¿Por qué son fluorescentes los escorpiones?

Los escorpiones son el orden de arácnidos más antiguo. Son fácilmente reconocibles por sus desarrollados y amenazadores pedipalpos acabados en pinza y una estrecha cola arqueada sobre el cuerpo rematada en una glándula venenosa con un aguijón.

El «maestro» David Attenborough frente a un escorpión tal y como aparece en la contraportada de Life in the Undergrowth | (BBC Book, 2005).

Se conocen unas 1.753 especies (Illustrated catalog of scorpions, František Kovařík. 2009) que se encuentran fundamentalmente en zonas de clima templado y tropical y aparecen prácticamente en cualquier hábitat, desde bosques hasta desiertos. Los escorpiones son cazadores nocturnos que se alimentan de otros artrópodos y la mayoría vive en el suelo, aunque hay algunos que se han adaptado a vivir en los árboles.

Durante el día buscan refugio y a veces lo hacen en los lugares más insospechados: en las zonas donde abundan los escorpiones, es conveniente sacudir el calzado por las mañanas antes de ponérselo para evitar desagradables sorpresas.

Todos los escorpiones son venenosos, aunque sólo 25 especies, pertenecientes a la familia Bútidos, son potencialmente venenosos para el ser humano. Para curiosos, los escorpiones del género Androctonus, conocidos como escorpiones de cola gruesa, se encuentran entre los más venenosos del mundo. Su nombre científico significa, «asesino de hombres» (de andros, hombre, y ktonos, o ctonus en la versión latinizada, asesino), con lo que queda todo dicho.

Pero no voy a hablar del veneno de los escorpiones (fascinante tema que merecería una entrada aparte), sino de otra de las características más curiosas de estos arácnidos: la fluorescencia.

Mecanismo de fluorescencia

Todos los escorpiones emiten una fluorescencia cian (con una longitud de onda entre los 440 y los 490 nanómetros) cuando se iluminan con luz ultravioleta. Este fenómeno fue descubierto casi simultáneamente en 1954 por el zoólogo italiano M. Pavan y el zoólogo sudafricano R. F. Lawrence y revolucionó el estudio de la biología y ecología de los escorpiones gracias a que fue posible localizarlos y observarlos por la noche usando lámparas de luz negra.

Hottentotta salei con la característica fluorescencia cian de los escorpiones. | Fotografía de scorpions.f1.to.

La intensidad de la fluorescencia aumenta con la edad del escorpión y la dureza de su cutícula y es más brillante en las zonas más duras. Por lo general, durante la primera fase del desarrollo de los escorpiones (antes de la primera muda), la fluorescencia es débil o inexistente y la van desarrollando sobre todo a partir de la tercera muda. Cuando muda un escorpión, la exuvia (cutícula vieja) mantiene la fluorescencia, mientras que la nueva cutícula blanda no es fluorescente y va adquiriendo sus propiedades fluorescentes a medida que se endurece (esclerotización). Esto sugiere que los compuestos fluorescentes se segregan nuevamente después de la muda o se forman durante el proceso de endurecimiento. Una vez adquirida, la fluorescencia persiste incluso después de la muerte de escorpión.

La fluorescencia se debe a la existencia de dos compuestos químicos en la cutícula: β-carbolina y 7-hidroxi-4-metilcumarina. Estos dos compuestos se encuentran en la exocutícula hialina, una región de la cutícula que en los escorpiones tiene un espesor de 4 micras. La cutícula es una especie de «piel» que protege a los artrópodos y al estar endurecida, también actúa como armazón que les permite mantener su forma. En los escorpiones, la cutícula está formada por la epicutícula, una capa fina y externa, la exocutícula, dividida a su vez en dos capas, la exterior o exocutícula hialina y la interior o exocutícula interna, y la endocutícula.

El escorpión del desierto Hadrurus arizonensis se ha prestado voluntario para mostrarnos su cutícula. | La fotografía de H. arizonensis es de Fritz Geller-Grimm y la micrografía electrónica de su cutícula está sacada de Fine structure of the cuticle of the desert scorpion, Hadrurus arizonensis, Barry K. Filshie y Neil F. Hadley. 1979. Tissue and Cell 11 (2), pp. 249-262.

Las β-carbolinas se encuentra en plantas y animales. Algunos derivados actúan como alucinógenos y son uno de los compuestos presentes en las cataratas humanas. En los escorpiones, se cree que se forma como resultado de las reacciones químicas que provocan el endurecimiento de la cutícula.

Las cumarinas son casi exclusivas de las plantas, aunque se pueden encontrar también en hongos, bacterias, algunos moluscos y en las glándulas odoríferas de los castores. De momento, no se ha encontrado ninguna cumarina en otros artrópodos.

Las moléculas fluorescentes de los escorpiones | β-carbolina y 7-hidroxi-4-metilcumarina

Funciones de la fluorescencia

La función de la fluorescencia de los escorpiones es uno de esos grandes misterios evolutivos que aún permanece sin resolver. Al ser animales nocturnos que evitan exponerse a la luz directa del sol, la función biológica de la fluorescencia es, cuanto menos, intrigante (aunque de una enorme utilidad para los que se dedican al estudio de los escorpiones). Aun así, se han propuesto varias hipótesis entre las que figuran la comunicación y el reconocimiento, para mejorar su agudeza visual, para atraer a sus presas, para evitar a los depredadores o para la detección de luz ultravioleta.

Los descubridores de la cumarina sugieren que los compuestos fluorescentes pudieron servir como filtro solar para bloquear la radiación ultravioleta. Aunque esta adaptación pueda resultar chocante en los escorpiones modernos por sus hábitos nocturnos, es posible que los primeros escorpiones que conquistaron la tierra durante el Devónico, hace unos 400 millones de años, fueran activos durante el día. La exocutícula hialina aparece en los fósiles más antiguos de escorpiones y debido a su estabilidad, es la única capa de la cutícula que se preserva (de hecho, en los fósiles bien conservados de hace varios cientos de millones de años es posible observar algo de fluorescencia). Durante la transición a la tierra, la protección frente a la radiación ultravioleta pudo conferirles una importante ventaja evolutiva. Además, se sabe que las cumarinas actúan como filtro solar en las plantas en desarrollo.

También es posible que la fluorescencia sea simplemente un subproducto del endurecimiento de la cutícula y que no tenga ninguna función biológica en absoluto.

Gracias a Damián Fuentes, que envió la sugerencia a aberron y me la trasladó a mí.

Referencias

Secret Weapons: Defenses of Insects, Spiders, Scorpions, and Other Many-Legged Creatures. Thomas Eisner, Maria Eisner y Melody Siegler. The Belknap Press of Harvard University Press, 2005.

The fluorescence of scorpions and cataractogenesis. Shawn J. Stachel, Scott A. Stockwell y David L. Van Vranken. 1999. Chemistry & Biology 6, pp. 531-539.

A coumarin as a fluorescent compound in scorpion cuticle. Leslie M. Frost, David R. Butler, Brian O’Dell y Victor Fet. 2001. Scorpions 2001. In Memoriam Gary A. Polis, V. Fet y P. A. Selden (eds.), pp. 365-368.

Ultraviolet light detection: a function of scorpion fluorescence. Carl T. Kloock, Abraham Kubli y Ricco Reynolds. 2010. Journal of Arachnology 38(3), pp. 441-445.

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