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Los seres humanos llevan mucho tiempo fascinados por los organismos que pueden producir luz. Aristóteles, que era además de científico y filósofo, escribió el primer libro detallado descripciones de lo que llamó “luz fría”Hace más de 2.000 años. Más recientemente, investigadores pioneros como el veterano del ejército de la Segunda Guerra Mundial Emmett Chappelle y piloto de vehículo de inmersión profunda Edith Widder avanzó en el estudio de este fenómeno con tecnologías novedosas.

Al menos 94 organismos vivos producen su propia luz a través de una reacción química dentro de sus cuerpos, una capacidad llamada bioluminiscencia. Ejemplos incluyen luciérnagas luminosasalgas que crean “bahías que brillan en la oscuridadpequeños crustáceos con exhibiciones de cortejo intrincadasy peces y corales de aguas profundas. Sin embargo, a pesar de su aparición generalizada, los científicos aún no saben cuándo ni dónde surgió por primera vez, ni su función original.

Como biólogos marinos OMS especializarse en hábitats de aguas profundassabemos que la bioluminiscencia es particularmente común en el océano. Esto indica que la producción de luz puede dar a organismos de todo el mundo árbol de la vida una ventaja física que mejora sus posibilidades de supervivencia.

Nuestra investigación se centra en octocorales – corales de cuerpo blando como los abanicos de mar que tienen forma de árbol y se encuentran en varios lugares de los océanos del mundo. Son una población diversa y antiguo grupo de animales eso incluye unas 3.500 especies, muchas de las cuales son bioluminiscentes.

El coral colonial de falso oro Savalia muestra bioluminiscencia en el Caribe en 2009. Sönke Johnsen, CC BY-ND

Los octocorales pueden crear jardines de coral y bosques de animales en los océanos, particularmente en las profundidades del mar. Estas comunidades proporcionan hogares y hábitats de cría para muchos otros animales, incluidos peces y tiburones.

Todos los octocorales usan lo mismo. reacción química a la bioluminiscencia. Un estudio de 2022 determinó la Relaciones evolutivas entre estos corales.. Estas conexiones genéticas y el hecho de que existan fósiles de octocorales hacen de estos animales un foco ideal para investigar cuándo apareció la bioluminiscencia y cómo se extendió a lo largo del tiempo geológico.

Pruebas de bioluminiscencia en el mar

Hace más de una década, comenzamos a probar la capacidad de bioluminiscencia de diferentes especies de octocorales. Para producir la luz brillante, los corales deben ser estimulados física o químicamente.

La bioluminiscencia despertó nuestra curiosidad por primera vez durante un crucero de investigación realizado en 2014 en el R/V Celtic Explorer sobre el Cañón Whittard frente a la costa suroeste de Irlanda. Estábamos tomando una muestra de tejido de un coral bambú recolectado del fondo marino profundo mediante un vehículo operado de forma remota.

El vehículo tenía brazos manipuladores que permitieron al piloto recolectar especímenes de coral y colocarlos en contenedores de muestreo para mantener los organismos vivos y protegidos mientras el vehículo emergía. Después de que esta muestra subió a bordo del barco, utilizamos fórceps para extraer un único pólipo de coral en una habitación con poca iluminación y vimos un destello de luz azul.

Desde entonces, hemos trabajado con colaboradores de la Instituto de Investigación del Acuario de la Bahía de Monterey y Universidad de Tohoku para registrar qué especies son capaces de brillar, ya sea en el barco después de su recolección o mientras las observamos en el fondo marino usando cámaras con poca luz. Combinado con registros publicados anteriormente, ahora sabemos que la bioluminiscencia ocurre en aproximadamente 60 especies de coral. Es probable que muchos más estén esperando ser descubiertos.

Para los animales que viven en aguas oscuras de las profundidades marinas, la luz es una forma eficaz de comunicarse.

Cuándo y por qué surgió la bioluminiscencia

En un estudio publicado en abril de 2024, presentamos el registro más antiguo en el tiempo geológico para la bioluminiscencia en la Tierra. Demostramos que esta reacción química evolucionó varios milenios antes de lo estimado anteriormente, aproximadamente en el momento en que la vida en la Tierra se diversificó rápidamente hace más de 540 millones de años en un período llamado la explosión cámbrica. Lo determinamos mapeando la presencia de bioluminiscencia en el árbol de la vida octocoral, una herramienta gráfica que los biólogos utilizan para mostrar las relaciones evolutivas entre las especies.

Inicialmente, la bioluminiscencia pudo haber evolucionado para reducir radicales libres– átomos químicamente inestables que puede dañar las células. Sin embargo, en algún momento, evolucionó hasta convertirse en una forma de comunicación.

Nuestros resultados indican que las señales luminosas fueron la forma más antigua de comunicación en los océanos, y sabemos que algunos animales que podían detectar la luz Evolucionó durante el período Cámbrico.. Nuestra investigación indica que las interacciones que involucran la luz ocurrieron entre especies durante una época en la que los animales se diversificaban rápidamente y ocupaban nuevos hábitats.

La bioluminiscencia surgió en la época de la Explosión Cámbrica, el estallido de evolución más intenso registrado.

Ganando y perdiendo luz

Seguimos probando la capacidad bioluminiscente de los corales de diversas formas. Un componente principal involucrado en la producción de luz en los corales y otros animales es una enzima llamada luciferasa. Utilizando datos de secuencia de ADN, estamos desarrollando una prueba para determinar el potencial genético de bioluminiscencia que hará que sea más fácil y menos invasivo estudiar este rasgo.

Tenemos evidencia preliminar de que los octocorales no bioluminiscentes todavía tienen genes homólogos de luciferasa– instrucciones genéticas que se transmitieron de un ancestro común de todos los octocorales. Es un misterio por qué los corales que no pueden producir luz han conservado estos genes.

¿Producen luz de muy bajo nivel que los científicos no pueden detectar con los métodos actuales? ¿O sus genes de luciferasa no son funcionales? Estudios adicionales pueden mostrar por qué ciertos octocorales parecen haber perdido la capacidad de bioluminiscencia y cómo esta pérdida puede haber afectado su supervivencia en diferentes hábitats.

Nuestros resultados recientes muestran que muchos corales que viven en aguas poco profundas pero surgieron de ancestros de aguas profundas conservó la capacidad de bioluminiscencia. Es posible que algunos corales hayan perdido esta capacidad con el tiempo, ya que se volvió menos útil en entornos oceánicos menos profundos y con más luz.

También estamos investigando cómo ha evolucionado la bioluminiscencia en otras criaturas, incluidos los camarones que migran hacia arriba desde aguas profundas para alimentarse durante el día y regresar a aguas profundas durante la noche. Estos animales están expuestos a condiciones de luz cambiantes y producen luz en formas múltiples y únicas.

Como ejemplo notable, algunos camarones vomitar sustancias químicas que producen luz, creando un chorro luminiscente para defenderse de los depredadores. También tienen órganos de luz bioluminiscente externos a lo largo de su cuerpo que producen luz azul.

El estudio de criaturas como estas mejora nuestra comprensión de cómo las diferentes cantidades de luz en el medio ambiente, incluida la luz producida por organismos, afectan la evolución de la bioluminiscencia y Influir en la visión de los organismos.. Esto puede proporcionar información sobre cómo la bioluminiscencia afectó la evolución del ojo y la visión hace unos 540 millones de años, cuando la vida en la Tierra se estaba diversificando.

El hecho de que los corales hayan podido producir luz durante cientos de millones de años implica que esta capacidad ha contribuido significativamente a su supervivencia. Además, nuestros hallazgos respaldan la idea de que la bioluminiscencia ha sido una forma crítica de comunicación a través del tiempo geológico para muchos tipos de animales, particularmente en las profundidades del mar.

Esta investigación nos ha generado nuevas ideas sobre la evolución y la comunicación animales tempranas. Las señales luminosas brindaron a los animales una nueva forma de comunicarse en una época que cambiaba rápidamente, en la que estaban surgiendo nuevos depredadores y un paisaje más complejo. En estas condiciones, una mayor capacidad sensorial en el océano podría haber sido valiosa. Quizás la bioluminiscencia sea una pieza faltante del rompecabezas que aún no ha recibido plena atención en los estudios sobre el origen y la evolución de los animales en el tiempo profundo.


Danielle De Leo Es asociado postdoctoral en Ciencias Biológicas en la Universidad Internacional de Florida. Andrea Quattrini es zoólogo investigador y curador de corales en el Instituto Smithsonian. Este artículo se republica desde La conversación debajo de Licencia Creative Commons. Leer el artículo original.