Las Noctilucas que no brillan

Imagen de portada: Noctiluca scintillans. Autor: Wim Van Egmond. Fuente: SCIENCE PHOTO LIBRARY

A las Noctilucas se las conoce en inglés como sea sparkle (chispa marina) y como su nombre indica producen luz en los mares nocturnos de todo el mundo…¿seguro? ¿de todo el mundo?

Pues no: existe una región donde las Noctilucas no brillan.

Para situarnos, os recuerdo que existen 2 variedades de Noctiluca: roja y verde. La primera tiene distribución global y es heterótrofa (se alimenta solo de plancton). Aquí la tenéis, en una muestra de este verano en la Ría de Vigo.

La variedad verde es asiática (habita en el océano Indico, mar Arábigo…) y posee una microalga verde endosimbionte (Protoeuglena notilucae) que sustenta el 70% de su energía. Ambas clases de Noctilucas son bioluminiscentes y se consideran una misma especie. Sin embargo, un estudio genético reciente las divide en 5 grupos geográficos: 1 para las verdes y 4 para las rojas (uno de estos formado por las Noctilucas de EEUU).

Variedades roja y verde de Noctiluca. Autor: K. Furuya y J. Li. Fuentes: Harrison y col. (2011) y GEOHAB (2010).

Por tanto, en la costa oeste de EEUU prolifera la variedad roja, la misma que en el Atlántico. Hasta ahí todo normal, pero sus trofontes (las células más grandes de su ciclo de vida, responsables de las mareas rojas) son más pequeños -la mitad de lo habitual- Y NO BRILLAN.

Forman blooms a lo largo de toda la costa del Pacifico Noreste y se cree que la región de las Noctilucas «sin luz» se delimita por la corriente costera de California. El extremo sur de la población sería Baja California y hacia el norte sabemos que llegan hasta Washington (las de Alaska son bioluminiscentes).

La corriente de California. Las localidades SPMC (Shannon Point Marine Center) y LJ (La Jolla) tienen Noctilucas que no brillan. En el Golfo de México (GM), como en todas partes, iluminan el mar nocturno. Fuente: Valiadi y col. (2019).

La bioluminiscencia en dinoflagelados surge de una reacción de oxidación en pH ácido que incluye un sustrato (luciferina, similar a la clorofila) y la enzima luciferasa. Esa reacción sucede en orgánulos celulares (escintilones) de los que cada Noctiluca contiene aprox. 10.000 unidades. Todo lo anterior es necesario para que brillen.

El origen de la luciferina no está muy claro: podría ser un producto de degradación de la clorofila pero también fabricada internamente por el propio dinoflagelado. En cuanto a la luciferasa (y una proteína LBP que en algunas especies se une a la luciferina «en reposo»), está codificada en Noctiluca por un gen (lcf/lbp) que en otros dinoflagelados bioluminiscentes se divide en dos tipos (lcf y lbp).

Reacción de bioluminiscencia en dinoflagelados. Fuente: Fajardo y col. (2020).

Las Noctilucas que no brillan no tienen luciferina. Además, apenas producen luciferasa. Su gen lcf/lbp está «estropeado» por mutaciones que han silenciado su expresión. En cambio, conservan sus escintilones que alguna función deben tener, aunque no ligada a la bioluminiscencia.

Estas «Noctilucas oscuras» crecen igual de bien que las que brillan en otras partes del mundo. Todo apunta a que las mutaciones se han establecido a nivel local porque producir luz ya no es una ventaja. Como un coche sin faros, funcionan igual de bien salvo por un pequeño detalle…

Y os preguntaréis ¿por qué solo en la costa oeste de EEUU? No hay una respuesta clara, pero podemos especular.

Para empezar, no se conocen muy bien qué organismos se alimentan de Noctiluca. Esto sería fundamental para determinar si en una región predominan predadores no visuales (p.ej. medusas) a los que la bioluminiscencia no les afecta para capturar sus presas. Ser más pequeñas les debe conferir algún beneficio, pero esto no tiene relación con brillar (p.ej. el resto de dinoflagelados bioluminiscentes no alcanzan la talla de Noctiluca).

Existen muchos dinoflagelados que brillan, cerca de 80 especies. En el laboratorio, las cepas de una misma especie bioluminiscente no siempre brillan (igual que no todas las tóxicas son igual de tóxicas, etc). La razón es simple: las poblaciones del medio natural son diversas genéticamente y sus células varían en cuanto a su comportamiento y propiedades. Esa variedad en la producción de luz, toxinas, tamaño, tolerancia a variables físico-químicas, etc., facilitan la adaptación y supervivencia de la población.

Pyrocystis lunula, un dinoflagelado bioluminiscente. Autor: F. Fox. Fuente: nikonsmallworld

Cuando brillar deja de ser una ventaja, el azar permite que los genes responsables acumulen mutaciones, estas se extiendan en la población y con el tiempo alteren o eliminen su expresión. Sin embargo, en la costa de EEUU existen otras especies de dinoflagelados bioluminiscentes, como Lingulaulax polyedra, que proliferan y ocasionan mareas rojas.

Así pues, los factores que condicionan su brillo deben ser diferentes según las especies. Esto tiene mucho que ver con el comentario de Eddith Widder en la entrada anterior sobre las dos funciones de la bioluminiscencia: «aviso tóxico» y «alarma contra ladrones«.

Noctiluca es un dinoflagelado con brillo intenso lo cual corresponde a la segunda estrategia (un grito de AYUDA para ahuyentar predadores). En cambio, L. polyedra, con brillo tenue, estaría jugando al «aviso tóxico» y al parecer dicha función sigue siendo útil en un entorno donde las Noctilucas (que tiempo atrás debieron ser bioluminiscentes), ya no lo son.

Las observaciones de Noctilucas brillantes en California, transportadas de zonas vecinas o presentes en la población local, son escasas. La «alarma contra ladrones» dejó de cumplir su función y el gasto metabólico asociado era un peaje costoso (e inútil). Las Noctilucas que brillaban eran menos competitivas y retrocedieron en la población hasta su práctica desaparición.

Referencias:

• Fajardo C. Determinación del proteoma del proteoma del dinoflagelado Pyrocystis lunula y estudio de sus aplicaciones biotecnológicas. Tesis doctoral, Univ. de Cádiz. pp. 104 (2019).
• Fajardo C. y col. New Perspectives Related to the Bioluminescent System in Dinoflagellates: Pyrocystis lunula, a Case Study. Int. J. Mol. Sci. 21(5):1784 (2020).
• Harrison P.J. y col. Geographical distribution of red and green Noctiluca scintillans. Chin. J. Oceanol. Limnol. 2011, 29, 807–831.
• Letendre F. y col. A review of mechanically stimulated bioluminescence of marine plankton and its applications. Front. Mar. Sci. 10:1299602 (2024).
• Nugraha M.I. y col. Genetic Differentiation in Red and Green Noctiluca scintillans in Jakarta Bay, Indonesia. J. Mar. Sci. Eng. 13(5):866 (2025).
• Valiadi M. & Iglesias-Rodríguez D. Understanding bioluminescence in dinoflagellates—how far have we come? Microorganisms 1:3–25 (2013).
• Valiadi M. y col. Molecular and biochemical basis for the loss of bioluminescence in the dinoflagellate Noctiluca scintillans along the west coast of the U.S.A. Limnol. Oceanogr. 64: 2709-2724 (2019).