¿Por qué brillan las luciérnagas?

Una reacción química en el farol

El extremo del abdomen de una luciérnaga es un farol: un órgano con células especializadas, los fotocitos, llenas de dos ingredientes. Uno es la luciferina, una molécula pequeña. El otro es la luciferasa, la enzima que la hace reaccionar. Con la energía de una molécula de ATP, la misma que usan todas tus células como combustible, la luciferasa prepara la luciferina y la une al oxígeno en un complejo muy tenso e inestable.^[6] Al romperse, deja una molécula, la oxiluciferina, en un estado excitado, con energía de más. Esa energía sobrante sale como un fotón de luz verde amarillenta.

Es mucha energía para una sola molécula: un fotón verde equivale a lo que se libera al romper unos ocho ATP.^[6] Y no todas las reacciones terminan en luz. En 2008, un equipo japonés midió que solo el 41 % de las moléculas de luciferina que reaccionan emiten un fotón; el resto pierde la energía sin brillar.^[2][1] Aun así, es de las reacciones luminosas más eficientes que se conocen en la naturaleza.

Un interruptor de óxido nítrico

Una reacción química no se prende y se apaga en décimas de segundo por sí sola. Las luciérnagas lo logran controlando el oxígeno. En 2001, un grupo de la Universidad Tufts (Estados Unidos) mostró que el óxido nítrico —un gas que el cuerpo usa como mensajero— hace brillar el farol cuando hay oxígeno, y que si se lo bloquea, la señal nerviosa ya no enciende la luz. La enzima que fabrica el óxido nítrico está justo entre las terminales nerviosas y los fotocitos.^[3] El mecanismo exacto por el que el óxido nítrico deja actuar al oxígeno todavía se discute.

Para qué sirve brillar

Para buscar pareja. Las especies se distinguen por sus señales de destello, y en las luciérnagas del género Photinus las hembras eligen a los machos según cómo destellan.^[5] El sistema tiene un aprovechador. Las hembras del género Photuris imitan la respuesta de las hembras de otras especies: el macho se acerca creyendo que encontró pareja y termina comido. El entomólogo James Lloyd describió en 1975 a hembras de Photuris versicolor capaces de imitar el código de cuatro especies distintas, ajustando la respuesta al destello de cada macho. La trampa funciona: rara vez respondían a más de diez machos sin atrapar a uno.^[4]

Cómo lo sabemos

Medir cuánta luz da una reacción es más difícil de lo que parece: hay que contar todos los fotones que salen en todas las direcciones, en todos los colores, y dividir por la cantidad de moléculas que reaccionaron. En 1959 se publicó un rendimiento de 0,88, y durante casi cincuenta años fue el número de referencia. Pero se había medido con luciferina extraída de luciérnagas, y esa luciferina natural estaba mezclada en partes iguales con su imagen especular, que no sirve para la reacción. Corregido por eso, el valor de 1959 daría 1,76: más de un fotón por molécula, algo imposible.^[1]

En 2008, Ando y colegas, del grupo de Akiyama en la Universidad de Tokio, repitieron la medición con un espectrómetro de flujo total de fotones, calibrado en su sensibilidad a cada color y con una corrección geométrica para saber qué fracción de la luz recogía. Obtuvieron 0,41.^[2][1] Después, varios de los mismos autores midieron la misma reacción con otro instrumento, un luminómetro calibrado con una esfera integradora, y les dio 0,48, que coincide dentro del margen de error.^[1]

Lo que se suele decir mal

Todavía circula que la luz de las luciérnagas es “casi 100 % eficiente” o que convierte “el 88 % de la energía en luz”. Las dos frases salen del número de 1959, que resultó inválido. El valor medido hoy es del 41 %, y además no mide energía sino fotones por reacción: dice cuántas moléculas terminan en luz, no qué porcentaje de la energía química se aprovecha.^[1] Sigue siendo mucho: la ecuorina de las medusas da 17 fotones por cada 100 reacciones, y la del pensamiento de mar, 7.