La bioluminiscencia siempre ha tenido algo de frontera entre la ciencia y el asombro. En la naturaleza aparece en luciérnagas, hongos, peces abisales y numerosos organismos marinos. También en ciertas algas que, al ser agitadas por las olas o por el paso de una embarcación, producen destellos azulados durante la noche. Pero lo que hasta ahora era un fenómeno breve, difícil de controlar y ligado a estímulos físicos empieza a convertirse en una posible tecnología.

Un equipo de la Universidad de Colorado Boulder y colaboradores ha demostrado una forma de activar y sostener durante varios minutos la emisión de luz de Pyrocystis lunula, un alga marina bioluminiscente. El trabajo, publicado en Science Advances, plantea un avance significativo en el desarrollo de materiales vivos capaces de producir luz sin recurrir directamente a electricidad, baterías o componentes electrónicos convencionales.

Un material vivo impreso en 3D

Pyrocystis lunula, un tipo de alga bioluminiscente, es uno de los organismos responsables del brillo azul frío que a veces aparece en las olas del océano. Estos microorganismos fotosintéticos sobreviven únicamente con agua de mar, luz solar y dióxido de carbono (CO₂), y emiten destellos cuando son agitados por el movimiento de las mareas, el oleaje o el paso de una embarcación.

El problema es que, en condiciones naturales, esos destellos duran apenas milisegundos. Por eso, los investigadores se plantearon una pregunta clave: ¿sería posible mantener esa luz encendida durante más tiempo mediante estímulos químicos? Estudios previos ya habían apuntado que la exposición a determinados compuestos podía activar la reacción bioluminiscente de P. lunula. A partir de esa idea, los investigadores expusieron las algas a dos entornos distintos: una solución ácida con un pH de 4, similar al del zumo de tomate, y una solución básica con un pH de 10, comparable al de un jabón suave.

Los resultados mostraron que ambos medios eran capaces de desencadenar la producción de luz en P. lunula, aunque con comportamientos diferentes. En condiciones ácidas, las algas permanecieron iluminadas durante hasta 25 minutos, con una emisión brillante y concentrada. En el medio básico, el brillo también apareció, pero fue más difuso y de menor duración.

“Fue un momento muy emocionante cuando encontramos el estimulante químico adecuado que permitió que la luz permaneciera encendida durante mucho tiempo”, explica Giulia Brachi, primera autora del estudio e investigadora asociada en el Departamento de Ingeniería Civil, Ambiental y Arquitectónica. “Es la primera vez que conseguimos mantener la luminiscencia”.

Para transformar estas algas luminosas en materiales utilizables, los investigadores las incorporaron a un hidrogel de origen natural, un material acuoso capaz de alojar organismos vivos. Después, emplearon impresión 3D para dar forma a ese material y fabricar distintas estructuras, desde un patrón en forma de media luna hasta el logotipo de CU Buffalo.

Al exponer estas piezas impresas a las soluciones ácidas o básicas, las algas encapsuladas en su interior comenzaron a emitir luz, iluminando toda la estructura con un resplandor azul. Además, dentro de estos soportes impresos, los microorganismos permanecieron vivos durante semanas. La condición ácida fue la más eficaz: las estructuras con P. lunula conservaron el 75% de su brillo incluso después de cuatro semanas.

De la iluminación a la sensórica ambiental

Las posibles aplicaciones van más allá de la creación de diseños visualmente llamativos. Estos materiales vivos podrían utilizarse en el futuro para aportar señales luminosas a robots autónomos destinados a la exploración submarina o espacial, reduciendo la dependencia de baterías en determinados entornos.

El equipo también estudia ahora si P. lunula responde a otros compuestos químicos. Si fuera así, estas algas podrían emplearse como herramienta de monitorización ambiental, por ejemplo, iluminándose ante la presencia de toxinas o cambios en la calidad del agua.

A esa posible función sensórica se suma otro aspecto relevante: su metabolismo fotosintético. Al vivir a partir de luz solar, agua de mar y carbono disuelto, estas algas convierten CO₂ en energía. “Estamos almacenando carbono mientras producimos luz, mientras que, convencionalmente, emitimos carbono para iluminar espacios”, señala Will Srubar profesor del Departamento de Ingeniería Civil, Ambiental y Arquitectónica.

La posibilidad de ver en el futuro espacios, dispositivos o incluso eventos iluminados con algas vivas sigue siendo todavía una imagen experimental. Pero el avance muestra que la bioluminiscencia puede dejar de ser un destello fugaz de la naturaleza para convertirse en una función material diseñada y activada bajo demanda.

Puede acceder al paper completo de la investigación a través del siguiente enlace:

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aee3907

Portada: Imagen de recurso generada por IA que no pertenece a la investigación