¿Qué determina el color de un ser vivo?

Orígenes fisicoquímicos y utilidad biológica

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Entrada basada en el siguiente 🧵 hilo de Twitter:

Las representaciones tridimensionales de moléculas son posibles gracias a 3Dmol.js:

Nicholas Rego and David Koes

3Dmol.js: molecular visualization with WebGL

Bioinformatics (2015) 31 (8): 1322–1324 https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btu829

En este artículo vamos a ver distintos orígenes fisicoquímicos del color y algunos ejemplos bonitos de su utilidad biológica en los animales. Lo que para nosotros es belleza, para ellos puede ser supervivencia.

Habréis oído que nuestra piel se oscurece cuando tomamos el sol debido a la melanina. Ella es la responsable de los distintos colores del ser humano. La melanina es un pigmento: un compuesto que absorbe solo algunas energías de la luz visible, dando lugar a ciertos colores. La melanina no solo determina el color de nuestra piel; también el de nuestro pelo, labios, ojos… ¿Cómo puede un único pigmento dar lugar a tan amplia gama de colores? En realidad, la melanina engloba a una familia de pigmentos naturales con estructura química muy similar1.

Estructura tridimensional de la molécula de melanina, cuya fórmula química es C18H10N2O4.

Así, ligeras diferencias en la estructura química y en la cantidad de melanina determinan los colores de la piel del ser humano. Y como nosotros, muchos mamíferos producen en su organismo este pigmento que, al absorber luz ultravioleta (UV), les sirve de protector solar natural.

¿Habéis leído Charlie y la fábrica de chocolate? Ahí, un personaje, Violeta, se vuelve azul después de tomar un chicle experimental en la fábrica de Willy Wonka.

Esto no se aleja mucho del origen del color en algunos animales. Por ejemplo, ¿de qué color son los flamencos? Las crías de flamenco nacen de color blanco, y son los padres los que las alimentan de leche roja producida por ellos mismos. El pigmento que les da su característico color es el caroteno, y en esa etapa los adultos se destiñen en pro de sus hijos.

Parent flamingos feeding their young crop milk, which is red in colour, by regurgitating

El caroteno que mantiene el color rosáceo del flamenco adulto proviene de su dieta: crustáceos y algas. Este color no solo nos gusta a los humanos; los flamencos con color más intenso son los considerados de mejor salud y tienen la mejor posición social en su grupo.

Este es solo un ejemplo de cientos sobre el color del animal como representante de mayor estatus. Un ejemplo más cercano a nosotros es el de los mandriles. El imponente color que aparece en la cara y el trasero de los mandriles adultos habla por sí mismo en la manada.

Imagen de [seth0s](https://pixabay.com/es/users/seth0s-816508/) en [Pixabay](https://pixabay.com/es/).
Imagen de seth0s en Pixabay.

Entonces, ¿qué pigmento colorea a los mandriles de forma tan llamativa? ¡Ninguno! El color lo genera un conjunto periódico de fibras de 100 nm (1 mm / 10 000).

[Micrografías electrónicas de transmisión](https://es.wikipedia.org/wiki/Microscopio_electrónico_de_transmisión) de conjuntos de [colágeno](https://es.wikipedia.org/wiki/Colágeno) de la piel de mandriles coloreada estructuralmente. Fuente: https://journals.biologists.com/jeb/article/207/12/2157/14800/Structural-colouration-of-mammalian-skin.
Micrografías electrónicas de transmisión de conjuntos de colágeno de la piel de mandriles coloreada estructuralmente. Fuente: https://journals.biologists.com/jeb/article/207/12/2157/14800/Structural-colouration-of-mammalian-skin.

Este es un ejemplo del color estructural en la naturaleza. En otro artículo veremos más sobre el interesante campo de los cristales fotónicos. Por ahora nos quedamos con que algunos animales consiguen colores llamativos debido a estructuras periódicas en su piel a escalas muy pequeñas en lugar de debido a pigmentos.

Fuentes de las imágenes: https://www.wonderopolis.org/wonder/why-are-people-all-different-colors y https://www.eudonev.com/portfolio/structural-color/.
Fuentes de las imágenes: https://www.wonderopolis.org/wonder/why-are-people-all-different-colors y https://www.eudonev.com/portfolio/structural-color/.

Los dos tipos de color que hemos visto en animales se basan en la reflexión de ciertas longitudes de onda del sol dependiendo de la química (pigmentos) o física (nanoestructura) en su piel. Sin embargo, hay animales que podemos ver una vez el sol se pone. ¿Cómo lo hacen? Son los animales luminiscentes. Aquí podemos distinguir dos tipos: aquellos que emiten luz cuando son expuestos a cierto agente externo, como luz de alta energía (UV); y aquellos donde es el propio organismo el que produce la luz mediante reacciones bioquímicas, donde suele intervenir una enzima llamada luciferasa. En este último caso, se les añade el prefijo bio, es decir, son animales bioluminiscentes.

Estructura tridimensional de la luciferasa.

Empecemos por los del primer tipo. En un artículo anterior, vimos el uso de la emisión de luz cuando incidimos con luz ultravioleta para los CSI o en nanotermómetros. Algunos animales como los escorpiones también brillan al iluminarlos con luz UV, sin necesidad de ninguna reacción bioquímica. Además de para reconocerse más fácilmente por la noche, hay debate en la comunidad científica sobre la utilidad de este brillo de los escorpiones. Muchos lo ven como detector natural de luz UV, que quizá les ayudaría a evitar salidas innecesarias en las noches menos oscuras.

Pasemos a los animales que emiten luz mediante reacciones bioquímicas. Las luciérnagas tienen órganos lumínicos especiales, situados debajo de su abdomen. Al absorber oxígeno, éste reacciona con una molécula, la luciferina, mediante la enzima mencionada anteriormente, la luciferasa, dando como resultado su conocida luz intermitente.

Fuente: https://departamentofisicaequimica.wordpress.com/2015/01/06/francisco-chapela/.
Fuente: https://departamentofisicaequimica.wordpress.com/2015/01/06/francisco-chapela/.

Las luciérnagas utilizan esta luz como un cortejo nocturno. Además, como las larvas de luciérnaga también son bioluminiscentes, se piensa que la usan como mecanismo de defensa frente a sus depredadores, como se ve en el episodio Janus de la serie Otras Galaxias de Netflix.

Estos son solo algunos de los muchos ejemplos en los que el color o la luz que emiten los animales no solo es algo bonito estéticamente, sino que tienen claras funciones biológicas. Si os habéis quedado con ganas de ver más ejemplos, os recomiendo la miniserie documental La vida a todo color, con David Attenborough, de Netflix.


  1. Existen cinco tipos de melanina, aunque los dos más comunes son la eumelanina (marrones oscuros y negros) y la feomelanina (desde amarillos hasta rojos), responsable en gran medida del color del pelo rojo. ↩︎

Manuel Alonso Orts
Manuel Alonso Orts
✍️ Blog

Físico, especializado en propiedades ópticas de (nano)materiales semiconductores. Postdoc en la Universidad de Bremen (Alemania).

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