BIOLUMINISCENCIA

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Partiendo de la idea de iluminar sin emitir calor ni usar energía, decidimos investi-gar las distintas maneras de bioluminiscencia existentes en la naturaleza.

Se conoce cómo bioluminiscencia a la producción de luz de ciertos organismos vivos, basándonos en ésto empezamos nuestra investigación.

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ÍNDICE 1.INVESTIGACIÓN

TIPOS DE BIOLUMINISCENCIA

-Luciferina y luciferasa -Proteína CFP -Bioluminiscencia Intracelular -Bioluminiscencia Extra-celular -Simbiosis con Bacterias luminiscentes

FUNCIÓN

ESTUDIO DEL MERCADO

2. IDEACIÓN BOCETOS RENDERS 3.COMUNICACIÓN

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investigación

Partiendo de la base de emitir luz sin emitir calor ni gastar energía, decidimos investigar los distintos tipos de bioluminiscencia que posee la naturaleza.

Empezamos investigando los distintos tipos de bioluminiscencia,centrándonos fundamentalmente en la luminiscencia producida por las bacterias.

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TIPOS DE BIOLUMINISCENCIALuciferina y luciferasa

Como

- Cuando un químico llamado luciferina, dentro de su abdomen/cola se combina con el oxígeno, el calcio y el trisfofato de adeno-sina, ocurre una reacción química que genera luz, en este caso las de las luciérnagas.

Curiosidades características

- Casi el 100 por ciento de la energía en la reacción química es emitida como luz , una cantidad mucho mayor que la de un foco que sólo emite el 10 por ciento de su energía como luz, el otro 90 se pierde como calor.

- Cada especie tiene un patrón específico de flashes de luz y los machos usan éste patrón para coquetear con las hembras de su misma especie, si éstas son conquistadas emiten el mismo patrón de intermitencias

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Curiosidades características

- Sincronización de las luces, ni se sabe con certeza el porqué pero algunas espe-cies se sincronizan en un hermoso juego de luminiscencias.

- Su sangre contiene una sustancia llamada lucibufagina que es un esteroide de de-fensa que tiene un sabor insoportable.

Los depredadores asocian el mal sabor con la luz de la luciérnaga y aprenden a no comer bichos que brillan.

TIPOS DE BIOLUMINISCENCIALa proteína GFP

Cómo

- Las medusas fluorescentes son probablemente el summum de la sofisticación en bioluminiscencia.

Poseen una proteína capaz de recibir luz de alta energía, denominada GFP, que emite fluorescen-cia en el rango de luz verde.

Curiosidades características

- Se benefician de la luz que emiten en un sentido muy concreto : la caza.

Su luz es muy atrayente sobre todo en el fondo marino dónde existe una tendencia a la foto-filia.

- Entre las medusas hay dos grandes grupos los cromóforos y los cnidarios , éstos últimos los mas comunes.

- Los ctenóforos son animales plan-atómicos mientras que la gran mayoría de los cnidarios son ben-tónicos.

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CTENÓFOROS CNIDARIOS

- Los ctenóforos no tienen tentáculos alrededor de una corona. Algunos ni tienen.

- Comparten alguna característica estructural como es la de su simetría irradiar y un eje aboral-oral debido a su forma de vida, no obstante eso tienen varias dife-rencias estructurales y de crecimiento, ya que crecen de maneras distintas.

Bioluminiscencia intracelular

Ésta es generada por células especializadas del propio cuerpo de algunas espe-cies pluricelulares o unicelulares y cuya luz se emite al exterior a través de la piel o se intensifica mediante lentes y material refractante.

TIPOS DE BIOLUMINISCENCIACalamar luciérnaga

Éste calamar está dotado de unos órganos espe-ciales productores de luz llamados fósforos , que emiten una profunda luz azul.

Es un animal abisal, habita en las profundidades del océano , no obstante eso en primavera se pueden ver miles en la bahía de Toyama (Japón) éstos suben la superficie a desovar.

aLMa - Bioluminiscencia extra-celular

Ésta se da a partir de la reacción entre la luciferina y la luciferasa , fuera del organismo. Una vez sintetizados , ambos componentes se almacenan en glándu-las diferentes en la piel o bajo ésta. La expulsión y consecuente mezcla producen nubes luminosas.

Lo que se observa en la imagen son larvas de un mosquito lla-mado Arachnocampa luminosa, étas se encuentran en el techo de las cuevas de Waitomo , Nueva Zelanda.

Muchos moluscos utilizan la luz para múltiples tareas , algunos para cazar, otros como camuflaje, o para avisar y asustar.

Un ejemplo es el pulpo situado a la izquierda, ésta es una especie poco común y se encuentra en las aguas de América del norte.

Stauroteuthis syrtensis

TIPOS DE BIOLUMINISCENCIASimbiosis con bacterias luminiscentes

Éste fenómeno se conoce sólo en animales marinos tales cómo los celentéreos, gusanos, moluscos, equinodermos y peces. En diversos lugares del cuerpo los animales disponen de pequeñas vejigas comúnmente llamadas fotóforos, dónde guardan bacterias luminiscentes. Algunas especies produ-cen luz continua cuya intensidad puede ser neutralizada o modulada mediante diversas estructuras especializadas. Normalmente los órganos luminosos están conectados al sistema nervioso, lo que permite al animal controlar la emisión lumínica a voluntad.

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GlowwormsÉsta es una familia de insectos luminiscentes.

Lo que se ve en la imagen es un gusano que tiene una serie de órganos, los cuales le permiten emitir luz, ésta especie se en-cuentra en América del Norte y en América del Sur.

KrillÉstos se parecen a los camaro-nes, sus órganos emisores de la luz son impulsados por una re-acción enximática. Se iluminan al tocarlos o al ser agitados y son responsables del sorprendente efecto de las on-das brillantes.

Los ciempiés motyxia

Los ciempiés utilizan su biolu-miniscencia como advertencia a los depredadores de que es altamente tóxico , por lo que la luz advierte a los depredadores que paren antes de ser mordi-dos.

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Una vez investigados los tipos de fotoluminiscencia nos centramos en las bacte-rias,hablamos sobre los distintos géneros de bacterias luminiscentes que hay ,ya

que creemos que son las mas plausibles para nuestro proyecto.

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BACTERIASLas bacterias capaces de dar bioluminiscencia pertenecen a tres géneros, aunque son muy abundantes (Photobacterium, Vibrio y Photorhabdus).Los dos primeros son marinos, y el último terrestre. Las especies del género Photobacterium son general-mente simbiontes de animales marinos, mientras que los vibrios pueden ser sim-biontes o de vida libre.

PhotorhabdusÉsta se transmite entre las larvas de una amplia variedad de especies de insectos, que son su hos-pedador final, y que mueren rápidamente tras ser infectadas debido a las toxinas bacterianas

En los órganos luminosos de algunos peces , las bacterias tienen una localización extra-celular y se encuentran empaquetados,alcanzando poblaciones muy eleva-das (10^9 - 10^10 bacterias).En éstas formaciones , la emisión de luz y el crecimiento bacteriano están controla-das por el hospedador,no obstante eso pueden vivir independientemente, con las condiciones adecuadas.En las bacterias luminiscentes marinas uno de los elementos cruciales en la regula-ción de la bioluminiscencia es la densidad celular.

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V. fischeri

P.phosphoreum

P. leiognathi

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ESTUDIO DE MERCADO

A continuación realizamos un estudio del mercado dónde se mues-tran algunos ejemplos de diseños en los que se ha utilizado la

bioluminiscencia.

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BIOLUMINISCENCIA EN EL USO COTIDIANOAplicación de los dino-flagelados

¿A qué se debe la bioluminiscencia de algunos tipos de dino-flagelados?

Cuando los dino-flagelados se encuentran flotando en el agua, el movimiento del fluido a su alrededor genera un impulso eléctrico que se extiende por toda la célu-la hasta llegar a una vacuola llena de protones. En esos momentos se abren unos canales que llevan éstos protones hasta unas cavidades de la membrana, dando lugar a la activación de la luciferasa, una en-zima que reacciona con otra molécula , llamada luciferina, dando lugar a emisión de fluorescencia.

Dino-Flagelado

Están comenzando a realizarse proyectos de iluminación de edificios tomando de ejemplo la bioluminiscencia de los dino-flagelados ya que esto supondría una reducción de gastos económicos. - Para ello bastaría con la introducción de los dino-flagelados en recipientes trans-parentes en los que tengan un medio que contenga todos los nutrientes y el oxíge-no necesarios para su supervivencia.

Pequeños inconvenientes :

- Costes de producción

- Posibilidad de tener que renovar el medio de vez en cuando

A pesar de éstas pequeñas complejidades, parece ser que ya se han realizado algunos proyectos prometedores como la producción del juguete DINOPET.

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DINOPET

DINO-FLAGELADOS

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AMBIO

Lámpara AMBIO (Teresa Van Dongen)

Ésta diseñadora se fijo en aquellas especies que emitían luz mediante cambios químicos, causados por el movimiento,para ello introduce dentro de un vidrio una solución artificial con baterías marinas para introducir el efecto de la bioluminis-cencia, junto a otro diseñador biólogo descubren las bacterias encontradas en la piel del pulpo y son utilizadas por su alto grado de bioluminiscencia.Finalmente la reacción química producida por el movimiento pendular es quien provoca la luminiscencia.

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BACTERIOTIPICA

Bacteriotipica lámpara con filtro de bacterias de MadLab

Ésta lámpara ésta viva literalmente, y es que utiliza bacterias luminiscentes, éstas cultivan, se distribuyen entre las distintas fibras e iluminan por medio de un conjunto de ramificadas vari-llas de metal, placas de petri de vidrio y óptica de fibra.

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Mathew Maye y Rebeka Alam, de la Facultad de Artes y Cien-cias de la Universidad de Siracusa (EEUU), han conseguido la luminiscencia de las luciérnagas.Mediante nanobastones cuya base cubren de luciferasa, a la que posteriormente añaden luciferina. Ésta actúa como un combus-tible sobre la primera y la energía que liberan al interactuar es captada por el material semiconductor del nanobastón y lo hace brillar.

BOMBILLAS DE LUCIÉRNAGAS

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PLIEGO DE CONDICIONES

PUNTOS CERRADOS

Iluminar sin emitir calor ni usar energía.

Se busca crear una luminaria bioluminiscente , realizada a partir de bacterias luminiscentes , ya que son las mas plausibles.

PUNTOS ABIERTOS

Medidas de la luminaria, ámbi-to de uso, materiales, utilización de bacterias luminiscentes (V. fischeri).Buscamos una luminaria senci-lla pero diferente en la que pre-domine lo minimalista.

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ideación Después de realizar la investigación sobre la bioluminiscencia y reali-zar un estudio de mercado con distintas aplicaciones bionicas, deci-

dimos aplicar la luminiscencia de las bacterias en una luminaria de exteriores.

En ésta segunda fase del trabajo idearemos la luminaria, éstas serán bocetadas y estudiadas con el fin de encontrar la que mas se ajuste a

nuestro concepto de iluminar sin gastar luz ni emitir calor.

INVESTIGACIÓN PRÁCTICA

Analizamos la bacteria V.Fischeri, estudiamos si sería posible su aplicación en una luminaria, que condiciones debe tener para poder sobrevivir...

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ESTUDIO DE LA BACTERIA

V. Fischeri

Ésta se caracteriza por ser Quorum sensing este fenómeno es el responsable de que un conjunto de células independientes, bajo la secreción de señales extra-celulares sean ca-paces de tener conocimiento de la densidad de la población celular de su entorno,desa-rrollando comportamientos cotidianos. Una de las razones por las que decidimos utilizar ésta bacteria.

¿Que hace exactamente el quorum sensing en las bacterias V.Fischeri?

Control por quorum sensing de la bioluminiscencia en V. Fischeri. Cuando la densi-dad celular es baja, la concentración de la molécula auto-inductora, producto de la actividad sintetiza de Lux, es baja y los genes estructurales del operón lux no son transcritos. La existencia de una mayor densidad celular supone una mayor produc-ción del auto-inductor. Cuando la concentración alcanza un umbral, la moléculaauto inductora se une a su receptor intracelular (Lux), articulándolo. El receptor activado se une al promotor (caja lux) y se activa la transcripción de los genes del operón lux, propiciándose la producción de luz.

APLICACIÓN DE LA V.FISCHERI EN NUESTRA LUMINARIA

Éste microorganismo es, perfecto como iluminación de emergencia o en espacios naturales.

¿ Cómo sabemos si es posible una luminaria con v.fischeri ?

1. Se realiza un cultivo de poblaciones de bacterias V.fischeri en diseños de distintas geometrías fabricadas con materiales degrada-bles que alberguen dichas poblaciones.

2. Comprobamos que funciona el experimento , y nos damos cuenta de que éstas tienen una larga duración siempre y cuando la temperatura ambiental no sea extrema.

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¿ De que se alimentan ?Ésta bacteria es eterófa y se alimenta de sustancias como el agar ( sustancia ge-latinosa no animal de origen marino, éste se obtiene de la pared celular de varias especies de algas de los géneros Gelidium) , aunque también pueden sobrevivir alimentándose de materia orgánica en descomposición.

¿ Dónde viven ?

Ésta bacteria suele encontrarse en ambientes marinos, normalmente en aguas tro-picales, no obstante eso puede tener vida prescindiendo de ambientes marinos.

¿ Cómo es la luz emitida ?

Emite luz de manera constante , ésta disminuye durante el día y se intensifica en la noche.

Investigados los puntos clave para saber si es factible nuestra propuesta o no ,observamos las distintas ventajas que ésta nos proporciona , como por ejemplo solucionar el inconveniente del consumo de energía para producir luz ambiental y por otra parte el problema de generación de residuos que suponen lámparas y luminarias al acabar su ciclo de vida útil.

Dicho ésto empezamos a bocetar el diseño de la luminaria.

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CONDICIONES

Para que la V.Fischeri sea productiva y funcione correctamente ha de tener unas condiciones básicas.

En primer lugar para que crezcan en condiciones óptimas han de tener una tem-peratura de 18 y 20 Cº y suministrarles agar.

Durante el día la luz emitida es limitada y ésta aumenta de noche, teniendo en cuenta que nuestra luminaria va a ser de exteriores lo ideal seria que por la ma-ñana se mantuvieran en un lugar donde la temperatura sea de 18 o 20º y se le suministrase el agar , para que por la noche emita una luz mas intensa y se repro-duzcan y crezcan en las condiciones adecuadas.

A continuación pasamos a bocetar distintos diseños de iluminarias.

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BOCETO I

Consta de tres paneles circulares blancos que en su reverso tienen distintos colores, para crear asín un juego de luces .

Materiales :Placas con-céntricas de metal lacado en blanco, el interior de és-tas placas estará recubierto vinilos de distintos colores.Los bordes serán de polietileno trasparente dónde se colocarán las bacterias luminiscentes.

LUMINARIA

LUMINARIA LUMINARIA

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BOCETO II

Ésta lámpara consta de dos partes, una es el pie, de madera de nogal ya que ésta es la mas resistente, y dado que ésta luminaria está pensada para exteriores, creemos que éste material es el mas conveniente.La otra es el cuerpo, realizado con polietileno transparente, al que se le aplicarán las bacteria luminiscentes. Ambas partes son independientes es decir el cuerpo puede funcionar sin el soporte.

MADERA

LUMINARIA POLIETILENO TRANSPARENTE

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De éstas dos propuestas escogemos la primera ya que su diseño es el mas sencillo y minimalista, de material relativamente poco pesado, permite ajustar su medida gracias a un aplique permitiendo asi ajustar la altura, y facilita el cuidado de las V.Fischeri , los otros diseños resul-taban mas complejos a la hora de aplicarles las bacterias y en cambio

éste proporciona una mayor comodidad en ese sentido.

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Pieza a la que se le colocará las bacterias V.Fis-cheri,ésta permite ser ensamblada con facilida-d,ésto facilitará su cuidado , ya que comos hemos dicho antes por las mañanas se le deberá pro-porcionar la temperatura y alimento adecuado.

BOCETO FINAL

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COMUNICACIÓNBreve explicación y desarrollo del proyecto

Nuestro proyecto se basaba en el concepto de iluminar sin emitir calor ni usar energía,basándonos en ésta idea investigamos sobre la bioluminiscencia de los seres vivos.Nos atraparon totalmente, y nos fascino la idea de poder aplicar éste con-cepto en el uso diario.

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