¿Ya leyó el Cool Frog Facts y Por qué las ranas son importantes ? Incluso antes de saber que los anfibios también pueden brillar en la oscuridad, ¡las ranas ya eran las estrellas brillantes de mi mundo! Aquí, me gustaría compartir con ustedes cómo se descubrió la biofluorescencia generalizada en los anfibios, qué significa exactamente y cómo esa capacidad puede ser útil para esos animales, así como para nosotros.
En la imagen de arriba, la rana cornuda de Cranwell ( Ceratophrys cranwelli ) brilla de color verde bajo la luz de excitación. Foto de Jennifer Y. Lamb y Matthew P. Davis, de Las salamandras y otros anfibios brillan con biofluorescencia .
Cómo se descubrió la biofluorescencia en los anfibios
Érase una vez (o más específicamente en 2020) dos investigadores de la Universidad Estatal de St. Cloud, en Minnesota, que se preguntaron si los anfibios podrían brillar comúnmente bajo ciertos tipos de luz. La primera fue la Dra. Jennfier Lamb, una herpetóloga que estudia el comportamiento, la historia de vida y otros aspectos biológicos de anfibios y reptiles. El segundo fue el Dr. Matthew P. Davis, que estudia los peces de aguas profundas y cómo han desarrollado rasgos, como la bioluminiscencia, para ayudarlos a vivir en la oscuridad. En el momento de su descubrimiento, ya se había observado biofluorescencia en otros animales, generalmente acuáticos, pero se había explorado poco sobre el tema en anfibios. Entonces, cuando decidieron investigar la similitud de la biofluorescencia en ese grupo , ¡se horrorizaron al descubrir cuán extendida estaba! Al principio, se centraron en las salamandras adultas, pero a medida que examinaban con entusiasmo otros grupos y etapas de vida de los anfibios, descubrieron que ¡todas ellas tenían biofluorescencia!
Para ser claros, esto no significa que podrás ver a las ranas brillando suavemente a la luz de la luna mientras pasas por su estanque de cría tarde una noche, porque necesitas iluminación y equipo especiales para observar el fenómeno. Por suerte para los amantes de las ranas y los anfibios en todas partes, Lamb y Davis no solo tenían el equipo adecuado para detectar la biofluorescencia, ¡sino que también tenían la idea y el conocimiento para buscarla!
Patrones variables de biofluorescencia observados en salamandras. Imagen de Jennifer Y. Lamb y Matthew P. Davis, en Las salamandras y otros anfibios brillan con biofluorescencia .
La biofluorescencia es la re-radiación de luz a una longitud de onda diferente
no es lo mismo que la bioluminiscencia, que es cuando los organismos vivos realmente producen y emiten luz por sí mismos, ya sea a través de algún tipo de reacción química interna o, más raramente, cuando los simbiontes bacterianos lo hacen por ellos. El rape, las medusas, las luciérnagas y algunos hongos son quizás algunas de las criaturas que has escuchado que pueden hacer esto.
La biofluorescencia ocurre cuando los organismos vivos absorben ondas de luz alta , por ejemplo, en el rango azul o ultravioleta, y luego las irradian en longitudes de onda más bajas , generalmente en los rangos de rojo, naranja o verde. Para visualizar mejor la diferencia, imagina la luz que emite una barra luminosa cuando la rompes para provocar una reacción química en el interior (luminiscencia), en comparación con el brillo azul-púrpura brillante que irradia tu camiseta blanca cuando estás bailando alegremente. bajo una luz ultravioleta (fluorescencia).
Para revelar las capacidades biofluorescentes de los anfibios, Lamb y Davis encendieron linternas emisoras de luz azul y ultravioleta sobre los animales, mientras usaban filtros especiales para bloquear todo excepto la luz fluorescente que los animales irradiaban. Particularmente bajo luz azul, todos los anfibios que examinaron emitieron varios patrones de luz verde a amarilla de diferentes intensidades. En muchos casos, la luz fluorescente provenía de puntos y rayas brillantes y audaces que ya eran visibles para nosotros bajo la luz de espectro completo; en otros casos, los vientres brillaban mientras que las espaldas permanecían oscuras; y en otros casos, era principalmente la región de la cloaca la que ardía, como para atraer la atención sexual de cualquier pareja potencial. Incluso las especies que parecían opacas bajo la luz de espectro completo emitían algún tipo de brillo fluorescente. En general, el tejido o sustancia que dio lugar a un brillo bajo la luz de excitación varió de la piel, al hueso, a las secreciones cutáneas similares a moco, a la orina.
Como tal, los mecanismos estructurales o químicos que causan el fenómeno siguen siendo desconocidos, lo que genera la necesidad de seguir investigando. Independientemente, la presencia de biofluorescencia en la amplia gama de animales que examinaron sugiere que el rasgo evolucionó temprano dentro de la ascendencia de los anfibios modernos.
de una salamandra tigre oriental ( Ambystoma tigrinum ) emiten un brillo verde bajo la luz azul. Foto de Jennifer Y. Lamb y Matthew P. Davis de Las salamandras y otros anfibios brillan con biofluorescencia .
Por qué la biofluorescencia podría ser importante para los anfibios
Lamb y Davis plantearon la hipótesis de que los rasgos biofluorescentes que observaron en los anfibios pueden desempeñar un papel clave en la comunicación y señalización entre especies o dentro de las poblaciones. Para verificar esto, es necesario determinar si los ojos de los anfibios han desarrollado o no una sensibilidad estructural a su propia biofluorescencia, y si los anfibios alguna vez están expuestos a los tipos de luz ambiental que conducen a este fenómeno dentro de sus entornos naturales. Otros roles que podría desempeñar la biofluorescencia en la vida cotidiana de los anfibios son los del aposematismo (una coloración de advertencia para alejar a posibles depredadores), el mimetismo o incluso el camuflaje.
La cloaca de la salamandra jaspeada (Ambystoma opacum) puede brillar intensamente para atraer la atención de una posible pareja. Foto de Jennifer Y. Lamb y Matthew P. Davis, de la Figura 1 en Las salamandras y otros anfibios brillan con biofluorescencia .
Por qué la biofluorescencia de los anfibios podría ser importante para los humanos
Entonces, ¡las ranas y otros anfibios se volvieron mucho más geniales a mis ojos! Como señalaron Lamb y Davis, sus capacidades biofluorescentes "arrojan una nueva luz sobre cuánto más nos queda por aprender sobre estos fascinantes vertebrados".
Los investigadores ya son conscientes de que las ranas producen docenas de secreciones cutáneas que tienen propiedades antibióticas, analgésicas y de gran interés farmacéutico, y quizás cientos o miles más de estas sustancias esperan ser descubiertas. Recientemente, las espumas de nido de rana se han sugerido como agentes naturales, estables y biocompatibles que podrían servir como sistemas de administración de fármacos tópicos suaves para humanos.
Ahora, las proteínas biofluorescentes y otras secreciones o tejidos de los anfibios podrían tener el potencial de hacer una nueva historia médica. En 2008, el Premio Nobel de la Paz de Química se otorgó a tres investigadores que descubrieron y desarrollaron una sustancia conocida como Proteína Fluorescente Verde (GFP, por sus siglas en inglés) , que inicialmente se aisló de una medusa y ahora se usa ampliamente como marcador fluorescente durante la investigación sobre el funcionamiento celular y sistémico de los organismos vivos.
¿Podrían las ranas producir o poseer una sustancia biofluorescente que podría avanzar aún más en esas técnicas de investigación médica? La búsqueda ya está en marcha de diferentes sustancias biofluorescentes en organismos acuáticos que podrían hacer esto (vea este documental especial de NOVA/National Geographic Creatures of Light ). Sólo el tiempo dirá. Sin embargo, es emocionante considerar que si la luz de excitación resulta útil para detectar especies de anfibios pequeños y secretos en sus entornos, la biofluorescencia puede convertirse en una forma económica para que los biólogos evalúen y controlen la biodiversidad de estos animales y, por lo tanto, en una herramienta importante para la evaluación crítica. necesarios proyectos de conservación de anfibios en todo el mundo.
Se utilizó luz ultravioleta para realizar un estudio de campo de las ranas arborícolas tropicales, incluidas estas ranas arbóreas sudamericanas ( Boana punctata ). Crédito de la foto: Jorge Enrique García Melo, en Thompson, ME, Saporito, RA, Ruiz-Valderrama, DH, Medina Rangel, GF, Donnelly, MA (2019). Un estudio de campo de fluorescencia en ranas arborícolas tropicales utilizando una linterna LED UV-B. Apuntes de Herpetología. 12. 987-990