Biofluorescencia

Colayo inflado (Cephaloscyllium ventrosium). Foto: Kyle McBurnie.

Llamamos biofluorescencia a la capacidad que poseen algunos organismos para absorber radiación electromagnética de una determinada longitud de onda y devolverla en una longitud de onda diferente; o para entendernos, para absorber la luz de un color y devolverla de otro color distinto —rojo, naranja o verde, en las especies marinas—, gracias a la acción de unas proteínas fluorescentes contenidas en su piel y capas externas.

(Nota para despistados: no confundamos biofluorescencia con bioluminiscencia: en la primera el brillo del animal no es más que el reflejo de una luz externa, mientras que lo segundo implica la generación de luz propia mediante unas reacciones químicas que tienen lugar en el interior de unos orgánulos denominados fotóforos. Véase Bioluminiscencia I: Los fotóforos.)

En tierra podemos observar ejemplos de biofluorescencia en muchas flores y en animales como arañas, mariposas y loros; en el mar, en corales, sifonóforos, cnidarios, copépodos y peces. En cuanto a estos últimos, hasta ahora solo se había investigado un puñado de casos en especies de arrecife, pero hace pocos meses un estudio¹ demostraba que la biofluorescencia está más extendida de lo que se creía a lo largo de una amplia variedad de géneros, adoptando una diversidad de colores, formas y patrones² según especie y hábitat, muy particularmente en peces de arrecife. Los investigadores identificaron nada menos que 16 órdenes, 50 familias, 105 géneros y más de 180 especies, dejando la puerta abierta a la incorporación de más candidatos y, probablemente, al descubrimiento de más tipos de proteínas fluorescentes.

Entre estas más de 180 especies encontramos tres condrictios: un batoideo, la raya amarilla (Urobatis jamaicensis, Myliobatiformes: Urotrygonidae), y dos tiburones: el colayo inflado (Cephaloscyllium ventrosium) y la pintarroja reticulada (Scyliorhinus retifer), ambos pertenecientes a la misma familia de nuestra pintarroja, Scyliorhinidae (orden Carcharhiniformes).

Cephaloscyllium ventrosium.

A medida que se interna en lo profundo, la luz del sol se despoja de sus tonos rojo, naranja, amarillo y verde, y adquiere un monocorde —y maravilloso— azul. Bajo esta luz, los tiburones biofluorescentes emiten un brillo verde eléctrico imposible de detectar a simple vista para el ojo humano y, seguramente, para los ojos de muchos otros peces que no dispongan del sistema de visión adecuado. ¿Qué sistema es éste? Se trata de una especie de filtro intraocular amarillo para tamizar la luz azul natural.

Este descubrimiento permitió a los científicos identificar nuevas especies y patrones fluorescentes, tanto en el medio natural —durante un buen número de inmersiones nocturnas— como en laboratorio. A imitación del ojo del animal, incorporaron filtros amarillos a las lentes de sus cámaras, y recrearon la radiación azul del mar mediante focos adaptados. Y así, viendo como ven los tiburones, comprendieron como un entorno de espectro lumínico tan limitado puede ofrecer amplias posibilidades para el camuflaje y la comunicación intraespecífica. Estas especies pueden permanecer ocultas a los ojos no adaptados de sus depredadores y, al mismo tiempo, ser visibles para sus congéneres.

Todavía se desconoce en toda su extensión la función de la biofluorescencia en las diferentes especies. El camuflaje y la comunicación parecen las más evidentes, pero queda por investigar, por ejemplo, si puede jugar algún papel en la reproducción, si hembras y machos de la misma especie presentan patrones específicos que permitan su identificación, o si sirve para anunciar la disponibilidad para el apareamiento.

Habrá que estar atentos a las más que seguras novedades.

Scyliorhinus retifer (Foto: Andy Murch, elasmodiver.com).

S. retifer. Fuente: American Museum of Natural History / J. Sparks, D. Gruber, V. Pieribone.

⏩ ACTUALIZACIÓN a 4 de mayo de 2016. Pues ya tenemos aquí una de esas esperadas novedades: un trabajo³ que se centra en el estudio de los ojos y la piel de los dos esciliorhínidos, la pintarroja reticulada (Scyliorhinus retifer) y el colayo inflado (Cephaloscyllium ventrosium). Ambos tienen en común, además de su filiación taxonómica, el que viven en profundidades a las que apenas llega el espectro azul de la luz solar: entre los 70-550 m la primera, y desde aguas relativamente someras hasta al menos los 350 m la segunda.
     Lo curioso es que estos dos bichos poseen la visión monocromática típica de las especies de aguas profundas y sin embargo el reflejo de su piel es verde "fosforito", con toques también azules en el caso del colayo inflado. El estudio ha encontrado en la retina un pigmento visual sensible a estas longitudes de onda.  Esto llevó a los investigadores a idear una lente con un filtro similar para sus cámaras con el fin de comprobar como "ven" efectivamente en su entorno, y sobre todo como se ven unos a otros. El resultado es que existen diferentes patrones de brillo según el sexo. El colayo inflado presenta un patrón de manchas fluorescentes dispersas a lo largo de su cuerpo; las hembras tienen además una especie de "máscara facial" de manchas claras, y grupos más densos de manchas ventrales extendiéndose hacia la cabeza, a diferencia de los machos. Las hembras de la pintarroja reticulada las líneas que trazan el característico patrón de su coloración son más gruesas y más conspicuas que en los machos. Y en ambas especies, los pterigópodos de los machos brillan nítidamente.
     Parece lógico concluir que unas de las funciones primordiales de la biofluorescencia tiene que ver con la reproducción: identificación de un congénere y reconocimiento sexual.

a-h: Imágenes de una hembra de pintarroja reticulada bajo una luz blanca y una luz azul en comparación con las de un macho (e-h). Fuente: Gruber et al. 2016, Scientific Reports.

⏩ ACTUALIZACIÓN a 13 de octubre de 2019: Una molécula única con propiedades antibacterianas. Un nuevo trabajo⁴ publicado el pasado agosto ha identificado la molécula responsable de la bioluminiscencia en estas dos especies de tiburones. Se trata de una molécula desconocida hasta ahora para la ciencia: un pequeño metabolito que no solo sirve para generar ese brillo verdoso, sino que actúa también como agente antibacteriano, lo cual resulta fundamental para dos especies que viven ligadas al fondo dado que en el sedimento marino las concentraciones de bacterias son mucho más elevadas que en la columna de agua.

Corte transversal de la piel de una pintarroja reticulada (izq) y de un colayo inflado (dcha) mostrando sus respectivas capas fluorescentes. Fuente: Park, Lam, et al. (2019). iCience.

     El trabajo describe, además, como determinado tipo de dentículos dérmicos de la piel de la pintarroja reticulada están especialmente diseñados para convertirse en guías ópticas que distribuyen la luz a lo largo de la piel potenciando así su efecto.

Detalle de la piel de la pintarroja reticulada donde se aprecia el contraste entre la función de los grandes dentículos dérmicos oscuros, con poca capacidad de distribución de la luz fluorescente, y los pequeños dentículos de gran capacidad óptica. Fuente: Park, Lam, et al. (2019). iCience.

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¹John S. Sparks, Robert C. Schelly, W. Leo Smith, Matthew P. Davis, Dan Tchernov, Vincent A. Pieribone, David F. Gruber (2014). "The Covert World of Fish Biofluorescence: A Phylogenetically Widespread and Phenotypically Variable Phenomenon". PLoS ONE, 9(1): e83259. doi: 10.1371/journal.pone.0083259.
²Valga esta imagen como ejemplo: A: Colayo inflado (Cephaloscyllium ventrosium); B: raya amarilla (Urobatis jamaicensis); C: especie de platija (Soleichthys heterorhinos); D: pez de la familia Platycephalidae (Cociella hutchinsi); E; aulopiforme de la familia Synodontidae (Synodus dermatogenis); F: pez sapo de la familia Antenariidae (Antennarius maculatus); G: especie de pez escorpión (Scorpaenopsis diabolus); H: falsa morena de aleta corta (Kaupichthys brachychirus); I: falsa morena de collar (Kaupichthys nuchalis); J: pez aguja de la familia Syngnathidae (Corythoichthys haematopterus); K: miraestrellas de la familia Dactyloscopidae (Gillellus uranidea); L: góbido (Eviota sp.); M: gobio de vientre negro (Eviota atriventris); N: pez cirujano (Acanthurus coeruleus); O: besugato rayado (Scolopsis bilineata).

Fuente: Sparks et al., PLoS ONE, 2014.

³David F. Gruber, Ellis R. Loew, Dimitri D. Dehein, Derya Akkaynak, Jean P. Gaffney, W. Leo Smith, Matthew P. Davis, Jennifer H. Stern, Vincent A. Pieribone & John S. Sparks (2016). "Biofluorescence in Catsharks (Scyliorhinidae): Fundamental Description and Relevance or Elasmobranch Visual Ecology". Scientific Reports, 6:24715, doi: 10.1038/srep24715.
⁴Hyun Bong Park, Yick Chong Lam, Jean P. Gaffney, James C. Weaver, Sara Rose Krivoshik, Randy Hamchand, Vincent Pieribone, David F. Gruber & Jason M. Crawford. Bright (2019). Green Biofluorescence in Sharks Derives from Bromo-Kynurenine Metabolism. iScience, 2019. DOI: 10.1016/j.sci.2019.07.019