bioluminiscencia de invertebrados

8/14/2019 Bioluminiscencia de Invertebrados

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UNIVERSIDAD DE TARAPACA DE ARICA

FACULTAD DE CIENCIAS

DEPARTAMENTO DE BIOLOGA

Biologa de Invertebrados

Bioluminiscencia

de

Invertebrados

Seminario

Nelson Sebstian Martnez MartnezPedagoga en Biologa y Ciencias NaturalesLicenciatura en Educacin mencin Biologa


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Bioluminiscencia de Invertebrados

Seminario

INDICE

Introduccin . 2

Materiales y Mtodos . 3

Resultados . 5

Discusin 9

Opinin Personal 10

ANEXO Premio Nobel de Qumica . 11

Bibliografa . 16


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EINTRODUCCIN

Todo el mundo conoce los animales, tanto terrestres como marinos. Muchos gozan del

sabor de los productos que el mar chileno nos ofrece. Pero pocos saben cmo viven estos

animales, como nacen, crecen y se reproducen, completando muchos su ciclo vital en nuestramesa. Si nos ponemos a pensar un poco, conocemos por lo general solo los animales que uno

come o ve por televisin. Pero hay muchos de estos que desarrollan su vida en las

profundidades del ocano, tan profundo donde se pierde la luz. Estos organismos han

desarrollado una capacidad quizs desconocida para la mayor parte de la poblacin: la

fluorescencia o Bioluminiscencia.

Conoceremos, entonces, mas acerca de estos animales, su forma de vida, y su forma

increble de producir luz, con sus propios cuerpos. Con caractersticas muy particulares,respecto a los dems animales, pero con muchas semejanzas entre ellos, as tambin, los

diferentes usos que estos le dan a su luminiscencia.

Te invito a que conozcas estos maravillosos animales, que sepas donde y como viven,

la forma en que son capaces de crear luz, las sustancias, molculas y rganos que se lo

permiten.


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DMATERIALES Y MTODOS

La mayora de los

animales mesopelgicos1

ha desarrollado unamanera aun ms eficaz de

enmascarar su silueta. Sus

fotforos son

bioluminiscentes, que se

sitan sobre todo en la

superficie inferior,

producen una luz que

rompe la silueta y ayuda a

que el animal se confunda con

la poca luz que se filtra desde la

superficie. (Castro & Huber, 2007)

La luz producida por los animales mesopelgicos se parece mucho a la del fondo del mar, la

bioluminiscencia mesopelgica es de color azul verdosa, que es similar a la luz que llega estas

profundidades. Muchos animales mesopelgicos pueden controlar el brillo de la luz que

producen y suelen equilibrarlo con la luz proveniente desde la superficie. Esto se ha

demostrado experimentalmente colocando unos parches oculares especiales a camarones y a

otros animales. Estos parches oculares permiten a

los experimentadores poder controlar la cantidad

de luz que ve el animal. Cuando el animal se

expone a una luz brillante, produce una

bioluminiscencia brillante, y cuando la luz es

dbil, tambin lo es la bioluminiscenia. Cuando a

los camarones se le colocan unos parches oculares

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opacos que no les permiten ver ninguna luz, apagan sus fotforos totalmente. Este control de

brillo de la bioluminiscencia es esencial. Es fcil ver a un animal si produce luz durante la

noche o si la luz es ms brillante que el fondo. (Castro & Huber, 2007)

Por otra parte el animal crea una silueta si su luz no es lo bastante brillante. Algunoscalamares mesopelgicos tambin pueden apreciar la diferencia entre bioluminiscencia y la luz

natural, pero en lugar de hacer una discriminacin del color utilizan una especie de gafas

polarizadas, ya que, en su ambiente estas luces se polarizan de manera distinta.

No todos los fotforos son especializados. Muchas medusas y otros animales gelatinosos la

producen a partir de clulas dispersas por toda la superficie del cuerpo. (Castro & Huber,

2007) Algunos coppodos y otros animales, producen lquidos bioluminiscentes, que expulsande su cuerpo en forma de chorro, a travs de unas glndulas especializadas. Pueden poseer y

carecer de fotforos e incluso existen pulpos que producen tinta bioluminiscente.

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RESULTADOS

La produccin de luz es otra manifestacin energtica de muchos animales

pertenecientes a los ms diversos grupos, de algunos dinoflagelados y ciertas bacterias.

Se ha demostrado que esta bioluminiscencia, depende de dos sustancias Luciferina y

luciferasa, que al reaccionar entre s, mediante presencia de oxgeno, producen luz. La

luciferasa posee todas las propiedades de una protena y es de naturaleza enzimtica. El

espectro de luminiscencia consiste en bandas de diferente amplitud que ocupan posiciones

diferentes en las regiones visibles del espectro ptico, extendindose a = 400nm y = 670nm;

de ah derivan los colores luniscentes: azul, verdoso, amarillo-naranja, algunos animales

pueden emitir luz de colores en diferentes partes del cuerpo. (Cognette, Sar, & Magazz,

2001)

En la mayora de animales, los productores de luz pueden ser extrados y generar luz en

presencia de oxgeno, pero en bacterias, estas no pueden producir luz in vitro.

La luz producida por bacterias es continua en presencia de oxigeno, y las bacterias

brillan tanto de noche como de da, en los dems organismos la luminosidad tiene lugar slo

cuando reaccionan a un estmulo. El fenmeno llamado fosforescencia del mar lo podemos

observar, por ejemplo cuando un banco de peces pelgicos, atraviesan enjambres de

organismos, o bien cuando las olas en las estn presentes estos organismos rompen en la

playa.

Noctiluca2 miliaris es la especie a la que se deben

con mayor frecuencia los fenmenos de luminiscencia

extensa sobre la superficie del mar, este dinoflagelado la

luz se origina en orgnulos que estan dispersos en la periferia del cuerpo celular y a lo largo de filamentos

protoplasmticos.

Noctiluca es un gnero de protistas dinoflagelados de la clase Noctiluciphyceae, orden Noctilucales,con dos flagelos heterocontos en el sulcus y el cngulo.

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La luminiscencia de los animales marinos se puede atribuir a tres orgenes, los que

pueden ser:

a. Secreciones extracelularesb.

Procesos intracelulares

c. Bacterias simbiontesEn el primer caso, secreciones extracelulares, las estructuras formadoras de esta son, por lo

general, glndulas; en los otros casos suelen tener rganos complejos, los que se denominan

fotforos.

1FOTFOROS:

En muchas especies marinas de crustceos, cefalpodos y peces existenfotforos muy especializados para la produccin de la luz, de complejidad

variada, constituidos por capas

reflectantes, lentes, pantallas pigmentadas

asociadas con las clulas fotgenas. Estos

rganos estn particularmente

desarrollados, sobre todo en las especies

que viven a gran profundidad. Si tomamos

todos los fotforos de los cefalpodos

vemos que de una estructura

relativamente sencilla se pasa a

estructuras muy complejas a travs de toda

una serie de gradaciones. Un tipo muy sencillo de fotforo es el de ciertos

crnquidos; consiste en una masa de clulas fotgenas que se apoyan sobre una

capa de clulas alargadas y paralelas transparentes que forman una especie de

cristalino, mientras que en la posicin opuesta las clulas se encuentran situadas

de manera que forman tres capas concntricas: una capa interna de clulas

fotgenas, una intermedia de clulas pigmentadas que acta como pantalla. La

lente cristalina est recubierta por clulas epidrmicas transparentes que pueden

contener pantallas coloreadas. Las fibras nerviosas penetran a travs de la pared

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FOTFOROS


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pigmentada del fotforo y se ramifican entre las clulas fotgenas. (Cognette,

Sar, & Magazz, 2001)

La luminiscencia de cefalpodos y telesteos3 puede deberse asimismo a bacterias luminosas

que viven como simbiontes. Tambin en este caso se tienen fotforos provistos de una lente ysuperficie reflectante, pero el lugar de las clulas fotgenas lo ocupan las bacterias luminosas.

El oxigeno para las bacterias es obtenido a travs de los fotforos. Estos animales

emiten una luz continua, ya que, estas bacterias no estn bajo el control del sistema nervioso

del animal, mientras que en otros rganos fotgenos esta luminosidad es generada por el

propio animal.

Respecto de la utilidad de la luminiscencia,

aun se discrepa bastante sobre su utilidad o si es un

resultado adaptativo. En muchos casos la

bioluminiscencia es una forma de identificacin

entre una especie, como lo es el caso de la

lucirnaga: La hembra emite destellos para atraer al

macho, este nota la presencia de una hembra y va a

su encuentro para el posterior apareamiento. En el

caso de un poliquetoOd

ontosyllis las hembrassuben a la superficie del mar, luego del ocaso,

generando luz para as atraer al Macho, este sube a

su encuentro, generando luz intermitente en forma de crculos luminosos, pero si la hembra

deja de generar esta luz continua, el macho perder orientacin, y podrn completar el acto

hasta que la hembra comience nuevamente a generar luz.

As como algunos de estos emiten luz continua o intermitente, existen otras especies que

emiten una nube luminiscente, esta es una caracterstica de cefalpodos y determinadoscrustceos, estos les servira como mecanismo de defensa, ahuyentando as a sus depredadores

Asimismo el plancton, puede producir luminosidad por medio de un planctonte, el cual se

siente molestado y emite luz, como tambin puede ser para atraer a sus presas. Hay animales

3Los telesteos (Teleostei) son una de las tres infraclases de la clase Actinopterygii de peces seos.

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que sus rganos de luz se encuentran limitados a una sola regin del cuerpo, como es el caso

de Chaetopterus.

En animales abisales, que poseen ojos

extremadamente desarrollados, pueden servir para iluminarel ambiente y estar en relacin con la posibilidad de que

estos animales distingan la luz reflejada sobre la superficie

de estos organismos con el fin de procurarse el alimento.

Esto parecera confirmado con la coloracin oscura de los

peces, que sera precisamente para reducir al mnimo tales

reflejos. (Cognette, Sar, & Magazz, 2001)

Existen dinoflagelados capaces, tambin, de producirluz o bioluminiscencia. Aunque tambin se observa en

algunas bacterias y muchos tipos de animales, los dinoflagelados son generalmente

responsables de la luminosidad difusa de la superficie del mar. Este efecto solo se puede

observar de noche, especialmente si el agua se agita o es rota por una ola.


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DISCUSIN

Reproduccinoalimentacin

Como ya hemos ido comprendiendo, muchos de los animales bioluminiscentes, utilizan

su luz para dos cosas fundamentales: Reproduccin o Alimentacin.

Gran parte de ellos que habitan en las profundidades del mar como los organismos

Mesopelgicos, utilizan su luz para poder conseguir una presa, la que es guiada hacia el

siguiendo la luz que este genera, en algunos por sus sebos y otros a travs de sus fotforos,

que gracias a su composicin bacteriana es posible generar esta luz. Pero no solo los animales

marinos lo utilizan para poder capturar a su presa, algunos de ellos, como poliquetos, la

utilizan para poder aparearse, pero este papel de luz es fundamental, ya que, la utilizan como

una gua. Asi mismo en el caso de los insectos, como la lucirnaga. La hembra, que esta

quieta, responde con un breve destello a la luz intermitente del macho, que vuela en las noches

de junio. El macho puede de este modo reparar en la presencia de la hembra y dirigirse a ella

para el apareamiento. (Cognette, Sar, & Magazz, 2001).

Estas grandes diferencias, pero a la vez muy similares, hacen caractersticos a estas especies,

las que aprovechan esta particularidad para poder alimentarse y a la vez poder seguir con su

decencia.


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OPINION PERSONAL DEL TEMA

El tema ha sido muy agradable, ha sido muy interesante conocer como unos animales

pueden poder generar luz, a travs de unas pequeas clulas, como adems saben utilizar muy

bien sus caractersticas, ya que muchas de ellas pueden alimentarse e incluso usarla con finesde reproduccin. Hubiera sido ideal que existiera una mayor informacin respecto a este tema,

que reitero es muy interesante, pero en internet exista informacin muy vaga y la bibliografa

de la universidad muy pobre. Pero superando todos estos obstculos, creo haber podido

cumplir con el objetivo e investigar, indagar y conocer una realidad o organismos que quizs

muy pocas personas saben que existen y que muchas quizs han visto a las noctilucas actuar

en el choque de las olas, pensando que solo es el reflejo de la luz, y que muchas personas aun

piensan que las bacterias son malas y causantes de patologas, mientras que nos podemos dar

cuenta que en la vida de estos animales ellas cumplen un papel fundamental.

Seria muy bueno que se pudieran extender los conocimientos respecto a este tema, y

quizs, crear la forma de divulgacin, de trabajo e investigacin, sobre todo en nuestra gran

costa, que serian avances muy buenos e interesante para la investigacin biolgica.

Como profesor, me gustara, siempre poder seguir adquiriendo conocimientos de temas

tan pocos comunes y tan poco llamativos para la comunidad cientfica, ya que, es muy poco lo

que se sabe de investigacin respecto al tema, y solo sale sealado, cuando se trata algunos delos grupos de peces pelgicos o en el caso de los ms conocidos generadores de luz, como lo

es en el caso de la lucirnaga.


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A N E X O 01

PREMIO NOBEL DE QUIMICA 2008

En los aos sesenta cuando el cientfico japons Osamu Shimomura comenz a

estudiar la medusa bioluminiscente Aequorea victoria, no supona que conducira a una

autntica revolucin cientfica. Treinta aos ms tarde Martin Chalfie us la protena verde

fluorescente de la medusa para ayudarse en el estudio del constituyente ms pequeo de los

organismos vivos, la clula. Hoy los cientficos pueden estudiar procesos biolgicos antes

invisibles con la ayuda de las protenas de Roger Y. Tsien, las cuales brillan con todos los

colores del arco iris.

La protena verde fluorescente, GFP, ha sido en la dcada pasada como una estrella

gua para bioqumicos, bilogos, mdicos y otros investigadores. El intenso color verde de esta

protena aparece cuando se la ilumina con luz azul y ultravioleta. Ello permite, por ejemplo,

visualizar tumores cancerosos, mostrar el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer en el

cerebro o el crecimiento de bacterias patgenas.

Un uso todava ms interesante de la GFP radica en la posibilidad de seguir procesos

en el interior de las clulas. El cuerpo est compuesto de cientos de miles de clulas, desde las

clulas que forman el msculo del corazn y las clulas beta, productoras de la insulina, a los

macrfagos que destruyen las bacterias indeseables. Existe una gran cantidad de

investigaciones acerca de los tipos de clulas cules son sus funciones o la forma cmo se

desarrollan-, pero el gran desafo est en desarrollar medicamentos eficaces con un mnimo de

efectos secundarios.

Shimomura fue contratado en 1956 por la universidad de Princeton (Nueva Jersey,

EE.UU), despus del resonante xito alcanzado al conseguir aislar la protena responsable de

la luminiscencia del moluscoCypridina cuando trabajaba como profesor asistente en la

universidad de Nagoya (Japn).

Una vez en Norteamrica Shimomura se dedic a estudiar otro material luminiscente. Esta vez

se trataba de la medusa Aequorea victoria, cuyo borde exterior brilla cuando la medusa se

mueve.


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La medusa Aequorea victoria vive en los mares de la costa oeste de Norteamrica (a). La medusa tiene un rgano

bioluminiscente localizado a lo largo del borde del paraguas (b y c)

En un trabajo publicado en 1962, Shimonura y Johnson describan el proceso mediante el cual

haban logrado aislar unos pocos miligramos del material luminiscente azul. Llamaron a laprotena aequorin. Tambin mencionaban que la protena que haban aislado era color verdoso

a la luz del sol, amarillento a la luz de una bombilla y verde fluorescente bajo luz ultravioleta.

Era la primera vez que alguien describa la GFP. Shimonura y Johnson la llamaron la protena

verde, pero ms tarde fue llamada la protena verde fluorescente.

En los aos 70 Shimomura estudi con ms profundidad la fluorescencia de la GFP. Encontr

que la GFP contena un cromforo4 especial, un grupo qumico que absorbe y emite luz.

Cuando la luz ultravioleta o azul incide sobre el cromforo, ste absorbe energa de la luz y seexcita. En la fase siguiente el cromforo libera la energa. Emite luz, verde esta vez.

El grupo cromforo de la medusa simplemente transforma la luz azul del aequorin en luz

verde. Por esto la medusa y el aequorin brillan con distinto color.

Lo realmente revolucionario de la GFP es que la protena no necesita ningn aditivo para

brillar, en contraste con otras protenas bioluminiscentes que requieren un suplemento

continuo de molculas ricas en energa. Es suficiente radiar la GFP con luz UV o luz azul. La

luz penetra en el interior de las clulas y se encuentra con la GFP la cual emite luz verde. Si

4Un cromforo es la parte o conjunto de tomos de una molcula responsable de su color. Tambin sepuede definir como una sustancia que tiene muchos electrones capaces de absorber energa o luzvisible, y excitarse para as emitir diversos colores, dependiendo de las longitudes de onda de laenerga emitida por el cambio de nivel energtico de los electrones, de estado excitado a estado basal.


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los investigadores necesitaran un aditivo qumico sera necesario inyectarlo en la clula, un

proceso que podra alterarla y que es complicado de llevar a cabo a escala microscpica.

La protena verde fluorescente GFP consiste en 238 aminocidos unidos formandouna larga cadena. Esta cadena se pliega en forma de barril que tiene en su interior loa

aminocidos 65,66 y 67, los cuales forman el grupo que absorbe luz UV y azul y

produce fluorescencia verde

El segundo laureado en qumica este ao, Martin Chalfie, oy hablar de la protena verde

fluorescente por primera vez en 1988 en un seminario dedicado a los organismos

bioluminiscentes en la Universidad de Columbia en Nueva York

En su trabajo diario, Chalfie trabaja con los pequeos gusanos Caenorhabditis elegans, uno

de los organismos ms estudiados en el mundo. A pesar de que slo consta de 959 clulas,

tiene cerebro, envejece y se aparea. Adems, una tercera parte de sus genes estn relacionados

con los genes humanos. Por ltimo, pero no menos importante, C. elegans es transparente, lo

cual hace muy sencillo para los investigadores estudiar sus rganos con un microscopio

ordinario.

La idea de Chalfi consisti en conectar el gen de la GFP5 con varios genes promotores o con

genes de otras protenas, as podra ver la activacin de los genes promotores en las clulas y

saber donde son producidas las diferentes protenas. La luz verde actuara como un faro.

En el siguiente paso, Chalfie coloc el gen detrs de un promotor que activa seis receptores

neuronales en C. elegans. El resultado fue publicado por Chalfie y sus colegas en la revista

Science en febrero de 1994. En la portada los lectores podan ver una imagen de C. elegans en

la cual el receptor neuronal emita una brillante luz verde.

5La protena verdefluorescente (o GFP, por sus siglas en ingls,green fluorescent protein) esuna protena producida por la medusa Aequorea victoria, que emite bioluminiscencia en la zona verdedel espectro visible. El gen que codifica esta protena est aislado y se utiliza habitualmente en biologamolecular como marcador.


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Usando tecnologa del ADN, Chalfie coloc el gen de GFP detrs de un gen promotor activo en seis neuronas receptoras deltacto en C. elegans. Despus inyect el ADN modificado en las gnadas de un gusano adulto (a). El gusano es hermafrodita yse autofertiliza. El gen de la GFP est presente en muchos de los huevos que el gusano pone (b). El huevo se divide formandonuevos individuos cuyos receptores neuronales brillan con luz verde bajo la luz UV. (c y d). La ilustracin muestra dos deestas neuronas (e).

Aqu es donde el tercer galardonado con el Premio Nobel,Roger Tsien, hace su entrada. Su

mayor contribucin a la revolucin de la GFP fue que ampli la paleta con varios colores

nuevos que brillaban durante ms tiempo y ms intensamente.

Para empezar, Tsien indic cmo se forma qumicamente el cromforo GFP en la larga

protena GFP formada por 238 aminocidos. Otros investigadores haba mostrado previamente

que tres aminocidos en la posiciones 65-67 reaccionaban qumicamente entre s para formar

el cromforo. Tsien mostr que esta reaccin qumica necesitaba oxgeno y explic como

poda llevarse a cabo sin el auxilio de otras protenas.

Con la ayuda de la tecnologa del ADN, Tsien dio el siguiente paso y cambi diversos

aminocidos en diferentes partes de la GFP. Esto condujo a que la protena absorbiera y

emitiera luz en otras regiones del espectro. Experimentando con la composicin de los

aminocidos, Tsien logr desarrollar variantes de la GFP que brillan ms fuertemente y en

diferentes colores como el cian, azul y amarillo. As los investigadores pueden hoy marcar

diferentes protenas con diferentes colores para ver sus interacciones.

Tres de estas protenas han sido utilizadas por los investigadores en un espectacularexperimento. Modificaron ratones genticamente para producir cantidades variables de los

colores amarillo, cian y rojo dentro de las clulas nerviosas de su cerebro. Esta combinacin

de colores es similar a la utilizada por las impresoras. El resultado fue que el cerebro del ratn

brillaba con los colores del arco iris. Los investigadores pudieron entonces seguir los nervios


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de las clulas individuales en la densa telaraa del cerebro. Los investigadores llamaron a este

experimento el "brainbow".

La protena verde fluorescente tambin puede ser utilizada para aplicaciones en biotecnologa,

incluyendo la deteccin de arsnico en los pozos de agua. Este es un enorme problema en

partes del sudeste de Asia, donde se producen intoxicaciones por arsnico de forma naturalque afectan a miles de personas. Los investigadores han modificado genticamente bacterias

resistentes al arsnico para que se iluminen en verde en presencia de este elemento. Tambin

han modificado otros organismos para que emitan fluorescencia verde en presencia del

explosivo trinitrotolueno (TNT) o metales pesados como el cadmio o zinc. Hoy en da hay

GFP, incluso en los juguetes que se iluminan en la oscuridad.

(Tomado de KWWSZHEHGXFDVWXUSULQFDVWHVSUR\HFWRVILVTXLZHE31RE31RE4KWP


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Bibliografa Castro, P., & Huber, M. (2007). Biologa Marina. McGraw-Hill. Cognette, G., Sar, M., & Magazz, G. (2001). Biologa Marina. Ariel.

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bioluminiscencia de invertebrados

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