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¿Cuándo brillan las luciérnagas en su vida?

¿Cuándo brillan las luciérnagas en su vida?


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¿Una luciérnaga brilla solo cuando es adulta o larva? ¿O brilla durante toda su vida? Al brillar, quiero decir que brillan solo cuando lo requieren, no todo el tiempo.

¿Hay alguna razón (razonamiento evolutivo) por la que brillan? Además, si la respuesta es todo el tiempo, entonces ¿por qué, o si la respuesta es un período específico de la vida, entonces por qué?


Las luciérnagas 'brillan' en etapas larvarias y adultas, pero por razones muy diferentes. Se cree que el comportamiento brillante se desarrolló por primera vez en las larvas para disuadir a los depredadores (Branham y Wenzel (2003)). Este es un ejemplo de advertencia aposemática, que utiliza colores brillantes, olores, sonidos o, en este caso, luz, para decirles a los depredadores que no son deseables como presas. A veces, un animal de presa usará una advertencia aposemática para decirles a los depredadores que son venenosos, o simplemente para imitar a una presa que es venenosa. En el caso de las larvas de luciérnagas, no saben bien a los depredadores debido a un compuesto esteroide en sus cuerpos (Branham (2005)).

Los adultos también brillan, pero lo hacen en un patrón sincronizado de destellos para comunicarse con sus compañeros (Carlson y Copeland (1985)). Los compañeros cronometrarán su parpadeo con fluctuaciones fisiológicas e incluso responderán directamente al patrón de parpadeo de otro individuo con retrasos y tiempos de respuesta apropiados.

Entonces, para responder a su primera pregunta, las luciérnagas no brillan continuamente, sino que destellan en la noche como larvas para disuadir a los depredadores y durante el apareamiento activo cuando son adultos.

Su segunda pregunta puede convertirse en una explicación larga de cómo ciertos rasgos evolucionan en respuesta a una presión, pero para simplificar, es probable que las luciérnagas evolucionaran brillando porque alivió la presión de la depredación. Esta capacidad luego evolucionó aún más para comunicar la calidad de las parejas de manera más eficiente que la señalización de fermona.


¿Cuándo brillan las luciérnagas en su vida? - biología

Nombre científico: Photuris pennsylvanicus
Nombre común: Luciérnaga de Pensilvania

(La información de esta página de especies fue recopilada en parte por la Sra. Megan McAuley para una asignación en Biología 220W (semestre de primavera de 2007)).

La luciérnaga de PensilvaniaPhoturis pennsylvanicus) (también llamado & ldquoLightning bug & rdquo) es una característica apreciada de las cálidas noches de verano de Pensilvania. Sus palpitantes puntitos de luz amarilla y verde hacen que los bosques, campos y jardines oscuros cobren vida con movimiento y posibilidades. La luciérnaga fue nombrada insecto del estado de Pensilvania en 1974.

Clasificación y apariencia
Sin embargo, la & ldquofirefly & rdquo no es una mosca. Es un escarabajo de la familia Lampyridae que, junto con varios cientos de otras especies estrechamente relacionadas de & ldquofirefly & rdquo, tiene la notable capacidad, en todas sus etapas de vida, de generar luz biológicamente. El escarabajo adulto, que es la forma más familiar para la gente, mide entre & frac12 a & frac34 pulgadas de largo, con un cuerpo aplanado que es predominantemente de color negro con reflejos amarillos y manchas rojas prominentes en la parte posterior del tórax. Tiene ojos grandes y antenas largas y vuela de manera suave y flotante. Las partes generadoras de luz de estos adultos se encuentran en los segmentos terminales de su abdomen. La luciérnaga adulta tiene mandíbulas largas y curvas que sugieren un estilo de vida depredador, pero se ha demostrado que solo unas pocas especies consumen algo más que néctar de flores o polen. Las larvas menos conocidas de la luciérnaga, llamadas gusanos ldquoglow, viven en la hojarasca y son depredadores voraces. Se alimentan de otros insectos, ácaros, lombrices de tierra e incluso babosas y caracoles.

Uso de la luz para la comunicación
Las luces de las luciérnagas representan mecanismos de comunicación. Las luciérnagas hembras, que son predominantemente sésiles, se posan en la vegetación de su hábitat y generan una secuencia específica de destellos de luz que atraen a los machos mucho más móviles. Los machos responden con una secuencia de luz de respuesta y se concentran en las hembras para aparearse. Se ha demostrado que algunas especies de luciérnagas imitan las secuencias de luz de otras especies para atraer a los machos desprevenidos a las hembras depredadoras que esperan. Estas hembras no solo obtienen energía al consumir a los machos de estas otras especies, sino que también pueden acumular sustancias químicas de sus presas que ayudan a protegerlas de sus propios depredadores. Este comportamiento se denomina "mímica agresiva".

Reproducción
Después del apareamiento a finales del verano, las hembras ponen sus huevos uno a la vez en la superficie de los restos leñosos o de hojas. Los huevos eclosionan en unas pocas semanas y las larvas emergentes ingresan al hábitat del suelo / hojarasca donde se alimentan activamente de una amplia gama de invertebrados. A fines del otoño, las larvas se entierran en el suelo o debajo de la corteza de los tallos leñosos donde hibernan. En la primavera, vuelven a emerger y continúan alimentándose activamente de su diversa gama de especies de presas. Después de unas semanas, vuelven a entrar en el suelo y pupan. Luego emergen de sus cámaras pupales a principios o mediados del verano como luciérnagas adultas.

Producción ligera
El mecanismo para la producción de luz en las luciérnagas está mediado por la enzima ldquoluciferasa. Los fosfatos de alta energía generados a partir de moléculas de alimentos se acoplan a través de la luciferasa a la producción directa de fotones de luz. Este acoplamiento es extremadamente eficiente (90% +) y casi no genera energía residual (calor). Los genes que regulan esta generación de luz se han utilizado en la investigación del cáncer para marcar y rastrear las células cancerosas que se metalizan.

Ha habido muchos informes de una disminución del número de luciérnagas en América del Norte. El uso generalizado de pesticidas y herbicidas, la pérdida del hábitat de hojarasca requerido por las etapas de vida de las larvas, especialmente en áreas suburbanas, y la sequía se han propuesto como factores en la disminución de la luciérnaga. Se espera que este declive se pueda revertir para que todos podamos seguir teniendo el placer de observar estos organismos únicos y maravillosos.

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La ciencia detrás de las luciérnagas

Correr por el patio trasero en las cálidas noches de verano en un intento de atrapar luciérnagas es un pasatiempo divertido. Estos insectos, también conocidos como chinches relámpago, pueden iluminar la noche con su brillo mágico. Pero, ¿qué es lo que realmente los hace destellar? Siga leyendo para conocer la ciencia detrás de este deslumbrante error de verano. ¡Podrías estar "iluminado"!

¡Las luciérnagas no son moscas en absoluto!

En realidad son escarabajos. Las luciérnagas son miembros nocturnos de la Lampyridae familia. El nombre proviene del griego "lampein", que significa brillar. ¡Oh, la ironía! Algunas luciérnagas son diurnas, pero normalmente no brillan. La mayoría de las luciérnagas tienen alas, lo que las distingue de otros insectos luminiscentes de la misma familia, a menudo denominados luciérnagas. El nombre "luciérnaga" puede indicar muchas especies diferentes, incluidas las luciérnagas.

Las luciérnagas son superestrellas de la eficiencia.

Las luciérnagas tienen órganos de luz que se encuentran debajo de su abdomen. Aunque más de 2.000 especies llevan el nombre de "luciérnagas", no todas las luciérnagas brillan. Aquellos que sí mezclan oxígeno con un pigmento llamado luciferina para generar luz con muy poco calor. La enzima luciferasa actúa sobre la luciferina en presencia de iones de magnesio, una sustancia química llamada trifosfato de adenosina (ATP) y oxígeno para producir luz. La luz que producen algunas luciérnagas es extremadamente eficiente. De hecho, ¡es la luz más eficiente del mundo! Casi el 100% de la energía de la reacción química se convierte en luz. La luz que producen las luciérnagas puede ser de color verde, amarillo o naranja.

De vez en cuando, las luciérnagas hacen un buen uso de su luz eficiente en exhibiciones llamativas. Algunas luciérnagas, las más famosas del sudeste asiático, sincronizarán sus destellos. En los Estados Unidos, este fenómeno ocurre durante las primeras semanas de junio en las Grandes Montañas Humeantes en Tennessee.

Los destellos de luciérnagas pueden ser tan románticos como una docena de rosas ... a veces.

Las luciérnagas parpadean en patrones que son únicos para cada especie. Cada patrón de parpadeo se usa para ayudarlos a encontrar parejas potenciales. Los machos de las luciérnagas suelen volar por el aire en busca de una hembra emitiendo un patrón de parpadeo específico de la especie. Algunas luciérnagas solo parpadean una vez, mientras que otras lo hacen hasta nueve veces. Las hembras se sientan en el suelo y esperan hasta ver una impresionante exhibición de luces. Muestran su interés respondiendo con un solo destello, programado para seguir los destellos característicos de los machos de una manera específica de la especie.

Menos románticamente, luciérnagas hembras del género Photuris imitar el destello de las hembras del género Photinus atrayendo Photinus machos, que atraen a comer. No solo el Photuris las hembras obtienen alimento, también incorporan productos químicos de la Photinus machos que los hacen desagradables para los depredadores.

Las luciérnagas usan su luz para protegerse de los depredadores.

Hablando de depredadores, la sangre de luciérnaga contiene un esteroide defensivo llamado lucibufagins, que los hace poco apetecibles para los cazadores potenciales. Una vez que los depredadores muerden, asocian el sabor desagradable con la luz de las luciérnagas y evitan atacar a los insectos relámpago en el futuro.

Algunas luciérnagas comen otros tipos de luciérnagas.

Las larvas de la mayoría de las luciérnagas son insectos beneficiosos depredadores que se alimentan de caracoles, babosas y gusanos. Cuando se convierten en adultos, las luciérnagas pueden comer polen, néctar o nada en absoluto. Las pocas especies que permanecen carnívoras hasta la edad adulta comen otros tipos de luciérnagas. ¡Habla de una dieta extraña!

Los seres humanos están contribuyendo al declive de las luciérnagas.

Si no ve tantas luciérnagas este verano como en el pasado, es porque estos insectos relámpago están en declive. La contaminación lumínica, el desarrollo de los hábitats de las luciérnagas y la recolección están provocando una disminución en el número de luciérnagas. Cuando su hábitat es superado, las luciérnagas no se trasladan. En cambio, simplemente desaparecen.

Si vive en un lugar donde las luciérnagas son comunes, busque los patrones y hábitos que se comentan aquí. Si desea atrapar luciérnagas, manténgalas a salvo colocando una toalla de papel húmeda en el fondo de un frasco de vidrio. Perfora agujeros en la tapa del frasco para que las luciérnagas puedan respirar. ¡No olvide liberarlos después de uno o dos días!

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Las luciérnagas se comen a otras luciérnagas.

Las luciérnagas son principalmente carnívoras. Las larvas suelen comer caracoles y gusanos.
Algunas especies de luciérnagas se alimentan de otras luciérnagas; la más notable es la
género foturis, que imita destellos femeninos de Photinus,
una especie estrechamente relacionada, con el fin de atraer y devorar a los machos de
esa especie. Pero casi nunca se ha visto a las luciérnagas adultas alimentándose
en otras especies de insectos. Los científicos no están seguros de lo que comen. Que puede
se alimentan de polen y néctar de plantas, o pueden no comer nada.


BRILLAN, CHICOS

Las luciérnagas usan principalmente su luz para "hablar" con otras luciérnagas y encontrar pareja. Tienen órganos especiales debajo del abdomen que absorben oxígeno. Dentro de las células especiales, combinan el oxígeno con una sustancia llamada luciferina para producir luz casi sin calor. Usan esta luz, llamada bioluminiscencia, para iluminar los extremos de su abdomen.

Cada especie de luciérnaga tiene su propio patrón de parpadeo único. Cuando una luciérnaga macho quiere comunicarse con una luciérnaga hembra, vuela cerca del suelo mientras enciende su luz cada seis segundos. Una vez que está cerca del suelo, una hembra puede saber más fácilmente si él es de la misma especie que ella. (La mayoría de las luciérnagas hembras no pueden volar). Ella responde a sus flashes encendiendo las luces. Entonces el macho la encuentra.

Los depredadores, como pájaros o sapos, reciben un mensaje diferente de estas luces. Aunque pueden detectar fácilmente las luciérnagas por su brillo, rara vez se las comen. Eso es porque las luciérnagas liberan gotas de sangre tóxica y de mal sabor. Su destello es una luz de advertencia para que los depredadores se mantengan alejados.


Cómo las luciérnagas iluminan sus cuerpos

El truco secreto mediante el cual las luciérnagas pueden iluminar todo comienza en su abdomen. Las luciérnagas contienen un compuesto emisor de luz especial en su abdomen llamado luciferina. Cuando la luciferina y una enzima en particular, la luciferasa, reaccionan con el oxígeno, se produce una reacción química. Esta reacción libera energía en forma de luz, iluminando así el cuerpo de la luciérnaga y el rsquos. La longitud de onda de la luz emitida por las luciérnagas está en el rango de 510-670 nanómetros (amarillo pálido a verde rojizo).

Firefly (Créditos: Tyler Fox / Shutterstock)

La luz generada por una luciérnaga se llama & ldquocold light & rdquo, ya que el calor generado es mínimo. Esto es bueno para la luciérnaga, ya que su cuerpo no podría sobrevivir si generara calor como una bombilla. El proceso mediante el cual las luciérnagas iluminan sus cuerpos se llama bioluminiscencia. Una luciérnaga no es la única criatura que tiene esta habilidad, sin embargo, muchos otros organismos, principalmente organismos marinos y marinos, también pueden producir su propia luz.


La enzima que enciende el arco iris de luces de colores que ocurren en diferentes especies de luciérnagas se llama luciferasa. Sara Lewis, autora del hermoso libro nuevo Silent Sparks: El maravilloso mundo de las luciérnagas, dice que lo primero que pulsó el interruptor fue realmente una falla.

El gen de la luciérnaga que codifica la luciferasa es muy similar a un gen común que produce ácidos grasos, dice Lewis. Es probable que un duplicado de ese gen haya adquirido una mutación que provocó que produjera una pequeña cantidad de luz en un ancestro lejano de luciérnagas. (Relacionado: ¿Cómo brillan las luciérnagas? Misterio resuelto después de 60 años).

Durante eones, altas concentraciones de esa química productora de luz evolucionaron junto con tejido especializado, para crear un “órgano de luz” completamente nuevo, dice Lewis: la linterna de luciérnaga.


Escarabajos bioluminiscentes

Las luciérnagas producen luz en órganos especiales de su abdomen mediante la combinación de una sustancia química llamada luciferina, enzimas llamadas luciferasas, oxígeno y el combustible para el trabajo celular, ATP. Los entomólogos creen que controlan su destello regulando la cantidad de oxígeno que llega a sus órganos productores de luz.

Las luciérnagas probablemente desarrollaron originalmente la capacidad de iluminarse como una forma de protegerse de los depredadores, pero ahora usan principalmente esta capacidad para encontrar parejas. Curiosamente, no todas las luciérnagas producen luz, hay varias especies que vuelan durante el día y aparentemente dependen de los olores de las feromonas para encontrarse entre sí.

Cada especie de luciérnaga tiene su propio sistema de señalización. En la mayoría de las especies de América del Norte, los machos vuelan a la altura adecuada, en el hábitat adecuado y en el momento adecuado de la noche para su especie, y emiten una señal única para su especie. Las hembras están sentadas en el suelo o en la vegetación, vigilando a los machos. Cuando una hembra ve que uno hace la señal de su especie, y lo hace bien, retrocede con un destello propio apropiado para su especie. Luego, los dos señalan recíprocamente mientras el macho vuela hacia ella. Si todo va bien, se aparean.

Un buen ejemplo es Photinus pyralis, una especie común del patio trasero a menudo llamada Big Dipper. Un macho vuela al anochecer a unos 3 pies del suelo. Cada cinco segundos más o menos, hace un destello de un segundo mientras vuela en forma de "J". La hembra Photinus pyralis se asienta en vegetación baja. Si ve a un compañero que le gusta, espera dos segundos antes de hacer un destello de medio segundo en el tercer segundo.

Algunas especies pueden "llamar" durante muchas horas por noche, mientras que otras parpadean durante solo 20 minutos aproximadamente al anochecer. La comunicación de la luz de las luciérnagas puede volverse mucho más complicada, algunas especies tienen múltiples sistemas de señalización y algunas pueden usar sus órganos de luz para otros fines.

Algunas luciérnagas de Tennessee montaron un espectáculo sincronizado.

Si bien la mayoría de las luciérnagas machos hacen lo suyo y destellan independientemente de otros machos de la misma especie, hay quienes sincronizan sus destellos cuando hay muchos otros alrededor. En América del Norte, las dos especies más famosas que hacen esto son las Photinus carolinus de las Montañas Apalaches, incluso en el Parque Nacional de las Grandes Montañas Humeantes, y el Photuris frontalis que iluminan lugares como el Parque Nacional Congaree en Carolina del Sur.

En ambas especies, los científicos piensan que los machos se sincronizan para que todos tengan la oportunidad de buscar hembras y que las hembras señalen a los machos. Estas exhibiciones son espectaculares, y la multitud de personas que desean verlas en los lugares más famosos ha hecho necesario realizar una lotería para obtener permiso para verlas. Ambas especies, sin embargo, se encuentran en amplios rangos geográficos, y podría ser posible verlas en otros lugares menos congestionados.


Manzanas, naranjas y luciérnagas

La explicación convencional de cómo una luciérnaga convierte su parte trasera en una baliza bioluminiscente siempre ha preocupado a Branchini y a otros químicos. Para empezar, no debería funcionar.

Específicamente, es poco probable que dos de los ingredientes mencionados anteriormente, oxígeno y luciferina, reaccionen entre sí de la forma en que lo necesitarían para producir luz.

Comprender por qué esto se complica rápidamente, pero una explicación simple es que las manzanas tienden a crear solo reacciones químicas con las manzanas, mientras que las naranjas tienden a crear solo reacciones químicas con las naranjas. En otras palabras, el oxígeno y la luciferina son como manzanas y naranjas.

Los experimentos de Branchini mostraron que el oxígeno involucrado en el brillo de la luciérnaga viene en una forma especial llamada anión superóxido.

"El anión superóxido es una forma de oxígeno molecular que contiene un electrón extra", dice Branchini. (Ver video: "La ciencia del verano").

Este electrón extra le da las propiedades de oxígeno tanto de una manzana metafórica como de una naranja metafórica. Esto significa que la molécula, de hecho, podría provocar una reacción química con la luciferina como sospechaban los científicos.

Añade que estos aniones superóxido podrían ser la forma en que funciona la bioluminiscencia en la naturaleza, desde el plancton hasta los peces de aguas profundas.


Entender cómo las luciérnagas evolucionaron su brillo

Comentarios del lector

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Con la espectacular diversidad de la vida, es fácil observar algunas de sus características más barrocas y preguntarse "¿cómo pudo haber evolucionado eso?" Sin embargo, cuando los investigadores miran los detalles moleculares reales, a menudo hay respuestas bastante mundanas a esa pregunta.

Uno de los últimos fue proporcionado en un documento publicado a principios de esta semana por PNAS, que analizó la razón por la que las luciérnagas pueden brillar. La proteína que ilumina a los insectos, la luciferasa, resulta estar estrechamente relacionada con una que normalmente participa en el metabolismo básico de las grasas. En el nuevo artículo, los investigadores muestran que, dado el químico correcto, la enzima que se usa para producir grasa también puede hacer que las células de la mosca de la fruta brillen. Lamentablemente, los intentos de alimentar el químico a Drosophila no logró hacerlos bioluminiscentes.

Las proteínas están formadas por una larga cadena de subunidades llamadas aminoácidos. Cada posición en la cadena puede estar ocupada por cualquiera de los 20 aminoácidos diferentes, el orden preciso en el que aparecen dicta la estructura y función de la proteína. Cuando dos proteínas están relacionadas por descendencia común (es decir, ambas se derivan de la misma proteína ancestral), las secuencias de los aminoácidos serán similares, una similitud que se comparte con el ADN que codifica las proteínas.

Entonces, una vez que los investigadores clonaron el gen de la proteína de la luciérnaga que cataliza la reacción de brillo, pudieron determinar si tenía parientes en los genomas de los insectos. Y, como era de esperar, lo hizo: acil-CoA sintetasa grasa. Esta es una enzima que juega un papel clave en el metabolismo de las grasas, creando un intermediario que permite que las células agreguen más carbonos a las cadenas en crecimiento de ácidos grasos. La proteína de luciérnaga, llamada luciferasa, cataliza una reacción muy similar, pero trabaja con un químico especializado que produce mucha luz.

Entonces, sabemos que la luciferasa no llegó a existir mágicamente. Pero si agrega acil-CoA sintetasa grasa con el químico especializado que hace que las luciérnagas brillen, no pasa nada. Esto planteó la pregunta de cómo comenzó a seleccionarse la capacidad de producir luz en primer lugar si no hay luz, no hay nada que seleccionar.

Los autores del nuevo artículo, con sede en la Facultad de Medicina de la Universidad de Massachusetts, razonaron que el proceso debe haber comenzado con una acil-CoA sintetasa grasa mundana y no brillante. Si era idéntico, probablemente significaba que el brillo provenía de una sustancia química menos especializada. Entonces comenzaron a probar parientes de la sustancia química de la luciérnaga, utilizando la grasa acil-CoA sintetasa de la mosca de la fruta. Drosophila. Rápidamente encontraron una sustancia química que, cuando se administra a Drosophila células, hizo que emitieran un brillo rojo apagado. Si ponen la versión de mosca de la grasa acil-CoA sintetasa en las células humanas, darles el mismo químico también las haría brillar.

Lamentablemente, lo único que falló fue alimentar con la sustancia química a las moscas vivas. "En principio, la presencia de una luciferasa latente en las moscas de la fruta significa que estos insectos podrían volverse bioluminiscentes si se tratan con [nuestro químico] CycLuc2", señalan los autores. "Sin embargo, no pudimos detectar la bioluminiscencia de las moscas de la fruta alimentadas con alimentos que contenían CycLuc2 100 μM".

Los resultados sugieren que un accidente aleatorio (obtener la sustancia química adecuada en las células con una enzima en particular) proporcionó suficiente brillo para que la evolución comenzara a seleccionarlo. Y, con el tiempo suficiente, tanto el químico como la enzima se especializaron, produciendo un brillo más brillante e intenso. Y, si alguna vez ha visto un cielo nocturno lleno de luciérnagas, sabrá que es un punto final bastante espectacular para una enzima que comenzó a producir grasa.


Ver el vídeo: QUÉ PASA CON LAS LUCIÉRNAGAS. Mini documental (Septiembre 2022).