Por aquel entonces, las bacterias capaces de respirar eran muy pocas. El resto de organismos vivían felices sin llevar a cabo esa función que hoy en día es fundamental. Todos ellos vagaban por los distintos océanos terrestres hasta que, en algún momento, una avanzada célula eucariota (que ya había desarrollado un núcleo donde mantener a salvo su genoma) engulló a una de estas bacterias consumidoras de oxígeno, pero por algún extraño motivo no llegó a digerirla. De esta manera, la cantidad de energía que era capaz de producir gracias a la respiración era una enorme ventaja. Después la selección natural hizo el resto y permitió que ambos organismos vivieran colaborando mutuamente para siempre. Hoy, las células eucariotas tienen unos orgánulos, descendientes de esas bacterias fagocitadas, que respiran por ellas: las mitocondrias. 

Esta elegante hipótesis, conocida en biología como teoría endosimbiótica, se postuló ya en el siglo XIX, aunque no fue ampliamente aceptada hasta el desarrollo y popularización que le dio la  investigadora Lynn Margulis en varios trabajos publicados entre los años 60 y 80 del pasado siglo. La teoría propone un interesante mecanismo (ingestión y simbiosis) por el cual las células eucariotas fueron incorporando distintos orgánulos que les otorgarían grandes ventajas evolutivas sin tener que desarrollarlas de cero. Este mecanismo, la endosimbiosis, explicaría la existencia de las mitocondrias así como el hecho de que las células vegetales hubiesen incorporado los cloroplastos, que son los orgánulos que permiten a las plantas llevar a cabo la fotosíntesis.

El oxígeno es un ingrediente clave para llevar a cabo la respiración celular. Este gas reacciona con los nutrientes esenciales de la célula (azúcares, ácidos grasos y aminoácidos), una vez metabolizados para producir energía. Por tanto, controlar la obtención, transporte y distribución del oxígeno es algo clave para cualquier ser vivo.  

Pero hay un insecto, que seguro que te ha llamado la atención más de una vez durante las noches de campamento, que necesita controlar el consumo de oxígeno de una forma todavía más delicada. Las luciérnagas utilizan el oxígeno, además de para respirar, para poder «encenderse» y atraer a sus parejas. Podrás descubrir muchos más secretos de las luciérnagas en el primer número impreso de Principia Magazine. Un estudio publicado recientemente ha demostrado que las luciérnagas hacen un gran sacrificio cuando se iluminan. En ese preciso instante, y para asegurar que todo el oxígeno de su cuerpo se utiliza en iluminar el extremo de su abdomen, bloquean la acción de las mitocondrias. Podría decirse que las luciérnagas tienen que aguantar la respiración si quieren brillar en la oscuridad.

Las luciérnagas utilizan el oxígeno, además de para respirar, para poder «encenderse» y atraer a sus parejas

Los autores del estudio, además han logrado descifrar el ingrediente clave para que este sistema de control funcione. Se trata de otro gas, el monóxido de nitrógeno (NO). El NO en el aire puede resultar tóxico y en presencia de agua puede llegar a producir lluvia ácida. Sin embargo, en las luciérnagas lleva a cabo una función muy diferente. Durante los periodos en los que necesita iluminarse, el NO bloquea los lugares de la mitocondria en los que el oxígeno ejerce su papel durante la respiración celular. Cuando el oxígeno ya no es necesario para iluminar, vuelve a permitírsele que se incorpore al metabolismo en las mitocondrias para ejercer su función habitual, desplazando al NO. Esto se ha comprobado en cámaras especiales donde se observa que la luminiscencia es más intensa si aumenta la concentración de NO en el ambiente y viceversa.

Sorprendentemente, las luciérnagas no son las únicas que utilizan el monóxido de nitrógeno para poder pasar una noche divertida. A finales de los años ochenta, se descubrió que el cuerpo humano era capaz de producir NO a partir de un aminoácido llamado arginina. El NO tiene un efecto vasodilatador y, entre otras muchas cosas, juega un papel clave en la erección, estimulando la formación de una sustancia conocida como GMP cíclico. Pero si en algún momento lo necesitáis, no intentéis aguantar la respiración, no conseguiréis mejorar la situación ni iluminaréis nada. Los humanos no producen bioluminiscencia. No obstante, gracias a la investigación científica disponemos de medicamentos (como las famosas pastillas azules) que mediante distintos mecanismos, también estimulan la producción de GMP cíclico y ayudan a levantar el ánimo.

Referencia: Hwu, Y. et al. 2014. Firefly Light Flashing: Oxygen Supply Mechanism. Physical Review Letters 113: 258103.