La investigación explica cómo un organismo marino unicelular genera luz como respuesta a la estimulación mecánica, iluminando 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 rompientes de un inquietante resplandor azul. 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 da como resultado 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 una sola celda. Mostraron cómo un organismo unicelular de la especie Pyrocystis lunula produce un destello de luz cuando su pared celular se deforma por fuerzas mecánicas. A través de la experimentación sistemática, encontraron que el brillo del flash depende tanto de la profundidad de la deformación como de la velocidad a la que se impone.

Conocida como respuesta 'viscoelástica', este comportamiento se encuentra en muchos materiales complejos como fluidos con polímeros en suspensión. En el caso de organismos como Pyrocystis lunula, conocidos como dinoflagelados, este mecanismo probablemente esté relacionado con los canales iónicos, que son proteínas especializadas distribuidas en la membrana celular. Cuando la membrana está estresada, estos canales se abren, permitir que el calcio se mueva entre los compartimentos de la celda, desencadenando una cascada bioquímica que produce luz.

"A pesar de décadas de investigación científica, principalmente dentro del campo de la bioquímica, el mecanismo físico por el cual el flujo de fluido desencadena la producción de luz no está claro, "dijo el profesor Raymond E. Goldstein, el Profesor Schlumberger de Sistemas Físicos Complejos en el Departamento de Matemática Aplicada y Física Teórica, quien dirigió la investigación.

"Nuestros hallazgos revelan el mecanismo físico por el cual el flujo de fluido desencadena la producción de luz y muestran lo elegante que puede ser la toma de decisiones a nivel de una sola célula". "dijo el Dr. Maziyar Jalaal, el 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 que rompen en la noche en el océano o la chispa de las luciérnagas en el bosque. Muchos autores y filósofos han escrito sobre bioluminiscencia, de Aristóteles a Shakespeare, quien en Hamlet escribió sobre el "fuego ineficaz" de la luciérnaga; una referencia a la producción de luz sin calor:

"...
Para pincharla y picarla. Que te vaya bien ahora mismo.
La luciérnaga muestra que el maitín está cerca,
Y 'ginebra para palidecer su ineficaz fuego.
Adiós, adiós, adiós. Recuérdame."

La bioluminiscencia en el océano es, sin embargo, no 'ineficaz'. A diferencia de, se usa para la defensa, ofensa, y apareamiento. En el caso de los dinoflagelados, utilizan 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 qué tan rápido se haga la muesca, y también es pequeño cuando la muesca es grande pero se aplica lentamente. Solo cuando tanto la amplitud como la frecuencia son grandes, se maximiza la intensidad de la luz. El grupo desarrolló un modelo matemático que pudo explicar estas observaciones cuantitativamente, y sugieren que este comportamiento puede actuar como un filtro para evitar que se activen destellos de luz espurios.

Mientras tanto, los investigadores planean analizar de manera más cuantitativa la distribución de fuerzas sobre todas las células 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 Göttingen, Alemania y Antoine Dode de la Ècole Polytechnique en Francia, y el profesor invitado Christophe Raufaste del Institut de Physique de Nice, Francia.