Bioluminiscencia, La luz del futuro


Categoría: Pandilla Kids (3ro., 4to., 5to. y 6to. Año de primaria)
Área de participación: Biología

Asesor: LUZ AMELIA OJEDA GARCÍA

Autor: Einar Yamil Albarran Ceballos ()

Grado:

Resumen

Resumen
La humanidad se ha convertido en el principal depredador de nuestro medio ambiente, los recurso naturales se están explotando desmesuradamente, provocando que muchos de ellos desaparezcan en un tiempo no muy lejano del planeta, además de provocar daños en otros aspectos de la naturaleza y de ecosistemas que proporcionan seres, materia y medio ambientes únicos e irrecuperables.
¿Y qué haremos cuanto esto suceda? Por eso es importante buscar alternativas que nos aseguren una estancia en nuestro planeta amigable, sostenible y autosustentable.
Por lo que en este trabajo propongo la bioluminiscencia como parte de esta alternativa, una mirada a la obtención de energía lumínica a partir de seres vivos ya presentes en la naturaleza y que por años se han estudiado por el increíble y casi mágico efecto que producen y que a la observación humana ha cautivado a varios científicos en diferentes épocas. Los invito a aprovechar e imitar aquellos aciertos y adaptaciones que la naturaleza tiene para sobrevivir y evolucionar.

Pregunta de Investigación

Preguntas de investigación. ¿Qué es la bioluminiscencia? ¿Es la bioluminiscencia una alternativa al uso de luz eléctrica? ¿Es posible la utilización cotidiana de energía bioluminiscente?

Planteamiento del Problema

Planteamiento del problema.

La producción de energía para el consumo humano, ha provocado que el planeta este en grave peligro ya que muchas de las técnicas para obtenerla causa contaminación y  deterioro del medio ambiente y una explotación desmesurada de los recursos naturales.

Antecedentes

Introducción.

Pensamos que la bioluminiscencia, o capacidad de un ser vivo para generar luz, es una rara anomalía de un puñado de animales.

 

Pero en el lecho marino, el 90% de los seres vivos han adquirido esta capacidad.

 

La naturaleza, es la mayor inspiración de avances tecnológicos

 

En los campos como la biotecnología y la medicina, ha despertado gran interés la bioluminiscencia, o producción de luz por organismos vivos, atributo práctico para, según la especie, aparearse, cazar presas, confundir a sus predadores, o comunicarse.

 

La bioluminiscencia podría originar numerosas aplicaciones prácticas porque se convertiría en un modo de producir luz y no de potenciar la ya existente, a diferencia de la fluorescencia, la fosforescencia o la refracción de la luz -técnicas usadas también por los organismos.

Antecedentes.

Con la llegada del ser humano el medio ambiente ha ido cambiando. Los ecosistemas que componen el planeta han sufrido diferentes evoluciones debido a los cambios en los seres vivos que los integran, la cantidad de oxigeno en el aire, los tipos de vegetación, etc.

 

El otro gran cambio sufrido por el planeta fue la revolución industrial. Las ciudades crecían y la necesidad de materias primas (madera y carbón) para generar electricidad fue mayor.

 

 

 

 

 

5.1.- Sustentabilidad

La sustentabilidad describe cómo los diferentes ecosistemas se mantienen productivos a lo largo del tiempo. Para conseguir este propósito, la sustentabilidad se basa en tres factores: ecológico, social y económico.

 

Para conseguirla hay que respetar el medio ambiente y no exigir más materia prima de la que nos puede ofrecer. Una sociedad sostenible se tendrían que respetar los derechos humanos, es decir no explotar a los trabajadores. Debería ser también económicamente  viable, esto quiere decir sin grandes desigualdades entre los trabajadores y las empresas.

 

Se considera un sistema insostenible desde el punto de vista ecológico, cuando se hace un uso excesivo de una materia prima y no se le da tiempo a regenerarse.

 

Un ejemplo de sistema insostenible es el uso de combustibles fósiles, estos tardan miles de años en generarse, mientras que nuestro consumo sigue aumentado cada día.

 

El caso del desarrollo sostenible no se consumen más recursos de los que el sistema proporciona. Este hecho hace que el recurso utilizado sea considerado “inagotable”. La utilización de la energía solar para generar energía eléctrica es un ejemplo de este desarrollo sostenible.

 

Hoy en día la energía eléctrica es una necesidad de la cual no podemos prescindir y que va en aumento. Por este motivo hay que conseguir generar de una forma sostenible respetuosa con el medio ambiente a largo plazo.

 

5.2.- Situación energética

La situación energética en el mundo ha cambiado mucho en el último siglo.

 

En los últimos 20 años se ha duplicado la energía consumida, este cambio es debido a la evolución de los países en desarrollo.

 

La energía sostenible es capaz de satisfacer las necesidades presentes sin comprometer los recursos futuros. Para llevar a cabo esta energía sostenibles se utilizan energías renovables.

 

En México estas energías renovables generan solo el 7.5%[1] del total, mientras que en el mundo representan el 20%.

 

5.3.- Contaminantes

La generación de electricidad conlleva una serie de contaminantes. Los contaminantes dependen de la fuente de energía primaria utilizada, de la tecnología elegida y del entorno del emplazamiento de la instalación.

Vamos a estudiar cuales son los principales residuos que generan y los tratamientos necesarios.

 

Las centrales térmicas generan contaminantes debido a dos causas esencialmente:

1.- La quema de combustibles fósiles como el carbón o el fuel generan cenizas y humos entre los cuales encontramos emisiones de CO2 (dióxido de carbono), SO x (óxidos de azufre) y NO x (óxidos de nitrógeno). Por otro, generan un cambio térmico en el agua que utilizan para refrigeración.

 

El CO 2 es uno de los gases que favorecen el efecto invernadero, que es el responsable de que la tierra tenga su temperatura, pero un exceso de CO 2 en la atmosfera puede provocar un exceso de temperatura.

 

El SO x y el NO x son los causantes de la lluvia ácida. La asociación de los óxidos con el oxígeno y el agua  forman ácidos nítricos HNO 3 y ácidos sulfúricos H 2SO

 

Estos ácidos cambian el PH de la lluvia, esta lluvia acidifica ríos y aguas, matando a los seres vivos que viven en ellos.

 

2.- La contaminación térmica, se produce al devolver el agua a los ríos o al mar afectando negativamente a las especies que habiten en ella.

 

3.- Las centrales nucleares pese a no emitir humos y estar apartadas de núcleos urbanos tienen el problema de los residuos del combustible nuclear y el aumento de temperatura del agua. También generan contaminantes

 

4.- Las tecnologías generan residuos electrónicos, como silicio, germanio, etc.. Estos materiales pueden llegar a ser muy contaminantes.

 

5.4.- Responsabilidad social

Actualmente las empresas firman una responsabilidad social respecto al medio ambiente. Esto indica que adquieren una serie de compromisos y obligaciones con la naturaleza.

 

Los principales tratados a los que se han llegado han sido:

 

  • Protocolo de Kioto, en el año 1997. Los países acordaron reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero alcanzando una reducción del 5% en todo el mundo respecto al año 1990. Este tratado entraría en vigor cuando los países que firmaran superaran el 55% de las emisiones. El protocolo entro en vigor en el año 2004 con la inclusión de Rusia en el protocolo de Kioto. Los países europeos son los más activos dentro del protocolo mientras que Estados Unidos con el 25% de emisiones totales no participa.

 

  • Convención de Estocolmo, firmado en el año 2001. Entró en vigor en el año 2004. Este tratado prohíbe el uso de muchos componentes tóxicos y nocivos para la vida. Participan la mayoría de países desarrollados a excepción de Estados Unidos.

 

  • Cumbres de la tierra de Rio y Johannesburgo. Estas cumbres celebradas los años 1992 y 2002 respectivamente hablan sobre desarrollo sostenible y el estado del bienestar de las personas.

[1] http://www.sener.gob.mx/res/0/ER_para_Desarrollo_Sustentable_Mx_2009.pdf

Objetivo

6.-Objetivos

Mis objetivos son:

  • Investigar sobre la historia de la bioluminiscencia.
  • Dar a conocer la bioluminiscencia a la sociedad.
  • Hacer conciencia sobre los beneficios y ventajas que nos puede proporcionar el uso de la energía bioluminiscente.
  • Registrar los beneficios que nos da usar la energía bioluminiscente
  • Dar a conocer la tecnología actual que utiliza la bioluminiscencia  en casas, zonas públicas, edificios, etc.

Justificación

2.- Justificación.
En comparación con la luz humana, la bioluminiscencia es mucho más eficiente y avanzada: no genera calor ni, por tanto, malgasto de energía. Es una luz que no contamina ni se agota, que se autorregula según el entorno y los estímulos de uno o un grupo de organismos.

Hipótesis

7.-Hipótesis

Si se utiliza la bioluminiscencia como fuente de energía alternativa, podríamos reducir la contaminación del medio ambiente y la explotación de los recursos naturales.

Si las personas conocen los daños causados al obtener los diferentes tipos de energía utilizados por el ser humano, evitaran el consumo excesivo y el gasto innecesario.

Método (materiales y procedimiento)

8.- Desarrollo

8.1.- Biotecnología

La Biología, es una de las ciencias que más se desarrollo ha tenido en la época moderna. Desde sus inicios en el siglo XIX ha generado miles de descubrimientos y es reconocida como una ciencia de conocimiento básico.
La Biotecnología, y es la ciencia que utiliza organismos vivos o tejidos orgánicos para obtener servicios, bienes o soluciones.

 

A pesar de ser una tecnología reconocida relativamente hace poco, sus aplicaciones vienen de mucho atrás. Cualquier forma de fermentación de licores, la levadura del pan, la domesticación y cría de animales, la fabricación de quesos, y el descubrimiento de medicamentos como la penicilina y de los antibióticos son ejemplos del uso de biotecnologías.

A pesar de ser muy usada en lo agrícola y la producción de alimentos y bebidas, en las últimas décadas su mayor campo de desarrollo ha sido en las ciencias de la salud y más recientemente en la Ingeniería Genética.

 

8.2.- Bioluminiscencia

Se conoce como bioluminiscencia a la producción de luz de ciertos organismos vivos.

La bioluminiscencia es un fenómeno muy extendido en todos los niveles biológicos: así por ejemplo, producen o emiten luz ciertas insectos (luciérnagas de la familia Lampyridae) bacterias, hongos, protistas unicelulares (células animales, vegetales u hongos que presentan núcleo), celentéreos (gran grupo de animales metazoos, tales como: actinias, hidras, corales, medusas, anémonas y pólipos) gusanos, moluscos, cefalópodos,

crustáceos, insectos, equinodermos y peces.

 

8.2.1.- La luz de las Luciérnagas

Las luciérnagas son insectos fascinantes que tienen la capacidad de brillar en la oscuridad. Esto se debe a que generan luz propia gracias a un complejo e interesantísimo proceso químico llamado bioluminiscencia.

 

Existen más de 2.000 especies conocidas de luciérnagas. No todas las especies se iluminan, pero la mayoría sí lo hacen, y cada una de éstas tiene un patrón único de luz centelleante.  Se pueden encontrar luciérnagas en las noches de verano, cerca de pantanos o zonas húmedas, pues a las luciérnagas les fascina la humedad.

 

Observarlas brillar en la oscuridad, con diferentes patrones de acuerdo a su particular subespecie, es todo un verdadero espectáculo de la naturaleza.

 

 8.2.2.- La luz verde de las Medusas     

La luz verde que emiten ciertas especies de medusas llevó a investigadores a descubrir que estos patrones están asociados a trozos de ADN (ácido desoxirribonucleico) que ha permitido crear marcadores biológicos específicos para rastrear células y proteínas y evaluar en vivo su comportamiento, por ejemplo en la investigación de nuevos tratamientos contra enfermedades.

 

Tres Investigadores: Chalfie y Roger Y. Tsien y el japonés Osamu Shimomura obtuvieron el Premio Nobel de Química el año 2008 “por el descubrimiento y desarrollo de la proteína verde fluorescente, GFP”.

La proteína GFP, observada por primera vez en la medusa Aequorea victoria en 1962, se ha convertido en una de las herramientas más utilizadas en biomedicina.[1]

 

Gracias a esta proteína luminosa los investigadores han desarrollado formas de observar procesos que eran invisibles antes de su descubrimiento, como el desarrollo de las células nerviosas en el cerebro o la propagación del cáncer en las células.

 

8.2.3.- Mecanismo de producción de luz

La bioluminiscencia es un proceso en el que la energía que genera una reacción química se manifiesta como luz.

 

La enzima luciferasa cataliza la oxidación de la luciferina, una proteína que emite luz.

 

Las luciérnagas se iluminan gracias a que se encuentra en sus abdómenes un compuesto orgánico llamado luciferina, que en latín significa “portador de luz”. A medida que el aire entra como una ráfaga al abdomen de las luciérnagas, el aire reacciona con la luciferina, produciendo el familiar brillo verdoso amarillento siendo ésta una forma es muy eficiente para comunicarse en la noche.
La reacción se denomina quimioluminiscencia: una reacción de emisión de luz que no produce calor, lo que hace que sea eficiente en términos de energía.

 

8.2.4.- ¿Para qué sirve la bioluminiscencia?

La bioluminiscencia tiene distintas funciones en los ambientes naturales, entre ellas la defensa, la comunicación, la reproducción y la atracción de presas.

 

a.- Camuflaje

En muchos animales de las profundidades marinas, entre ellas varias especies de calamar, la bioluminiscencia bacteriana se utiliza para el camuflaje en el que el animal se confunde con la luz ambiental. En estos animales los fotoreceptores controlan la iluminación según la luminosidad del fondo del mar. Estos órganos luminosos están separados del tejido que contiene las bacterias bioluminiscentes

 

b.- Atraer presas y defensa ante depredadores

La bioluminiscencia es utilizada como un señuelo para atraer presas por varios peces de aguas profundas, como el rape.

 

Poseen una prolongación en forma de rama sobre sus ojos, un apéndice colgante que se extiende desde la cabeza del pez, con una pequeña bolsa llena de bacterias lumínicas. Esta luz que genera atrae a sus presas, ya que este pez vive entre tinieblas. Su alimentación es, por tanto, cualquier pez que sea atraído por las luces de su prolongación.

 

Ciertas especies de tiburones utilizan la bioluminiscencia para camuflar su parte inferior, apareciendo una pequeña mancha cerca de sus aletas pectorales la cual permanece oscura. Cuando los peces se acercan al señuelo, son capturados por el tiburón.

 

Los dinoflagelados pueden usar la bioluminiscencia para la defensa contra los depredadores. Ellos brillan cuando detectan un depredador, posiblemente haciendo a éste más vulnerable al atraer la atención de los depredadores de los niveles tróficos superiores.

 

c.- Distracción

Ciertos calamares y pequeños crustáceos utilizan mezclas químicas bioluminiscentes o suspensiones bacterianas de la misma forma en que algunos calamares hacen uso de su propia tinta. Una nube de material luminiscente es expulsado, con el propósito de distraer o repeler un posible depredador, mientras el animal escapa a un lugar seguro.

 

d.- Comunicación

Esta función juega un papel relevante en la regulación de luminiscencia en muchas especies de bacterias. Usando pequeñas moléculas secretadas extracelularmente, se encienden los genes para la producción de luz solamente en altas densidades de células.

 

e.- Iluminación

Mientras que la mayoría de bioluminiscencia marina es de color verde o azul, el  Dragonfish Negro produce un resplandor rojo. Esta adaptación permite a los peces visualizar especies juveniles rojo-pigmentadas, que son normalmente invisibles en el fondo de los océanos, donde la luz roja ha sido filtrada por la columna de agua.

 

8.3.- Los primeros estudios de la Bioluminiscencia.

La primera descripción de un organismo bioluminiscente data de muy antiguo y se debe a Cayo Plinio Segundo el Viejo (23-79 DC), quien describió en su Naturalis historia (Historia natural, una extensa enciclopedia de 160 tomos, de los cuales se conservan 37), la existencia de unas medusas en la bahía de Nápoles que resplandecían con una tonalidad verdosa al ser expuestas a la luz solar.

 

9.- Bioluminiscencia o luz biológica en diseños humanos

La biomimética, ciencia que toma la naturaleza como inspiración para crear tecnologías que resuelvan problemas humanos, ahora se toma en cuenta para desarrollar productos que imiten los mejores atributos de la naturaleza y obtener, así, el máximo rendimiento con el mínimo impacto.

 

La próxima frontera es adaptar los mecanismos de iluminación usados por varios seres vivos (bioluminiscencia) a la biotecnología. Varias industrias, desde la iluminación a la medicina, pasando por la electrónica y la informática, aguardan ya a los prometedores resultados.

 

Las tecnologías más avanzadas y eficientes están en los organismos

 

Hay aplicaciones biomiméticas relacionadas con los tejidos, la construcción, la movilidad o el consumo más eficiente de los recursos.

 

Las técnicas de biomimesis darán con productos que usaremos a diario en los próximos años, cuando intentaremos mantener nuestro nivel de vida y, a la vez, reducir nuestro impacto ecológico.

 

9.1.- Entender y reproducir la iluminación de los animales

La bioluminiscencia no debe confundirse con la fluorescencia, la fosforescencia o la refracción de la luz, técnicas empleadas también por numerosos organismos.

 

El principal atractivo de la bioluminiscencia es su propia naturaleza, al tratarse de la producción de luz en distintos organismos sin producir calor, que en las aplicaciones humanas debe entenderse a menudo como pérdida innecesaria -malgasto- de energía.

 

La fluorescencia es un tipo particular de luminiscencia, que caracteriza a las sustancias que son capaces de absorber energía en forma de radiaciones electromagnéticas y luego emitir parte de esa energía en forma de radiación electromagnética de longitud de onda diferente.

 

El mecanismo de fluorescencia típico implica tres pasos secuenciales, llamados respectivamente absorción (1), disipación no radiactiva (2) y emisión (3).

El ciclo completo es muy breve, transcurre en tiempos del orden de los nanosegundos, por lo que puede considerarse prácticamente instantáneo. Es este tiempo tan corto lo que diferencia a la fluorescencia de otro conocido fenómeno luminoso, la fosforescencia

 

La fosforescencia es el fenómeno en el cual ciertas sustancias tienen la propiedad de absorber energía y almacenarla, para emitirla posteriormente en forma de radiación

 

El mecanismo físico que rige este comportamiento es el mismo que para lafluorescencia, no obstante la principal diferencia con ésta es que hay un retraso temporal entre la absorción y la reemisión de los fotones de energía. En la fosforescencia, las sustancias continúan emitiendo luz durante un tiempo mucho más prolongado, aun después del corte del estímulo que la provoca, ya que la energía absorbida se libera lenta (incluso muchas horas después) y continuamente

 

9.2.- Una luz que no contamina, ni calienta, ni se agota

La iluminación entre los organismos vivos interesa especialmente por su eficiencia y escaso impacto, ya que no hay energía que se disipe en forma de calor residual, al tratarse de una luz “fría”, obtenida a través de mecanismos que han evolucionado durante millones de años.

 

Los animales se iluminan usando tres técnicas, intracelular, extracelular y mediante la ayuda de bacterias simbióticas, especializadas en bioluminiscencia.

 

La técnica intracelular es generada por células especializadas del propio organismo, y su luz se emite al exterior a través de la piel traslúcida, o tras filtrarse a través de tejidos reflectantes (en luciérnagas, por ejemplo).

 

Por el contrario, los organismos que generan la luz fuera de sus células (mecanismo extracelular), se sirven de la reacción entre dos tipos de pigmento que, al entrar en contacto entre sí, iluminan. Se trata de la luciferina y la luciferasa, sintetizadas en animales como crustáceos y algunos cefalópodos.

 

Finalmente, en la técnica de iluminación con bacterias luminiscentes, los animales marinos que se sirven de ella como celentéreos, gusanos, moluscos, equinodermos y peces, guardan bacterias luminiscentes en numerosas pequeñas vejigas distribuidas en diversos lugares del cuerpo.[2]

 

La comunidad científica se ha interesado hasta ahora por el mecanismo extracelular de producción lumínica, en el que se emplean las sustancias luciferina y luciferasa, al ser el más sencillo de reproducir en el laboratorio.

 

Este mecanismo, ajeno a la célula y que no requiere almacenar bacterias bioluminiscentes, requiere únicamente oxidar con oxígeno la molécula orgánica luciferina, un proceso en el que el organismo se ayuda de la encima luciferasa. La reacción genera luz, dióxido de carbono y un componente llamado oxiluciferina. Si bien algunos animales se sirven sólo de esta reacción para producir luz, otros necesitan moléculas adicionales para activar el proceso. Es el caso de las luciérnagas.

 

Molécula + enzima + un poco de oxígeno= LUZ

 

Este proceso reactivo que se sirve de una molécula y una enzima, podría reproducirse y aplicarse en diversos campos biotecnológicos

 

La fascinación humana documentada por los animales capaces de producir luz se remonta a la Época Clásica, cuando ya se describen hongos, luciérnagas y cefalópodos luminiscentes.

 

10.- Aplicaciones en la actualidad

El químico pionero del siglo XV Robert Boyle emprendió los primeros intentos documentados de descrifrar la “luz viviente”. Descubrió que los hongos bioluminiscentes dejaban de producir luz cuando eran introducidos en un recipiente sin oxígeno, aunque el motivo de este fenómeno no se conoció con detalle hasta las últimas décadas.

 

Al conocer los mecanismos precisos con que los animales producen luz biológica, investigadores y empresas experimentan con sus usos potenciales.

 

Entre las posibles aplicaciones biotecnológicas para la luz biológica, se cuentan:

 

* Árboles luminosos, que podrían disponerse en espacios públicos, o alinearse en autopistas, para aumentar la seguridad y reducir la factura eléctrica pública.

* Árboles de navidad que no requerirían iluminación artificial.

* Plantas con luz biológica que se iluminarían cuando necesitaran agua.

* Métodos para detectar la contaminación bacteriana de alimentos. Por ejemplo, productos contaminados con E. coli serían detectados al instante, debido a su luz biológica, activada en presencia de la bacteria.

* Identificadores biológicos que podrían ser aplicados en todo tipo de organismos para su control y trazabilidad (incluidos los humanos).

* Detectores luminosos de determinadas especies bacterianas en entornos concretos.[3]

 

10.1.- Mimbrea: La primera Bombilla Bioluminiscente

Philips está empezando a explorar un nuevo concepto de bioluz generada a partir de bacterias alimentadas con metano. Este tipo de iluminación podría aplicarse en espacios que requieran poca luz, como cines y discotecas o para sistemas de señalización vial o de incendios.

 

Nos hemos acostumbrado a rodearnos de aparatos que consumen energía incluso cuando no se están utilizando directamente. Entra en esta clasificación toda la señalización de emergencia que implica un consumo de fondo casi permanente, a pesar de ofrecer una iluminación mínima.

 

Con el sistema de bioluz, basado en la bioluminiscencia de algunas bacterias, este consumo de base desaparecería. El diseño de Philips tiene la apariencia de células montadas en la pared utilizando un marco de acero, interconectadas entre sí por tubos de silicio que alimentan a las bacterias con metano. Esta configuración pretende ilustrar el propio concepto de la biomimesis. Aunque la forma de la lámpara pueda ser trivial, el propio funcionamiento del aparato sí que utiliza directamente los recursos de la naturaleza para generar energía lumínica.

 

Esta luminaria forma parte de “Microbial Home” de Philips, un hogar en el cual lo que normalmente es considerado como desperdicio puede ser reutilizado para el funcionamiento de otros dispositivos. De esta forma, el metano necesario para su funcionamiento se obtiene de un digestor instalado en la propia vivienda. La luz resultante presenta una tonalidad verdosa que puede ser alterada con la introducción de proteínas fluorescentes.

 

Algunas de las aplicaciones teóricas para este tipo de iluminación serían la señalización en caminos, luces de emergencia, salidas para cines, luz ambiental y hasta indicadores para sistemas de diagnóstico como los monitores de diabetes. Con este sistema no se podría iluminar toda una casa, pero sería muy útil para sustituir los sistemas de “iluminación estética” por otros de gran eficiencia energética.

 

De momento se trata sólo de una idea conceptual y no debemos olvidar que estas luces necesitan metano para funcionar. Lo positivo es que, si el metano se genera igualmente como residuo de otro proceso, es fantástico haber encontrado una aplicación que aporte vida y luz a partir de algo que actualmente consideramos un desecho contaminante.[4]

 

10.2.- OLEDS, el futuro de la iluminación

La nueva tecnología de iluminación a base de diodos orgánicos de emisión de luz (Organic Light-Emitting Diode) OLEDS se basa en diodos con una capa electroluminiscente formada por una película de componentes orgánicos que reaccionan a una determinada estimulación eléctrica, generando y emitiendo luz por sí mismos.

 

Existen muchas tecnologías OLED diferentes, tantas como la gran diversidad de estructuras y materiales que se han podido implementar para contener y mantener la capa electroluminiscente.

 

 

10.3.-Plantas Bioluminiscentes, una mirada hacia el futuro

Un grupo de científicos buscan reemplazar la iluminación eléctrica por un sistema basado en la ingeniería genética y la biotecnología

 

¿Te imaginas árboles luminosos capaces de alumbrar los espacios públicos, o alinearse en autopistas para aumentar la seguridad y reducir la factura eléctrica?

 

¿Puedes concebir árboles de navidad que no requieran iluminación artificial, o plantas como luces decorativas en los pasillos de tu casa?

 

Impulsados por esta iniciativa el equipo estadounidense Glowing Plant, busca desplazar esta facultad a un reino prohibido por la naturaleza: las plantas. Este pequeño pero inspirado grupo de científicos busca reemplazar a medio o largo plazo la iluminación obtenida a partir del consumo eléctrico, por un sistema mucho más eficiente que estaría basado en la biología sintética, la ingeniería genética y la biotecnología.

 

El plan consiste en tomar un gen de la bacteria capaz de luminiscencia denominada Vibrio fischeri, e integrarlo en una planta, más concretamente en la Arabidopsis thaliana (la cual es ampliamente utilizada en experimentación genética ya que se ha obtenido su genoma completo). Mediante una pistola genómica se editan las cadenas de ADN y posteriormente, por medio de otra bacteria que funciona como vehículo, se inocula el nuevo código en la planta.

 

 

El primer diseño de una planta bioluminiscente se realizó en 1986, mediante un experimento que consistía en expresar la luciferasa de luciérnaga en una planta de tabaco, sin embargo, esta planta tenía que ser alimentada con luciferina para permitir que brillara, pero por sí misma no emitía luminosidad.

 

El avance de este novedoso intento fue descubrir que los cloroplastos (antiguos descendientes de las bacterias que entraron en simbiosis con las plantas) conservan la capacidad de leer el ADN por medio de operones, de modo que es perfectamente factible insertar nuevos operones en el genoma del cloroplasto.

 

Este nuevo proyecto garantiza aumentar la intensidad del brillo en la planta insertando en el ADN vegetal una composición bastante similar proveniente del ADN bacteriano. “No esperes que deslumbre; al principio será como…, un leve resplandor”, anuncia Anthony Evans, investigador a cargo del proyecto.

 

Si el trabajo finalmente sale adelante, el equipo se centrará primero en obtener semillas de la planta fluorescente de Arabidopsis thaliana (familia de la mostaza) y en el caso de lograrse mayor financiación, trabajarían en el desarrollo de “rosas resplandecientes”.

 

Aunque estas primeras generaciones de plantas tienen todavía una débil intensidad, la idea a largo plazo es reemplazar la iluminación eléctrica o de gas con luz natural emitida por las plantas. Asimismo los avances en biología pueden solventar también los grandes problemas de la sociedad actual, como son gran consumo eléctrico y las constantes emisiones de CO2. Esta iniciativa significa un gran paradigma no sólo para la ciencia y la tecnología, sino también la propia biología y genética; y aunque todavía no podamos reemplazar el alumbrado público por “árboles de luz”, se ha plantado ya la semilla para que en un futuro cercano nuestras ciudades puedan ser iluminadas con farolas vegetales. [5]

 

10.4.- Bioluminiscencia con Nanopartículas de oro

Comprueban la posibilidad de que las plantas emitan luz propia al serle implantadas nanopartículas de oro

 

La tecnología de iluminación busca constantemente nuevos escorzos para hacer de la luz una fuente cada vez más costeable y eficiente. Ahora investigadores del Centro de Ciencias Aplicadas de la Universidad Sinica, en Taiwán, asombraron a la comunidad científica por el desarrollo de bioluminiscencia a partir de nanopartículas de oro. Y fue la necesidad de encontrar una iluminación de alta eficiencia, similar a la tecnología LED, la que impulsó al profesor Chang Shih-Hui y el doctor Yen-Hsun Wu enfocarse en un campo abierto para la iluminación: la bioluminiscencia.

 

 

El reciente experimento logró implantar nanopartículas de oro en las hojas de la planta acuática Bacopa caroliniana, la cual logró una emisión de color rojo alrededor de la clorofila al ser estimulada con luz natural y, bajo una luz ultravioleta de alta longitud, una fluorescencia azul-violeta.

 

Aunque por el momento el experimento se encuentra en su primer fase de desarrollo, los descubridores aseguran que el procedimiento denominado “resonancia superficial de plasmones” es inocuo para las plantas, y creen incluso que el mismo método podría utilizarse para que las hojas de cualquier árbol emitan la luz suficiente como para iluminar un espacio público, aunque para ello apuntan “aún hay que refinar el hallazgo antes de dar con un método de aplicación sencillo y viable”. Los investigadores son conscientes del incipiente alcance que tiene la tecnología en bioluminiscencia en el mercado de la iluminación artificial, no obstante la meta a seguir es que en un futuro los árboles sean capaces de reemplazar el alumbrado público y asegurar con ello un ahorro de energía y protección del medio ambiente.

 

“En el futuro, los bio-LED podrían ser utilizados para que los árboles a las orillas de las carreteras iluminen la noche. Esto ahorrará energía y absorberá el CO2, mientras que la luminiscencia del bio-LED hará que el cloroplasto lleve a cabo la fotosíntesis”, dijo Yen-Hsun Su en una entrevista para Chemistry World.

El doctor Yen-Hsun Wu, participante en el proyecto, explicó que en realidad él y sus colegas trataban encontrar una alternativa más barata y no tóxica al polvo de fósforo que se utiliza en las bombillas modernas de diodos emisores de luz. “Los LEDs han reemplazado las fuentes de luz tradicional en muchos paneles y el alumbrado público.

 

Una gran cantidad de diodos, especialmente los de luz blanca, utilizan polvo de fósforo para estimular la luz de diferentes longitudes de onda. Sin embargo, el polvo de fósforo es altamente tóxico y su precio es alto. Como resultado, el Dr. Yen-Hsun Wu tuvo la idea de descubrir un método que sea menos tóxico para reemplazar al polvo de fósforo”, afirmó el profesor asistente Shih-Hui Chang.

Excesivo, el gasto actual en mantenimiento y electricidad que exige cualquier sistema de iluminación urbano. Gratis, la posibilidad de imaginar un bosque de árboles iluminados con nanopartículas de oro.

 

No obstante, experimentos como el realizado recientemente en China nos confirman que, quizá en poco tiempo la inspiración científica y el mercado de iluminación puedan aliarse para crear un contexto urbano, más que futurista, amigable con el medio ambiente.[6]

 

10.5.- Ovejas que brillan

Durante 2013, el esfuerzo conjunto de un grupo de investigadores que iniciara su aventura desde 2009, rindió́ frutos con el nacimiento de los primeros borregos transgénicos en Sudamérica, los cuales, además, brillan en la oscuridad.

 

El Instituto de Reproducción Animal Uruguay (Irauy) es el escenario en el que ahora se desarrollan estas nueve ovejas que nacieron en 2011, un esfuerzo en conjunto con la Unidad de Animales Transgénicos y de Experimentación del Instituto Pasteur de Montevideo (IPM).

 

A las ovejas se les incorporó el gen que produce la GFP, durante la fase embrionaria, para identificar si el animal es transgénico o no gracias a la luminiscencia de su piel. Esto sirvió́ como prueba de concepto, para poner la técnica a funcionar, de acuerdo al doctor Alejo Menchaca, veterinario fundador del Irauy, quien dirigió́ el estudio junto a Martina Crispo, encargada de la unidad del IPM.

 

El objetivo principal de esta investigación fue generar conocimiento que ayude a investigaciones futuras. «Ahora, con la técnica en nuestras manos, podemos trabajar con otros genes de mayor interés», explicaba Menchaca en entrevista.

 

Un gen de interés podría ser, por ejemplo, el encargado de la producción de la hormona de crecimiento en el ser humano, el cual se agrega a un embrión de una vaca, oveja o cabra, para que lo incorpore a su ADN y en un futuro produzca en su leche esa hormona. Después se aísla la proteína y se elabora el medicamento que consumirá́ la persona con enfermedades endocrinas. Este proceso haría más accesibles los costos entre la población.[7]

 

10.6.- Detección de vida

La Bioluminiscencia es una tecnología basada en la detección del ATP (Adenosin Trifosfato), molécula energética de todos los organismos vivos. Fue primeramente introducida por la NASA en 1960 como una posible medida para detectar vida en otros planetas y como medida preventiva de contaminación en el agua reciclada durante largos viajes al espacio.

 

Las luciérnagas poseen una enzima llamada Luciferin- Luciferasa que al combinarse con el ATP producen Luz.

 

10.6.1.- ¿Qué es el ATP El Adenosin Trifosfato (ATP)?

 

Es un compuesto presente en todos los seres vivos, animales y plantas, incluyendo gran número de alimentos y residuos de alimentos, bacterias, hongos y otros microorganismos.

 

La cantidad de ATP puede ser usada como indicador de la cantidad de tales sustancias sobre las superficies en contacto con los alimentos, proporcionando así una medida de su estado de limpieza y de la eficiencia de los procesos de limpieza, detergentes y desinfectantes.

 

El Uni-Lite NG (Direct Hygiene Swab Testing System) Sistema de diagnóstico directo de higiene por frotis, juntamente con el conjunto de reactivos, proporciona todos los componentes necesarios para la medida del ATP, según la reacción química:

 

Luciferin-Luciferasa + ATP ­ LUZ[8]

Evidencias y Métodos.

Con la finalidad de ilustrar un poco a la vista lo que es la BIOLUMINISCENCIA, hice dos instalaciones de luz negra para poder observar el fenómeno de flourescencia que es el que estuvo a mi alcance poder realizar.

 

Adquirí en una tienda de material electrónico:

4 metros de cable

2 soquets

2 clavijas

Cinta de aislar

Cúter

2 focos de luz negra

 

Con este material realice la instalación para poder conectar los focos de luz negra.

 

Así fue como quedaron, esta increíble el efecto que producen.

 

Me di a la tarea de poder encontrar formulas para preparar sustancias que tuvieran luminiscencia y encontré principalmente dos compuestos, los dos a base de agua quina, que brilla bajo luz ultravioleta (luz negra) debido a la fluorescencia natural del sulfato de quinina presente en ella.

 

Uno de los compuestos está mezclado con Agua Oxigenada:

250 ml. de Agua Quinada

1 cdita. De Bicarbonato de Calcio

1 cdita. De Agua oxigenada

Se agita fuertemente en un contenedor.

Pude observar que su fluorescencia no es tan intensa.

 

El siguiente compuesto está mezclado con Peróxido:

250 ml. de Agua Quinada

1 cdita. De Bicarbonato de Calcio

1 cdita de Peróxido

Se agita fuertemente en un contenedor.

Pude observar que su fluorescencia es mucho más intensa que la mezcla anterior.

 

Estos compuestos y la instalación del foco de luz negra, los pienso utilizar para mi stand en la Expo ciencia, si bien es cierto no es BIOLUMINISCENCIA, quiero poder reproducir un poco de la magia de la Luminiscencia de esos increíbles seres que iluminan la naturaleza con su luz.

[1] http://www.surmagico.cl/bioluminiscencia.html

 

[2] http://www.faircompanies.com/news/view/bioluminiscencia-iluminar-sin-emitir-calor-ni-usar-energia/

 

[3] http://www.faircompanies.com/news/view/bioluminiscencia-aplicar-luz-biologica-en-disenos-humanos/

[4] http://www.mimbrea.com/la-primera-bombilla-bioluminiscente/

 

[5] http://www.iluminet.com/plantas-bioluminiscentes-futuro-iluminacion/

 

[6] http://www.iluminet.com/plantas-bioluminiscentes-futuro-iluminacion/

 

[7] http://cienciauanl.uanl.mx/?p=832

[8] http://www.ictsl.net/downloads/bioluminiscencia.pdf

Galería Método

Resultados

La bioluminiscencia siempre me pareció algo increíble y sorprendente y ahora al investigar más sobre el tema me doy cuenta de que además puede ser algo súper útil en nuestro futuro, una herramienta para ayudar a nuestro medio ambiente y poder ayudar a la tierra a recuperarse del desmedido uso de los recursos naturales.

Nunca creí que la tecnología ya estuviera tan adelantada en este campo y pude ver y conocer diferentes estudios y desarrollo de proyectos en diferentes partes del mundo; desafortunadamente en México es casi imposible encontrar instituciones científicas que estén desarrollando trabajos sobre BIOLUMINISCENCIA y mucho más difícil encontrar alguna empresa que se dedique a la venta de organismos o plantas que produzcan bioluminiscencia.

Encontre tres instituciones en Estado Unidos: Empco Holdings, ubicado en California; Seafarms, en Goleta California y Carolina en Burlington, North Carolina, cada una tienes su sitio y venden kits para desarrollar proyectos de filogénesis (algas bioluminiscentes) .
.
Los Kits van desde unos $49 usd por un Kit de Alga Pyrocystis fusiformis, hasta $199 usd por un Kit Deluxe Pyrocystis Culturing.

Lo más difícil era saber si el tiempo de entrega iba a ser el justo para evitar que las algas murieran por falta de oxigeno y luz solar, ya que solo aguantaban 72 horas sin estos elementos, por esta razón no pude adquirir los kit y realizar mis cultivos.

Sin embargo, aprendí muchísimo y pude cumplir mis objetivos, además la investigación que realice me ha despertado un gran interés en la biotecnología y eso es lo que quiero estudiar cuando sea grande y poder desarrollar tecnología que se base en la biomimética y ayude a nuestro planeta y a la humanidad sin tener que deteriorar nuestro medio ambiente.

Estoy seguro de que la clave para un futuro brillante y amigable es la SUSTENTABILIDAD y nos permitirá a los humanos permanecer en nuestro planeta de una forma más armónica y favorable para todas las especies que la conformamos.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

Aprendí muchísimo y pude cumplir mis objetivos, además la investigación que realice me ha despertado un gran interés en la biotecnología y eso es lo que quiero estudiar cuando sea grande y poder desarrollar tecnología que se base en la biomimética y ayude a nuestro planeta y a la humanidad sin tener que deteriorar nuestro medio ambiente.

 

Estoy seguro de que la clave para un futuro brillante y amigable es la SUSTENTABILIDAD  y nos permitirá a los humanos permanecer en nuestro planeta de una forma más armónica y favorable para todas las especies que la conformamos.

 

Bibliografía

FUENTES DE INFORMACIÓN

 

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http://www.mimbrea.com/la-primera-bombilla-bioluminiscente/

http://ingeni4ndo.blogspot.mx/2014/06/como-hacer-luz-fluorecente-con-refresco.html

 



Bioluminiscencia, La luz del futuro

Summary

Summary

Humanity has become the main predator of our environment, natural resources are being exploited excessively, causing many of them to disappear in the not too distant time in the world as well as causing damage to other aspects of nature and ecosystems providing beings, craft and medium environments unique and irretrievable.

And what will we do when this occurs? Therefore it is important to seek alternatives to ensure we stay at our friendly, sustainable and self-sustaining planet.

So in this paper I propose bioluminescence as part of this alternative, a look at the collection of light energy from living organisms already present in nature and which for years have been studied by the incredible and almost magical effect produced and human observation that has captivated several scientists at different times. I invite you to take advantage and imitate those successes and adaptations that nature has to survive and evolve.

 

We think that bioluminescence or ability to generate light a living being is a rare anomaly of a handful of animals.

 

But on the seabed, whose deepest point has been visited shortly ago by James Cameron, filmmaker explained the Gaia Hypothesis to the masses, 90% of living beings have acquired this ability: survival were doing.

 

Our ability to catalog, although it has increased in recent decades, not given to us to meet only a percentage of the organisms living in the soil.

 

Nature is the greatest inspiration of technological advances

 

Among the applications that most interest for fields such as biotechnology and medicine, bioluminescence highlights, or production of light by living organisms, practical attribute for, depending on the species, mate, hunt prey, confuse predators, or communicate modes yet deciphered by science.

Bioluminescence is believed that could cause many practical applications because it would become a way of producing light and not to enhance the existing, unlike fluorescence, phosphorescence or refraction of light-techniques also used by organisms.

 

Compared to human light, bioluminescence is more efficient and advanced: not generate heat nor therefore wasted energy. It is a light that does not pollute or runs out, that regulates itself according to the environment and stimulation of one or a group of organisms.

Research Question

2. Research Questions What is bioluminescence? Bioluminescence Is an alternative to the use of electricity? Is it possible to use energy everyday bioluminescent?

Problem approach

We think that bioluminescence or ability to generate light a living being is a rare anomaly of a handful of animals. But on the seabed, 90% of living beings have acquired this capacity. And in the earth are few things that can be found but always amazing.

 

In fields such as biotechnology and medicine, bioluminescence has aroused great interest, as it could cause numerous practical applications that would become a way of producing light and not to strengthen the already existing.

 

Bioluminescence is much more efficient and advanced: not generate heat and thus wasted energy. It is a light that does not pollute or runs out, that regulates itself according to the environment and stimulation of one or a group of organisms.

Humans have modified and altered ecosystems, harming living beings that comprise it.

 

A big change was caused from the industrial revolution. Since then, cities grow and the need for raw materials to generate electricity is growing.

 

 

The energy situation in the world has changed greatly in the last century. In the last 20 years it has doubled the energy consumed.

 

Sustainable energy is able to meet present needs without compromising future resources and to achieve this you need to use renewable energy.

 

In Mexico these renewable energy generated only 7.5% of the total, while in the world accounting for 20%

Background

Objective

3. Objectives
Research the history of bioluminescence.
Introduce bioluminescence to society.
Raise awareness about the benefits and advantages that can provide us the use of bioluminescent energy.
Register the benefits it gives us energy use bioluminescent
Introduce the current technology using bioluminescence in homes, public areas, buildings, etc.

Justification

Humanity has become the main predator of our environment, natural resources are being exploited excessively, causing many of them to disappear in the not too distant time in the world as well as causing damage to ecosystems.

Therefore important to seek alternatives to ensure we stay at our friendly, sustainable and self-sustaining planet.

So in this paper I propose bioluminescence as part of this alternative, obtaining light energy from living beings who for years have been studied for their amazing ability.

Hypothesis

4. Hypothesis
If bioluminescence as alternative energy source is used, we could reduce environmental pollution and exploitation of natural resources.

If people know the damage done to get the different types of energy used by humans, avoid excessive consumption and wasteful spending

Method (materials and procedure)

Results

Bioluminescence I always found something amazing and surprising and now to investigate more about it I realize it can also be something extremely useful in our future, a tool to help our environment and to help the land to recover from excessive use of natural resources.

 

I never believed that technology was already so advanced in this field and I could see and experience different studies and development projects in different parts of the world; unfortunately in Mexico it is almost impossible to find scientific institutions that are developing work on bioluminescence and more difficult to find a company that is dedicated to selling agencies or plants that produce bioluminescence.

 

I found three institutions in United States: Empco Holdings, based in California; Seafarms in Goleta California and Carolina in Burlington, North Carolina, each have their place and sell kits to develop projects phylogeny (bioluminescent algae).

.

Kits range from about $ 49 usd for Alga Pyrocystis fusiformis Kit to $ 199 USD for Culturing Pyrocystis Deluxe Kit.

The hardest thing was whether the delivery time would be the right time to prevent algae die from lack of oxygen and sunlight, as only put up with 72 hours without these elements, therefore could not acquire the kit and perform my crops.

 

However, I learned a lot and I could achieve my objectives, besides the investigation conducted was awakened great interest in biotechnology and that’s what I want to study when I grow up and to develop technology that relies on biomimetics and help our planet and humanity without damaging our environment.

 

I am sure that the key to a bright and friendly future is sustainability and allow us humans to remain on our planet in a more harmonious and favorable way for all species that settle.

Discussion

Conclusions

Bioluminescence I always found something amazing and surprising and now to investigate more about it I realize it can also be something extremely useful in our future, a tool to help our environment and to help the land to recover from excessive use of natural resources.

 

I never believed that technology was already so advanced in this field and I could see and experience different studies and development projects in different parts of the world; unfortunately in Mexico it is almost impossible to find scientific institutions that are developing work on bioluminescence and more difficult to find a company that is dedicated to selling agencies or plants that produce bioluminescence.

 

I found three institutions in United States: Empco Holdings, based in California; Seafarms in Goleta California and Carolina in Burlington, North Carolina, each have their place and sell kits to develop projects phylogeny (bioluminescent algae).

.

Kits range from about $ 49 usd for Alga Pyrocystis fusiformis Kit to $ 199 USD for Culturing Pyrocystis Deluxe Kit.

The hardest thing was whether the delivery time would be the right time to prevent algae die from lack of oxygen and sunlight, as only put up with 72 hours without these elements, therefore could not acquire the kit and perform my crops.

 

However, I learned a lot and I could achieve my objectives, besides the investigation conducted was awakened great interest in biotechnology and that’s what I want to study when I grow up and to develop technology that relies on biomimetics and help our planet and humanity without damaging our environment.

 

I am sure that the key to a bright and friendly future is sustainability and allow us humans to remain on our planet in a more harmonious and favorable way for all species that settle.

Bibliography

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