Bioluminescência nos Oceanos

A bioluminescência é caracterizada como a emissão de luz visível por um organismo, como resultado de reações químicas naturais, sendo a principal fonte luminosa em grande parte dos oceanos. Uma notável diversidade de organismos marinhos é capaz de produzir sua luz própria e utilizam da bioluminescência para funções vitais que vão desde sua defesa até a reprodução (WILSON; HASTINGS, 1998; HADDOCK et al., 2010). Sabe-se que a grande maioria dos organismos bioluminescentes reside nos oceanos, sendo que dos mais de 700 gêneros conhecidos, cerca de 80% são espécies marinhas (WIDDER, 2010). O ambiente marinho possui algumas particularidades, especialmente favoráveis, ​​para a evolução da bioluminescência. Como principal fator, destaca-se uma longa história evolutiva ininterrupta, com condições que prevaleceram relativamente estáveis ao longo do tempo; grandes áreas do habitat que recebem pouca luz, ou até mesmo existem em escuridão contínua; além de interações que ocorrem entre um enorme variedade de táxons, incluindo predadores, presas e parasitas (HADDOCK et al., 2010). 

Do ponto de vista ecológico, a bioluminescência é uma forma de comunicação importante no ambiente marinho, tendo influência na imensa migração vertical diária, que é definida como uma estratégia feita por organismos, tais como zooplânctons, que visa mitigar o risco de predação, além de influenciar na relação de predador-presa e consequentemente, o fluxo através da cadeia alimentar. A luminescência biológica foi documentada em uma ampla gama de organismos, desde bactérias e protistas, até lulas e peixes, com numerosos filos entre eles. Nesse contexto, estudos já relatam a bioluminescência como produzida endogenamente pelos próprios organismos, em vez de ser derivada de associações simbióticas bacterianas, sendo que a produção de luz é predominantemente maior em organismos de águas profundas e planctônicos, em comparação com espécies bentônicas ou de águas rasas (NEALSON; HASTINGS, 1979; HERRING, 1987 apud HADDOCK et al., 2010).

Inúmeros gêneros luminosos conhecidos foram catalogados em 1987 por Herring, mas descobertas adicionais vêm sendo feitas continuamente. Atualmente, sabe-se que peixes bioluminescentes são predominantes em termos de biomassa, enquanto bactérias e dinoflagelados são predominantes em termos de abundância. A distribuição da luminescência pelos principais grupos taxonômicos não demonstra seguir restrições filogenéticas ou oceanográficas simples à primeira vista. Muitas linhagens estudadas e catalogadas apresentam pelo menos uma espécie bioluminescente (NEALSON; HASTINGS, 1979; HADDOCK et al., 2010; WIDDER, 2010). 

No que tange à compreensão da base fisiológica e química da luz bioluminescente, conforme Osamu Shimomura (2006), a luz natural é gerada como resultado da energia liberada durante uma reação de oxidação da luciferina, uma molécula emissora de luz. O índice de reação da luciferina é modulada por uma enzima, denominada luciferase ou uma fotoproteína variante da luciferase. Alguns fatores indispensáveis para a emissão de luz (incluindo a luciferina e o oxigênio) são coalescidos como uma unidade. As fotoproteínas, ao se ligarem a outro íon ou cofator, são ativadas para produzir luz,  gerando uma alteração da estrutura conformacional da proteína. Este processo químico oferece ao organismo uma forma de regular sua emissão de luz (SHIMOMURA, et al., 1981; THOMSON, et al., 1998; HADDOCK et al., 2010).

Embora a reação oxidativa com luciferinas seja responsável por grande parte das emissões luminosas naturais nos oceanos, ainda há muitas outras reações emissoras de luz ainda a serem descobertas. Emissões bacterianas, por exemplo, envolvem a oxidação de proteínas com cadeias longas de aldeídos e da enzima luciferase. Além disso, diversos outros organismos bioluminescentes marinhos possuem variações em seus processos químicos e moleculares de emissões luminosas. Em suma, a bioluminescência nos oceanos é de extrema importância para a sobrevivência e perpetuação de espécies, além de influenciar de forma direta no equilíbrio ecológico do habitat marinho. 

Imagem: 

(Photos: S. Haddock)

Legenda: 

Galeria de organismos marinhos bioluminescentes. (a) Bactérias bioluminescentes cultivadas em uma placa de Petri; (b) radiolários coloniais de águas rasas; (c) a hidromedusa Aequorea victoria; (d) tentáculos com pontas vermelhas e células urticantes brancas do sifonóforo Erenna sp.; (e) poliqueta pelágica Tomopteris, que emite luminescência amarela; (f) larva planctônica do verme bolota Ptychodera flava; (g) fluorescência mostrando os fotóforos marginais de Aequorea coerulescens; (h) lula vampiro Vampyroteuthis infernalis com órgãos luminosos nas pontas dos braços; (i) o chaetognatha bioluminescente Caecosagitta macrocephala; (j) emissão de bioluminescência de órgãos luminosos da lula; (j) ctenóforo Beroe forskalii, mostrando um arco-íris de cores estruturais, não bioluminescência; (k) Abraliopsis sp.; (l) imagem intensificada da frenesi luminescente de Beroe forskalii; (m) krill Thysanoessa sp.; (n) foto ao vivo do peixe-pescador Chaenophryne longiceps; (o) ostracode Conchoecia sp. que usa coelenterazina em vez da luciferina típica dos ostracodes; (p) peixe-macho com uma sobreposição de fotóforos ventrais mostrados por sua fluorescência azul; (q) grande copépode Gaussia princeps; (r) peixe-lanterna mictófido com padrão específico de fotóforos e órgão "sternchaser" branco; (s) Tactostoma sp., em luz branca, e (t) sob iluminação fluorescente, mostrando os fotóforos vermelhos e verdes. Todas as imagens mostram animais iluminados por um flash de luz branca, exceto a, k e l, que registram a luz bioluminescente, e g, p e t, que usam iluminação por fluorescência para revelar padrões de fotóforos. (Fonte: S. Haddock). 

Referências Bibliográficas: 

WILSON, Thérèse; HASTINGS, J. Woodland. BIOLUMINESCENCE. ANNUAL REVIEW OF CELL AND DEVELOPMENTAL BIOLOGY, Volume 14. Department of Molecular and Cellular Biology, Harvard University, Cambridge, Massachusetts, 1998.

HADDOCK, Steven H.D.; MOLINE, Mark A.; CASE, James F. Bioluminescence in the Sea. ANNUAL REVIEW OF MARINE SCIENCE, Volume 2. California, 2010

WIDDER, Edith A. Bioluminescence in the Ocean: Origins of Biological, Chemical, and Ecological Diversity. SCIENCE 328 , 704. 2010.

NEALSON, K. H.; HASTINGS, J. W. Bacterial Bioluminescence: Its Control and Ecological Significance. MICROBIOLOGICAL REVIEWS, p. 496-518. Dec. 1979. 

HERRING, P.J. Systematic distribution of bioluminescence in living organisms. J. Biolum. Chemilum. 1:147– 63. 1987. 

DUNLAP, J.C.; HASTINGS, J.W.S; HIMOMURA, O. Dinoflagellate luciferin is structurally related to chlorophyll. FEBS Lett. 135:273–76. 1981.

REES, J.F.; DE WERGIFOSSE, B.; NOISET, O.; DUBUISSON, M.; JANSSENS, B.; THOMPSON, E.M. The origins of marine bioluminescence: Turning oxygen defence mechanisms into deep-sea communication tools. J. Exp. Biol. 201:1211–21. 1998.