Resumen

Los dinoflagelados son parte del plancton marino y de aguas dulces .Son unicelulares y provienen del reino  Protista, son productores primarios de energía en sus cadenas tróficas, son un tipo de plancton que tiene la capacidad de producir  y emitir luz propia, esta característica la poseen muchos microorganismos marinos y también algunos fungí. Para que esta reacción química ocurra es necesaria la presencia de una proteína denominada luciferina, oxigeno molecular y trifosfato de adenosina. La reacción completa se produce en menos de un mili-segundo y se mantiene mientras el organismo se mantenga excitado. El desperdicio de energía en la actualización de la tecnología especialmente la iluminación, amenaza la sustentabilidad de  nuestro planeta y el equilibrio de la naturaleza. El principal atractivo de este fenómeno es la capacidad de reproducir luz sin gato innecesario de energía La iluminación entre los organismos vivos interesa especialmente por su eficiencia y escaso impacto, ya que no hay energía que se disipe en forma de calor residual, al tratarse de una luz “fría”, obtenida a través de mecanismos que han evolucionado durante millones de años. Los organismos bioluminiscentes usan la luz con fines como para orientarse en zonas abisales o ausentes de luz, emparejarse, atraer predadores, repeler enemigos, comunicarse , o incluso para camuflarse. Hay aplicaciones biomiméticas relacionadas con los tejidos, la construcción, la movilidad o el consumo más eficiente de los recursos. Las técnicas de biomimesis darán con productos que usaremos a diario en los próximos años, cuando intentaremos mantener nuestro nivel de vida a flote.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

La bioluminiscencia es un fenómeno que ha sido explorado por una variedad de organismos, para que esta reacción química ocurra es necesaria la presencia de una proteína denominada luciferina, oxigeno molecular y trifosfato de adenosia, sustancia capaz de generar energía para que se de la reacción. La reacción completa se produce en menos de un mili segundo y se mantiene mientras el organismo permanezca excitado.

Uno de los principales problemas a nivel global que amenaza la sustentabilidad de nuestro planeta, es el desperdicio de energía en la utilización de la tecnología.

Antecedentes

ANTECEDENTES.

Los dinoflagelados son parte del plancton marino y de aguas dulces. Son unicelulares y provienen del reino Protista, por lo que poseen células eucariontes. Cuentan con dos flagelos (cola) en su morfología. La mayoría son fotosintéticos y son productores primarios de energía en sus cadenas tróficas. Hay distintos tipos de dinoflagelados, pero nuevamente vamos a acotar nuestra investigación a los dinoflagelados bioluminiscentes.

Se le puede llamar plancton bioluminiscente a modo de un nombre más general. Los dinoflagelados bioluminiscentes son un tipo de plancton que tiene la capacidad de producir y emitir luz propia. Esta característica la poseen muchos organismos marinos, como también algunos fungi y microorganismos. El concepto viene del griego bios «vida» y el latín lumen «luz». Los ejemplos más conocidos de bioluminiscencia son la luciérnaga y algunas medusas. La emisión de luz se debe a un mecanismo de defensa del plancton que activa a través de una reacción química en el interior de su célula. Dejaremos la explicación detallada de dicha reacción para la siguiente entrega.   La bioluminiscencia es una forma de quimioluminiscencia, es decir, luz como resultado de una reacción química. La bioluminiscencia produce el pigmento LUCIFERINA (un derivado de la clorofila de las plantas) y la enzima LUCIFERASA  (clase de enzimas oxidativas) La luciferina se oxida, generando una nueva molécula llamada oxiluciferina. La oxiluciferina necesita ATP   (que en la célula suele proceder de la transformación del pirofosfato por el enzima sulfurilasa) para excitar sus moléculas. Al ser excitados los átomos de las moléculas de la oxiluciferina gracias al ATP, viene un paso determinante, que consiste en hacer que estos átomos vuelvan a su estado fundamental, eliminando energía en forma de fotones, es decir, luz. Esta dinámica produce la luz visible azul que se observa en los mares.

Los dinoflagelados luminiscentes cuentan con dos flagelos en su célula. Éstos son un determinante indicador de que nos encontramos frente a un dinoflagelado (de ahí su nombre) y tienen una función exclusivamente funcional, llenar de dinoflagelados luminiscentes una playa puede resultar dañino para la salud, siendo que emiten una sustancia que se une a las cadenas alimenticias y llega en altas concentraciones a los peces. Los cuales resultan tóxicos para los humanos y pueden llevar a la muerte. Bioluminiscencia radica en ciertas membranas cuyos canales están cargados y pueden abrirse o cerrarse bajo influencias químicas o eléctricas. Cuando los dinoflagelados flotan, el movimiento del agua que los rodea genera en ellos una simulación mecánica, la que a su vez envía impulsos eléctricos al interior del organismo: hacia una vacuola que contiene abundantes protones. Dichos impulsos son los encargados de abrir los canales cargados de voltaje que conectan la vacuola a cavidades localizadas en la membrana, las que se conocen como scintillons. Los canales llevan los protones desde la vacuola hasta las scintillons. Algunos organismos, como los insectos, utilizan la bioluminiscencia como un medio eficaz para asegurar el apareamiento. Se especula que otros lo utilizan como mecanismo de protección contra depredadores.

La biomimética, ciencia que toma la naturaleza como inspiración para crear tecnologías que resuelvan problemas humanos, es ahora tenida en cuenta para desarrollar productos que imiten los mejores atributos de la naturaleza y obtener, así, el máximo rendimiento con el mínimo impacto.

La próxima frontera es adaptar los mecanismos de iluminación usados por varios seres vivos (bioluminiscencia) a la biotecnología. Varias industrias, desde la iluminación a la medicina, pasando por la electrónica y la informática, aguardan ya a los prometedores resultados.

Las tecnologías más avanzadas y eficientes están en los organismos

Hay aplicaciones biomiméticas relacionadas con los tejidos, la construcción, la movilidad o el consumo más eficiente de los recursos.

Las técnicas de biomimesis darán con productos que usaremos a diario en los próximos años, cuando intentaremos mantener nuestro nivel de vida y, a la vez, reducir nuestro impacto ecológico. Desde edificios que se termo regulan como un termitero africano, a sistemas de refrigeración que no requieren fricción, pasando por diseños de alfombras que imitan los colores del sotobosque o tejidos hidrofóbicos como la piel de tiburón.

También se ha logrado una cinta adhesiva reusable estudiando la adherencia de los camaleones, turbinas más eficientes al imitar la aleta de una ballena, pinturas que repelen el agua y la suciedad como la flor de loto, tejidos para recolectar el agua de niebla y de la humedad ambiental, trenes más aerodinámicos y silenciosos al imitar la zambullida del Martín pescador, o incluso vehículos que serían capaces de hacer su propia fotosíntesis (absorbiendo CO2 para propulsar sus pilas y emitiendo oxígeno como efluente).

Entender y reproducir la iluminación de los animales

La bioluminiscencia no debe confundirse con la fluorescencia, la fosforescencia o la refracción de la luz, técnicas empleadas también por numerosos organismos. Es un recurso evolutivo presente en bacterias, hongos, protistas unicelulares, celentéreos, gusanos, moluscos, cefalópodos, crustáceos, insectos, equinodermos y peces.

El principal atractivo de la bioluminiscencia es su propia naturaleza, al tratarse de la producción de luz en distintos organismos sin producir calor, que en las aplicaciones humanas debe entenderse a menudo como pérdida innecesaria -malgasto- de energía.

Por ejemplo, la bombilla incandescente de Thomas Edison, o la corriente usada electrodomésticos, aparatos informáticos y electrónicos, produce calor (energía disipada al fin y al cabo) que no es aprovechado y, a menudo, debe ser combatido con un coste adicional. Los ordenadores se recalientan, de modo que incluyen ventiladores internos que, a su vez consumen energía.

Una luz que no contamina, ni calienta, ni se agota

La iluminación entre los organismos vivos interesa especialmente por su eficiencia y escaso impacto, ya que no hay energía que se disipe en forma de calor residual, al tratarse de una luz «fría», obtenida a través de mecanismos que han evolucionado durante millones de años.

Los organismos bioluminiscentes usan la luz con fines como para orientarse en zonas abisales o ausentes de luz, emparejarse (luciérnagas), atraer predadores (pejesapos), repeler enemigos (cefalópodos y gusanos), comunicarse (bacterias), o incluso para camuflarse (como los cefalópodos que modulan su iluminación para que se confunda con la ambiental).

El mecanismo de la iluminación animal

Los animales se iluminan usando tres técnicas, intracelular, extracelular y mediante la ayuda de bacterias simbióticas, especializadas en bioluminiscencia.

La técnica intracelular es generada por células especializadas del propio organismo, y su luz se emite al exterior a través de la piel traslúcida, o tras filtrarse a través de tejidos reflectantes (en luciérnagas, por ejemplo).

Por el contrario, los organismos que generan la luz fuera de sus células (mecanismo extracelular), se sirven de la reacción entre dos tipos de pigmento que, al entrar en contacto entre sí, iluminan. Se trata de la luciferina y la luciferasa, sintetizadas en animales como crustáceos y algunos cefalópodos.

Finalmente, en la técnica de iluminación con bacterias luminiscentes, los animales marinos que se sirven de ella como celentéreos, gusanos, moluscos, equinodermos y peces, guardan bacterias luminiscentes en numerosas pequeñas vejigas distribuidas en diversos lugares del cuerpo.

Molécula + enzima + un poco de oxígeno = luz

En un reportaje sobre el potencial biotecnológico de las técnicas bioquímicas usadas por los seres vivos para producir luz que no calienta y se regenera fácilmente, The Economist explica que la comunidad científica se ha interesado hasta ahora por el mecanismo extracelular de producción lumínica, en el que se emplean las sustancias luciferina y luciferasa, al ser el más sencillo de reproducir en el laboratorio.

Este mecanismo, ajeno a la célula y que no requiere almacenar bacterias bioluminiscentes, requiere únicamente oxidar con oxígeno la molécula orgánica luciferina, un proceso en el que el organismo se ayuda de la encima luciferasa. La reacción genera luz, dióxido de carbono y un componente llamado oxiluciferina. Si bien algunos animales ser sirven sólo de esta reacción para producir luz, otros necesitan moléculas adicionales para activar el proceso. Es el caso de las luciérnagas.

Según The Economist, este proceso reactivo que se sirve de una molécula y una enzima, podría reproducirse y aplicarse en diversos campos biotecnológicos, desde la medicina a las tecnologías verdes.

La fascinación humana por la bioluminiscencia

La fascinación humana documentada por los animales capaces de producir luz se remonta a la Época Clásica, cuando ya se describen hongos, luciérnagas y cefalópodos luminiscentes. The Economist recuerda que Aristóteles ya hablaba de la bioluminiscencia en siglo IV aC. A diferencia de la luz de una vela, observó, la luz de las luciérnagas y gusanos no desprendía calor.

En el siglo I de nuestra era, el escritor, naturalista y militar Plinio el Viejo documentó las criaturas luminosas que había localizado junto a su casa en la bahía de Nápoles, incluyendo medusas y una especie de crustáceo bioluminiscente considerada una delicia en su tiempo.

En su Historia natural, escribió: «está en la naturaleza de estos peces iluminarse en la oscuridad con una luz brillante cuando la otra luz es ausente… y destellear tanto en la boca de quienes los degustan como en sus manos».

El naturalista no se conformó con describir las especies bioluminiscentes observadas, sino que pensó en su aplicación práctica: un bastón sumergido en la brillante viscosidad de una medusa, observó, «iluminará el camino como una antorcha».

Si los avances biotecnológicos progresan como se espera, pronto propuestas como la antorcha de Plinio el Viejo serán posibles.

Aplicaciones

El químico pionero del siglo XV Robert Boyle emprendió los primeros intentos documentados de descifrar la «luz viviente». Descubrió que los hongos bioluminiscentes dejaban de producir luz cuando eran introducidos en un recipiente sin oxígeno, aunque el motivo de este fenómeno no se conoció con detalle hasta las últimas décadas.

Los hongos observados por Boyle empleaban el mecanismo de iluminación extracelular a través de la molécula luciferina, activada con la enzima luciferasa. Para que tenga lugar la reacción, la luciferina necesita oxígeno, lo que explica el fenómeno observado por el químico medieval.

Árboles luminosos

Al conocer los mecanismos precisos con que los animales producen luz biológica, investigadores y empresas experimentan con sus usos potenciales, explica The Economist. Desde iluminar otros procesos biológicos a monitorizar la expansión de una enfermedad (literalmente, iluminándola), o detectar la contaminación, etcétera.

Ya se han logrado crías de mamífero con tejidos bioluminiscentes, y se habla de experimentar con plantas. Entre las posibles aplicaciones biotecnológicas para la luz biológica, se cuentan:

• Árboles luminosos, que podrían disponerse en espacios públicos, o alinearse en autopistas, para aumentar la seguridad y reducir la factura eléctrica pública.
• Árboles de navidad que no requerirían iluminación artificial.
• Plantas con luz biológica que se iluminarían cuando necesitaran agua.
• Métodos para detectar la contaminación bacteriana de alimentos. Por ejemplo, productos contaminados con E. coli serían detectados al instante, debido a su luz biológica, activada en presencia de la bacteria.
• Identificadores biológicos que podrían ser aplicados en todo tipo de organismos para su control y trazabilidad (incluidos los humanos).
• Detectores luminosos de determinadas especies bacterianas en entornos concretos.

Dinoflagelados bioluminiscentes, este plancton microscópico viven y se reproducen. Por la noche, si son agitados suavemente, sus células bioluminiscentes estallan.

También conocidos como destellos de mar, estos dinoflagelados (Pyrocystis fusiformis) se encuentran en las aguas cálidas del océano en profundidades de hasta 100 metros en Taiwán, el Mar Adriático, Mar Negro, las Islas Canarias, Brasil, India, China y Australia.

Aproximadamente con 1 mm de largo, son difíciles de ver a simple vista, pero si tomas un microscopio y te darás que estos organismos unicelulares tienen la forma de pequeños encantadoras kayaks. La bioluminiscencia que emiten cuando se les molesta (un fenómeno conocido como mareel) se produce en el citoplasma, que es un fluido celular grueso que está contenido por la membrana celular de las  criaturas. Para que la luz pueda ser producida y emitida desde el citoplasma, dos productos químicos especiales deben estar presentes: luciferina y luciferasa. La luciferina es la responsable de producir la luz, la cual puede aparecer en una gama de colores (amarillo en luciérnagas, verde en el pez linterna, y azul en los dinoflagelados).

Mientras que algunas especies obtienen la luciferina de los alimentos que consumen, así como los flamencos obtienen su particular color rosa a través de su dieta especial de mariscos, los dinoflagelados son capaces de producir su propio suministro de luciferina. Cuando se agita el agua alrededor de los dinoflagelados, esto hace que la luciferina se oxide, y reaccionan con una enzima llamada luciferasa.

Pyrocystis noctiluca es una gran alga bioluminiscente con morfología celular globosa. Las células esféricas de P. noctiluca tener un diámetro de más de 0,2 mm. Durante la noche, las células producen una potente luz azul cuando se agitan o perturbada.

Las algas son empaquetados de forma predeterminada en una botella cuadrada estéril Nalgene ™ PETG, pero puede optar por tener su cultura enviado en un matraz Erlenmeyer, que está diseñado para optimizar las condiciones de crecimiento. Mantener a temperatura ambiente bajo una luz fluorescente o con luz natural indirecta. Evitar la exposición directa al calor, la luz solar directa, y la fluctuación de la temperatura excesiva. Las algas de cada matraz vivirá durante aproximadamente 1 a 2 meses a partir de la compra. Para prolongar la vida útil de las algas bioluminiscente, la compra de medio de crecimiento adicional. . Cultues de algas bioluminiscente pueden persistir indefinidamente si se diluye periódicamente con el nuevo medio de crecimiento.

Objetivo

Elaborar una lámpara a base de plantas bioluminiscentes, utilizándolas como fuente alterna de energía.

Justificación

El desperdicio de energía en la utilización de la tecnología, especialmente en la iluminación, amenaza la sustentabilidad de nuestro planeta y el equilibrio de la naturaleza.

La comunidad científica se acerca cada vez más hacia la bioluminiscencia, recurso evolutivo presente en plantas, bacterias, hongos, insectos, etc.

El principal atractivo de ese fenómeno es la  capacidad de producir luz sin gasto de calor o una perdida innecesaria de energía, dicha cualidad queremos aprovecharla para utilizarla como una fuente alterna de energía en la elaboración de una lámpara de luz natural.

Hipótesis

Si logramos estimular la planta de manera adecuada, entonces obtendremos luz, emitida por una reacción química, la cual podriamos utilizar para la elaboración de nuestra lampara.

Método (materiales y procedimiento)

Lista de materiales:

• 45 gr de dinoflagelado
•  1 recipiente de vidrio mediano con tapa.
• 1 1/2 L de agua marina.
• 50 gr de solución nutriente para el crecimiento de algas.
• Lámpara de escritorio.

Procedimiento:

1. Vertir 1 1/2 de agua marina en el recipiente mediano.
2. Vertir una pulgada de solución de algas en el recipiente.
3. Vertir los 45 gr de dinoflagtelado.
4. Cubrir con la tapa el recipiente de vidrio, para evitar que la solución se evapore.
5. Colocar la lampara en la caja negra y mantenerla en alumbrado constante para su mantenimiento.

Galería Método

Resultados

Obtuvimos una lámpara de 15 x 15 cm con un litro y medio de agua y 45gr de dinoflagelado marino Pyrocistis incapaz degenerar luz.

Galería Resultados

Discusión

El cultivo del dinoflagelado para la elaboración de la planta no fue efectivo debido a la falta de cuidado diario y adecuado para mantenerlo con vida en un ecosistema a su habitad natural es de alta dificultad.

Conclusiones

La elaboración de la lámpara a base de plantas bioluminiscentes tubo resultados negativos debido a que no proporcionamos los cuidados básicos de la planta como la temperatura correcta y el alimento.

Bibliografía

• http://web.ing.puc.cl/~ing1004/Homeworks/SeresVivos_E3/g24_diegopulido_PyrodiniumBahamense.pdf
• http://www.batanga.com/curiosidades/2011/11/11/como-funciona-la-bioluminiscencia-marina
• http://ecoexploratorio.org/vida-en-el-mar/especies-marinas/plancton-y-la-bioluminiscencia/
• http://faircompanies.com/news/view/bioluminiscencia-aplicar-luz-biologica-en-disenos-humanos
• http//empco.org/bioluminescent-algae/pyrocystis-noctiluca.htm

Summary

They are unicell creatures and come from the kingdom Protista, they are primary producers of energy in their food chains, they are a type of plankton that has the ability to produce and broadcast their own light. In order to this chemical reaction occurs, it is necessary the presence of molecular oxygen, adenosine and a protein called luciferin.

The complete reaction occurs in less than one millisecond and is maintained while the body remains excited.

The energy wasting in the use of technology especially lighting, threatens the sustainability of our planet and the balance of nature. The main attraction of this phenomenon is the ability to reproduce light without unnecessary energy

Lighting among living organisms attracts the attention because their efficiency and low impact, since no energy is dissipated in the form of waste heat, being a «cold» light, obtained through mechanisms that have evolved over millions of years .

Bioluminescent organisms use light to orient purposes or absent in abyssal areas of light paired, attract predators, repel enemies, communicate, or even camouflage.

There biomimetic tissues related applications, construction, mobility or the most efficient use of resources. Will biomimicry techniques e coming years, when we will try to maintain our standard of living afloat.

Research Question

Problem approach

Bioluminescence is a phenomenon that has been explored by a variety of organisms, so that this chemical reaction occurs it is necessary the presence of a protein called luciferin, molecular oxygen and adenosine triphosphate. This substance is capable of generating energy, which is necessary for the reaction.

The complete reaction occurs in less than one millisecond and is maintained while the body remains excited.

One of the major global problems threatening the sustainability of our planet is the waste of energy in the use of technology.

Background

Objective

To elaborate a lamp made of bioluminescent plants as a source of energy.

Justification

The waste of energy in the use of technology, especially in the illumination,  threatens the sustainability of our planet and the balance of the nature.

The scientific community is moving closer towards bioluminescence, an evolving resource, present in plants, bacteria, fungi, insects, etc.

The main feature on this phenomenon is the ability to produce light without any source of heating or a loss of unnecessary energy.

We want to take advantage of these properties to use it as an alternative source of energy in the production of a natural light lamp.

Hypothesis

If we stimulate the plant correctly, then we will obtain light emitted by a chemical reaction, which we will use in order to elaborate our lamp.

Method (materials and procedure)

-45gr of dinoflagellate

-1 Medium glass bowl with lid

1L½ water

-1 Medium black box

-Solution Nutrient for algae growth

-Desk lamp

Process

1-Pour 1L½ of sea water in medium bowl

2-Pour an inch of algae solution in the container

3- Pour 45 gr of dinoflagellate

4-Cover with the cover glass container to prevent the solution from evaporating

5-Place a lamp in the black box and keep it in constant lighting for his development

Method Gallery

Results

We got a container of 15 x 15 cm with a half liter of water and 45 marine dinoflagellate Pyrocystis unable to generate light.

Results Gallery

Discussion

Conclusions

The elaboration of the plant based of bioluminescent plants had negative results because we didn’t take care of the plant as the correct temperature.

Bibliography

http://web.ing.puc.cl/~ing1004/Homeworks/SeresVivos_E3/g24_diegopulido_PyrodiniumBahamense.pdf

http/www.batanga.com/curiosidades/2011/11/11/como-funciona-la-bioluminiscencia-marina

http://ecoexploratorio.org/vida-en-el-mar/especies-marinas/plancton-y-la-bioluminiscencia/

http://faircompanies.com/news/view/bioluminiscencia-aplicar-luz-biologica-en-disenos-humanos

http//empco.org/bioluminescent-algae/pyrocystis-noctiluca.htm