La investigación explica cómo un organismo marino unicelular genera luz como respuesta a la estimulación mecánica, iluminando las olas rompientes por la noche.
Cada pocos años, una floración de organismos microscópicos llamados dinoflagelados transforma las costas de todo el mundo al dotar a las olas con un resplandor azul misterioso. La espectacular floración de este año en el sur de California fue un ejemplo particularmente sorprendente. En un nuevo estudio publicado en la revista Cartas de revisión física , los investigadores han identificado la física subyacente que resulta en la producción de luz en una especie de estos organismos.
El equipo internacional, dirigido por la Universidad de Cambridge, desarrolló herramientas experimentales únicas basadas en micromanipulación e imágenes de alta velocidad para visualizar la producción de luz a nivel de células individuales. Mostraron cómo produce un organismo unicelular de la especie Pyrocystis lunulaun destello de luz cuando su pared celular se deforma por fuerzas mecánicas. A través de la experimentación sistemática, descubrieron que el brillo del destello depende tanto de la profundidad de la deformación como de la velocidad a la que se impone.
Conocido como una respuesta 'viscoelástica', este comportamiento se encuentra en muchos materiales complejos como los fluidos con polímeros suspendidos. En el caso de organismos como Pyrocystis lunula, conocidos como dinoflagelados, este mecanismo probablemente esté relacionado con los canales iónicos, que sonproteínas especializadas distribuidas en la membrana celular. Cuando la membrana está estresada, estos canales se abren, permitiendo que el calcio se mueva entre los compartimentos de la célula, desencadenando una cascada bioquímica que produce luz.
"A pesar de décadas de investigación científica, principalmente en el campo de la bioquímica, el mecanismo físico por el cual el flujo de fluido desencadena la producción de luz no ha quedado claro", dijo el profesor Raymond E. Goldstein, profesor de sistemas físicos complejos de Schlumberger en el Departamento de AplicaciónMatemáticas y Física Teórica, que dirigió la investigación.
"Nuestros hallazgos revelan el mecanismo físico por el cual el flujo de fluido desencadena la producción de luz y muestran cuán elegante puede ser la toma de decisiones a nivel de una sola célula", dijo el Dr. Maziyar Jalaal, primer autor del artículo.
La bioluminiscencia ha sido de interés para la humanidad durante miles de años, ya que es visible como el resplandor de las olas nocturnas en el océano o la chispa de las luciérnagas en el bosque. Muchos autores y filósofos han escrito sobre la bioluminiscencia, desde Aristótelesa Shakespeare, quien en Hamlet escribió sobre el "fuego ineficaz" del gusano radiante; una referencia a la producción de luz sin calor :
. "..
Para pincharla y picarla. Que te vaya bien de inmediato.
La luciérnaga muestra que la matin está cerca
Y 'ginebras para palidecer su fuego ineficaz.
Adiós, adiós, adiós. Acuérdate de mí "
Sin embargo, la bioluminiscencia en el océano no es "ineficaz". Por el contrario, se usa para defensa, ofensa y apareamiento. En el caso de los dinoflagelados, usan la producción de luz para ahuyentar a los depredadores.
Los resultados del estudio actual muestran que cuando la deformación de la pared celular es pequeña, la intensidad de la luz es pequeña, no importa cuán rápido se realice la sangría, y también es pequeña cuando la sangría es grande pero se aplica lentamente.tanto la amplitud como la velocidad son grandes si se maximiza la intensidad de la luz. El grupo desarrolló un modelo matemático que fue capaz de explicar estas observaciones cuantitativamente, y sugieren que este comportamiento puede actuar como un filtro para evitar la activación de destellos de luz espurios.
Mientras tanto, los investigadores planean analizar más cuantitativamente la distribución de fuerzas sobre las células enteras en el flujo de fluido, un paso hacia la comprensión de la predicción de la luz en un contexto marino.
Otros miembros del equipo de investigación fueron la investigadora postdoctoral Hélène de Maleprade, los estudiantes visitantes Nico Schramma del Instituto Max-Planck de Dinámica y Autoorganización en Gotinga, Alemania y Antoine Dode de la Politécnica Ècole en Francia, y el profesor visitante Christophe Raufastedel Institut de Physique de Nice, Francia.
El trabajo fue apoyado por la Iniciativa de Microbiología Marina de la Fundación Gordon y Betty Moore, el Fondo de la Cátedra Schlumberger, la Agencia de Investigación Nacional de Francia y el Wellcome Trust.
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