¿Ya leíste el artículo Datos interesantes sobre las ranas y Por qué son importantes las ranas? 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 contigo cómo se descubrió la biofluorescencia generalizada en los anfibios, qué significa exactamente eso 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 en verde bajo luz de excitación. Foto de Jennifer Y. Lamb y Matthew P. Davis, de Los salamandras y otros anfibios brillan con biofluorescencia.
Cómo se descubrió la biofluorescencia en los anfibios
Érase una vez (o más específicamente en 2020) había 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. Jennifer 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, quien estudia peces de aguas profundas y cómo han desarrollado características, como la bioluminiscencia, para ayudarlos a vivir en la oscuridad. En el momento de su descubrimiento, la biofluorescencia ya se había observado en otros animales, generalmente acuáticos, pero se había investigado poco sobre el tema en anfibios. Por lo tanto, cuando decidieron investigar la frecuencia de la biofluorescencia en ese grupo, ¡se quedaron atónitos al descubrir lo extendida que 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 todos ellos presentaban biofluorescencia!
Para ser claros, esto no significa que podrás presenciar ranas brillando suavemente a la luz de la luna mientras caminas junto a su estanque de reproducción una noche tarde, porque necesitas iluminación y equipo especiales para observar el fenómeno. Por suerte para los amantes de las ranas y los anfibios de todo el mundo, Lamb y Davis no solo tenían el equipo adecuado para detectar la biofluorescencia, ¡sino también la idea y el conocimiento para buscarla!
Patrones variables de biofluorescencia observados en las salamandras. Imagen de Jennifer Y. Lamb y Matthew P. Davis, en Los salamandras y otros anfibios brillan con biofluorescencia.
La biofluorescencia es la reemisión de luz en una longitud de onda diferente
La biofluorescencia no es lo mismo que la bioluminiscencia, que es cuando los organismos vivos 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. Los peces pescadores, las medusas, las luciérnagas y algunos hongos son quizás algunas de las criaturas que has oído que pueden hacer esto. La biofluorescencia ocurre cuando los organismos vivos absorben ondas de luz de alta energía, por ejemplo, en el rango azul o ultravioleta, y luego la irradian de vuelta en longitudes de onda más bajas, generalmente en los rangos de rojo, naranja o verde. Para visualizar mejor la diferencia, imagine la luz que emite una barra luminosa cuando la rompe para provocar una reacción química en su interior (luminiscencia), en comparación con el brillante brillo azul-púrpura que irradia de su camiseta blanca cuando baila alegremente bajo una luz ultravioleta (fluorescencia).
Para revelar las capacidades biofluorescentes de los anfibios, Lamb y Davis iluminaron a los animales con linternas que emitían luz azul y ultravioleta, mientras usaban filtros especiales para bloquear all pero la luz fluorescente que irradiaban los animales. 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 llamativos que ya eran visibles para nosotros bajo luz de espectro completo; en otros casos, los vientres brillaban intensamente mientras que los lomos permanecían oscuros; y en otros casos, era principalmente la región cloacal la que brillaba, como para atraer la atención sexual de cualquier pareja potencial. Incluso las especies que parecían opacas bajo luz de espectro completo emitían algún tipo de brillo fluorescente. En general, el tejido o sustancia que producía un brillo bajo luz de excitación variaba desde la piel, hasta el hueso, pasando por secreciones cutáneas similares al moco, hasta la orina.
A Por lo tanto, los mecanismos estructurales o químicos que causan el fenómeno siguen siendo desconocidos, lo que genera la necesidad de más investigación. De todos modos, la presencia de biofluorescencia en la amplia gama de animales que examinaron sugiere que el rasgo evolucionó tempranamente dentro de la ascendencia de los anfibios modernos.
Las manchas amarillas de la salamandra tigre oriental (Ambystoma tigrinum) emiten un brillo verde bajo luz azul. Foto de Jennifer Y. Lamb y Matthew P. Davis de 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 funciones clave en la comunicación y señalización entre especies o dentro de poblaciones. Para verificar esto, es necesario determinar si los ojos de los anfibios han desarrollado una sensibilidad estructural a su propia biofluorescencia y si los anfibios están expuestos alguna vez a los tipos de luz ambiental que son propicios para este fenómeno dentro de sus entornos naturales. Otras funciones que la biofluorescencia podría desempeñar en la vida diaria de los anfibios son las del aposematismo (una coloración de advertencia para ahuyentar a los posibles depredadores), el mimetismo o incluso el camuflaje.
La cloaca de la salamandra jaspeada (Ambystoma opacum) podría brillar intensamente para atraer la atención de una pareja potencial. Foto de Jennifer Y. Lamb y Matthew P. Davis, de la Figura 1 en Salamandras y otros anfibios brillan con biofluorescencia.
Por qué la biofluorescencia de los anfibios podría ser importante para los humanos
S¡Así que las ranas y otros anfibios se volvieron mucho más geniales a mis ojos! Como señalaron Lamb y Davis, sus capacidades biofluorescentes "arrojan nueva luz sobre cuánto más tenemos que aprender sobre estos fascinantes vertebrados". Los investigadores ya saben que las ranas producen docenas de secreciones cutáneas que tienen propiedades antibióticas, analgésicas y otras de gran interés farmacéutico, y quizás cientos o miles más de estas sustancias estén esperando ser descubiertas. Recientemente, se ha sugerido que las espumas de nido de rana son agentes naturales, estables y biocompatibles que podrían servir bien como sistemas suaves de administración tópica de fármacos para humanos.
Ahora, las proteínas biofluorescentes y otras secreciones o tejidos de anfibios podrían tener el potencial de hacer nueva historia médica. En 2008, el Premio Nobel de Química fue otorgado a tres investigadores que descubrieron y desarrollaron una sustancia conocida como la proteína fluorescente verde (GFP), 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 esas técnicas de investigación médica? Ya se está investigando la presencia de diversas sustancias biofluorescentes en organismos acuáticos que podrían producir este efecto (vea el documental especial de NOVA/National Geographic, «Creatures of Light»). Solo el tiempo lo dirá. Pero no obstante, es emocionante considerar que si la luz de excitación resulta útil para detectar especies de anfibios pequeñas y secretas en sus entornos, la biofluorescencia puede convertirse en una forma económica para que los biólogos estudien y controlen la biodiversidad de estos animales y, por lo tanto, en una herramienta importante para proyectos de conservación de anfibios de vital importancia en todo el mundo.
Se utilizó luz UV para realizar un estudio de campo de ranas arborícolas tropicales, incluidas estas ranas arborícolas sudamericanas (Boana punctata). Crédito fotográfico: Jorge Enrique García Melo, en Thompson, ME, Saporito, RA, Ruiz-Valderrama, DH, Medina Rangel, GF, Donnelly, MA (2019). Un estudio de campo de la fluorescencia en ranas arborícolas tropicales utilizando una linterna LED UV-B. Notas de Herpetología. 12. 987-990