Edith Widder y la bioluminiscencia del mar
Imagen de portada: Edith Widder. Fuente: roychapmansandrewsociety.org
La bioluminiscencia es un tema que hace volar la imaginación a público general y científicos.
El hecho de que muchos seres marinos brillen, desde el plancton hasta cefalópodos y peces, indica su importancia. Producir luz es muy costoso así que no se trata de fuegos fatuos sino de una estrategia evolutiva. Brillan para sobrevivir en un medio sin escondites para escapar de predadores, capturar alimentos, etc.
Sin embargo, todavía no conocemos su significado en muchos casos. ¿Por qué? Por la diversidad de seres que la producen y la dificultad de estudiarlos sin alterar su entorno y comportamiento. Salvo que seas Edith Widder.
Descubrí a esta investigadora gracias a su libro Below the edge of darkness (2022). Widder (nacida en 1951) fue casi 20 años directora del departamento de bioluminiscencia del HBOI (Harbor Branch Oceanographic Institute) en Florida (EEUU). Ese cargo debe ser lo más «molón» a lo que puede aspirar nadie en ciencia!
Fuente: awesomebooks
De su larga y exitosa carrera solo diré que su principal interés ha sido la bioluminiscencia en aguas profundas. Para ello no ha dudado en sumergirse en vehículos submarinos e inquietantes trajes reforzados (WASP) diseñados por la industria petrolífera. Con estos llegó hasta 600 metros de profundidad (…no era su intención y cuando la felicitaron en directo por batir un récord que no deseaba entró en pánico gritando GET ME OUT OF HERE!).
Edith también ha liderado el diseño de instrumentos para el estudio de la bioluminiscencia de manera no invasiva, empleando luz roja (invisible para los organismos del océano profundo) y señuelos bioluminiscentes imitando patrones naturales. ¿Os acordáis del primer vídeo de un calamar gigante? pues suyo es el módulo «Medusa» y su señuelo «e-jelly» que permitieron tal éxito en 2012.
El señuelo «e-jelly» imita la bioluminiscencia de la medusa Atolla. Autora: E. Widder. Fuente: NOAA
Aquí os dejo su luminosa charla TED sobre este asunto porque además da gusto escucharla.
Pero a mí me interesan más el mar de ardora y los dinoflagelados, que por suerte también trata en su libro. Widder empezó a trabajar en bioluminiscencia a mediados de los 70 en el laboratorio de Beatrice Sweeney y Jim Case de la Universidad de California (Sweeney describió la existencia de Noctilucas verdes en el sudeste asiático en 1976).
Por aquel entonces se desconocía la reacción luciferina-luciferasa responsable de la bioluminiscencia. Cuando contrataron a Widder, le encargaron estudiar la luz de unos dinoflagelados tropicales: Pyrocystis fusiformis. Para sus mediciones necesitaba oscuridad y se ganó a sus jefes desde el inicio. Tras la puerta de la sala de cultivos instaló un cubículo con otra puerta más pequeña, recortada a su altura y con un aviso: «todos los que pretendéis entrar aquí sois demasiado altos.» JAJAJAJAJA.
Poco después su laboratorio consiguió financiación militar (de la marina de los EEUU) para desarrollar sensores de bioluminiscencia en el océano.
Pyrocystis fusiformis al microscopio óptico y su bioluminiscencia. Autora: E. Widder. Fuente: Widder (2002).
Cada verano en Galicia surgen noticias sobre el mar de ardora en diversas playas, sobre todo en la Costa da Morte y las Rías Baixas. Es la ocasión perfecta para recordar qué organismos la producen, su significado y de paso contrarrestar bulos y desinformación.
En el blog ya he escrito varias veces «Sobre el mar de ardora en Galicia» así que no tiene sentido repetirme otra vez. Lo que deseo hoy es transmitiros qué piensa una experta como Edith Widder sobre este asunto.
Dra. Widder ¿para qué sirve la bioluminiscencia en dinoflagelados?
Muchas discusiones asumen que los destellos de luz cumplen la misma función en todas las especies; pero yo no lo creo. La mayoría de dinoflagelados emiten 1 ó 2 destellos tenues y cortos. Muchos de ellos son tóxicos lo cual sugiere que la luz es un aviso para sus predadores directos (copépodos). Se trata de una conversación privada «predador-presa«: los destellos tenues benefician a ambos (la presa ahorra energía y el predador puede descartar presas que brillen sin tener que huir de sus predadores visuales, de mayor tamaño).
¿Entonces los destellos no son iguales en todas las especies?
En absoluto, en P. fusiformis su primer destello es 100 veces más brillante que los demás. Aquí no hay una conversación privada sino un grito de ayuda que atrae a predadores que se alimentan de los copépodos. Y los sigue atrayendo con destellos prolongados y repetidos obligándoles a huir a estos.
La naturaleza es a menudo más compleja de lo que percibimos. Muchos estudios han intentado comprobar ambas hipótesis (el «aviso tóxico» y la «alarma contra ladrones») pero los resultados son contradictorios. Creo que se debe a que trabajan con especies distintas y concentraciones no comparables.
¿Podría explicarlo con algún ejemplo?
Una de las especies más estudiadas es Lingulaulax polyedra, que emite destellos tenues. Pues verás, los copépodos evitan alimentarse de ella durante la noche (cuando brilla) pero se la zampan como golosinas durante el día. Este dinoflagelado no es tóxico y se diría que los resultados rechazan la hipótesis del «aviso tóxico». Pero en la naturaleza abundan ejemplos de especies que imitan a otras que sí son tóxicas ahorrándose el gasto de producir toxinas (señales engañosas: aposematismo).
Widder cita este ejemplo de aposematismo en su libro donde las serpientes de coral (venenosas) son imitadas por otras no tóxicas (p.ej. la culebra real de California, «King snake»). Fuente: wikihow
En otros estudios, aunque los dinoflagelados emitan destellos tenues, los copépodos se comportan como si la luz fuese una «alarma contra ladrones»: ¡dejan de alimentarse y escapan!. Pero esos experimentos emplean concentraciones muy elevadas que multiplican los destellos de luz forzando esa respuesta.
En mi laboratorio hemos trabajado con L. polyedra y al mezclar especies que brillan y otras que no los copépodos capturan presas que no brillen. Sin embargo, si la abundancia de dinoflagelados bioluminiscentes supera cierto umbral ¡los copépodos dejan de alimentarse de todas por igual!. Esto no ocurre con la «alarma contra ladrones»: P. fusiformis siempre induce la misma respuesta independientemente de su concentración.*
Fascinante…¿qué mensaje nos dejaría para terminar?
Recientemente se ha demostrado que los copépodos liberan señales químicas** a las que los dinoflagelados responden con un aumento de luminosidad (y también, en su caso, de toxicidad). En otras palabras, ajustan sus defensas cuando perciben la presencia de predadores. ¡El mar de ardora es curioso curiosísimo!***
*Noctiluca scintillans es otro ejemplo de dinoflagelado que brilla mucho.
**Las señales químicas a las que se refiere son las copepodamidas.
***Widder cita aquí a «Alicia en el país de las maravillas», cuando la protagonista alucina al comerse un pastel.
Referencias:
- Widder E. Bioluminescence and the Pelagic Visual Environment. Marine and Freshwater Behaviour and Physiology, 35(1–2), 1–26 (2002).
- Widder E. Below the Edge of Darkness :Exploring Light and Life in the Deep Sea. Ed. Little Brown Book Group, 352 pp. (2022).