritan una

planificación detallada y en cuyo interior pueden figurar recursos con méritos para designarse como reserva natural”, señaló Quevedo.

Por el momento, los desarrolladores de proyectos no podrán aprovecharse de la situación, ya que, según Quevedo, la Junta de Planificación (JP) “declaró una moratoria para todo tipo de consulta de ubicación dentro de los terrenos”. “Hasta que ellos no redefinan y redesignen la

reserva, no se atenderá ningún proyecto de desarrollo”, aclaró. De manera que, por el momento, en el CEN no habrá cabida para la construcción. Mientras tanto, se espera que proyectos de restauración como el de la UT puedan producir la vida que falta a nuestros ecosistemas. Pero no podrán producir conciencia. Ésa le toca, a cada cual, crearla en sí mismo.

 Jeffrey Acevedo Gómez es estudiante del curso CIBI 3035 Ecosistemas y Biodiversidad de la

 Prof. Ileana Galanes. Universidad de Puerto Rico, Recinto de Río Piedras • Facultad  de  Estudios Generales • Departamento de Ciencias Biológicas.