¿Cómo se encienden las luciérnagas?

El parpadeo crepuscular de las luciérnagas confirma que ha llegado el verano. Cuando eras niño, es posible que hayas capturado esos llamados insectos de rayo en tus manos ahuecadas y que hayas mirado entre tus dedos para verlos brillar, preguntándote cómo esas luciérnagas fascinantes producen luz.

Bioluminiscencia en luciérnagas

Las luciérnagas crean luz de una manera similar a como funciona una barra incandescente. La luz resulta de una reacción química o quimioluminiscencia. Cuando ocurre una reacción química que produce luz dentro de un organismo vivo, los científicos llaman a esta propiedad bioluminiscencia. La mayoría de los organismos bioluminiscentes viven en ambientes marinos, pero las luciérnagas se encuentran entre las criaturas terrestres capaces de producir luz..

Si observa de cerca una luciérnaga adulta, verá que los últimos dos o tres segmentos abdominales parecen diferentes a los demás. Estos segmentos comprenden el órgano productor de luz, una estructura eficiente que produce luz sin perder energía térmica. Si alguna vez ha tocado una bombilla incandescente después de haber estado encendida unos minutos, sabe que está caliente. Si el órgano ligero de la luciérnaga emitiera calor comparable, el insecto se encontraría con un extremo crujiente.

Luciferase los hace brillar

En las luciérnagas, la reacción química que las hace brillar depende de una enzima llamada luciferasa. No se deje engañar por su nombre; esta enzima no es obra del diablo. Lucifer proviene del latín lucis, que significa luz, y ferre, que significa llevar. Luciferasa es literalmente, entonces, la enzima que trae luz.

La bioluminiscencia de la luciérnaga requiere la presencia de calcio, trifosfato de adenosina, el químico luciferan y la enzima luciferasa dentro del órgano ligero. Cuando se introduce oxígeno en esta combinación de ingredientes químicos, desencadena una reacción que produce luz.

Los científicos descubrieron recientemente que el óxido nítrico desempeña un papel clave al permitir que el oxígeno ingrese al órgano ligero de la luciérnaga e inicie la reacción. En ausencia de óxido nítrico, las moléculas de oxígeno se unen a las mitocondrias en la superficie de las células del órgano ligero y no pueden ingresar al órgano para desencadenar la reacción. Entonces no se puede producir luz. Cuando está presente, el óxido nítrico se une a las mitocondrias, permitiendo que el oxígeno ingrese al órgano, se combina con los otros químicos y genera luz..

Además de ser marcadores de especies para la atracción de parejas, la bioluminiscencia también es una señal para los depredadores de las luciérnagas, como los murciélagos, de que tendrán un sabor amargo. En un estudio publicado en la edición de agosto de 2018 de la revista Avances científicos, Los investigadores encontraron que los murciélagos comían menos luciérnagas cuando las luciérnagas brillaban.

Variaciones en las formas en que luciérnagas destellan

Las luciérnagas productoras de luz parpadean en un patrón y color que es exclusivo de su especie, y estos patrones de flash se pueden utilizar para identificarlos. Aprender a reconocer las especies de luciérnagas en su área requiere conocer la duración, el número y el ritmo de sus destellos, el intervalo de tiempo entre sus destellos, el color de la luz que producen, sus patrones de vuelo preferidos y la hora de la noche cuando típicamente flash.

La velocidad del patrón de destello de una luciérnaga se controla mediante la liberación de ATP durante la reacción química. El color (o frecuencia) de la luz producida probablemente esté influenciado por el pH. La velocidad de destello de una luciérnaga también variará con la temperatura. Temperaturas más bajas resultan en velocidades de flash más lentas.

Incluso si conoce bien los patrones de destello para las luciérnagas en su área, debe tener en cuenta los posibles imitadores que intentan engañar a sus luciérnagas. Las hembras de la luciérnaga son conocidas por su capacidad de imitar los patrones de destello de otras especies, un truco que emplean para atraer a los machos desprevenidos más cerca para que puedan obtener una comida fácil. Para no quedarse atrás, algunas luciérnagas machos también pueden copiar los patrones de destello de otras especies.

Luciferasa en investigación biomédica

La luciferasa es una enzima valiosa para la investigación biomédica, particularmente como marcador de la expresión génica. Los investigadores pueden ver literalmente un gen en funcionamiento o la presencia de una bacteria cuando se etiqueta la luciferasa. La luciferasa se ha utilizado ampliamente para ayudar a identificar la contaminación de alimentos por bacterias.

Debido a su valor como herramienta de investigación, la luciferasa tiene una gran demanda por parte de los laboratorios, y la cosecha comercial de luciérnagas vivas afectó negativamente a las poblaciones de luciérnagas en algunas áreas. Sin embargo, los científicos clonaron con éxito el gen de luciferasa de una especie de luciérnaga, Photinus pyralis, en 1985, permitiendo la producción a gran escala de luciferasa sintética.

Desafortunadamente, algunas compañías químicas aún extraen luciferasa de las luciérnagas en lugar de producir y vender la versión sintética. Esto efectivamente ha generado una recompensa por las cabezas de las luciérnagas en algunas regiones, donde se alienta a las personas a recolectarlas por miles durante el pico de su temporada de apareamiento de verano..

En un solo condado de Tennessee en 2008, personas ansiosas por sacar provecho de la demanda de luciérnagas de una compañía capturaron y congelaron aproximadamente 40,000 machos. El modelado por computadora de un equipo de investigación sugiere que este nivel de cosecha puede ser insostenible para una población de luciérnagas. Con la disponibilidad de luciferasa sintética hoy en día, tales cosechas de luciérnagas con fines de lucro son completamente innecesarias.

Fuentes

• Capinera, John L. Enciclopedia de entomología. Springer, 2008.
• "Firefly Watch". Museo de la ciencia, Boston.
• "¿Cómo y por qué se encienden las luciérnagas?" Científico americano, 5 de septiembre de 2005.
• "Las luciérnagas se encienden para atraer parejas, pero también para disuadir a los depredadores". Asociación Americana para el Avance de la Ciencia, 21 agosto 2018.
• _{Lee, John. "Bioluminiscencia básica". Departamento de Bioquímica y Biología Molecular, Universidad de Georgia..} 
• _{"Efectos de modelado de la cosecha sobre la persistencia de la población de luciérnagas" Modelado Ecologico, 2013.}