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Dispositivos Bioluminiscentes

Diseño y fabricación de dispositivos que emitan luz sin consumo eléctrico a través de la manipulación de poblaciones de micro-organismos bioluminiscentes.

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Nuestros mecanismos de diseño y producción actuales se basan en el consumo de recursos naturales, y de la disponibilidad energética, para producir dispositivos artificiales que nos permitan mejorar y desarrollar nuestras formas de vida en el medio.

Siguiendo esta lógica, nuestra cultura ha ido configurando y acondicionando el medio “natural” a través de la producción de entornos “artificiales” para instalarnos en el planeta.

Sin embargo, sucede que este proceso de transformación del medio para su ocupación, fundamentado en el consumo de capital natural y la producción de capital manufacturado, se ha realizado desde el abuso de los recursos y las especies que existen en planeta, y no se ha planteado de forma ecológica.

Todo ello provoca una situación insostenible para la continuidad de la vida en la Tierra en términos generales; al menos, dentro de unos umbrales de calidad admisibles.

Es por ello que cuando nos hemos dado cuenta de esta situación, hemos empezado a pensar en alternativas al modelo lineal naturaleza-cultura-desecho. Dichas alternativas procuran minimizar el impacto sobre el medio, por lo que habitualmente se vinculan al decrecimiento y/o a la ecoeficiencia.

Estas aproximaciones aportan puntos de vista interesantes pero son insuficientes para abordar la magnitud del problema que nos ocupa. No podemos contentarnos con no dañar al medio sino que hemos de producir un impacto positivo en el mismo.

Atendiendo a esta necesidad, la ingeniería de lo vivo y las biotecnologías abren un campo muy prometedor para redefinir nuestro modelo de transformación del mundo; y es por ello que el proyecto que se plantea las explora.

El proyecto Bioluminescent Devices (Dispositivos Bioluminiscentes), cuyo autor es el arquitecto Eduardo Mayoral, recientemente galardonado con el tercer premio en los Holcim Awards 2011 en la categoría Next Generation, compitiendo por la región de Europa, plantea la posibilidad de diseñar y fabricar dispositivos que emitan luz sin consumo eléctrico a través de la manipulación de poblaciones de micro-organismos bioluminiscentes.

De este modo, se pretende aprovechar la inteligencia que estos sistemas vivos muestran para emitir luz de manera natural, evitando el consumo energético que demanda la iluminación artificial y la fabricación de luminarias y lámparas. Además se elimina el desecho en que se convierten los dispositivos artificiales de iluminación una vez acaba su ciclo de vida útil.

Para ello se cultivan poblaciones de bacterias de la especie Vibrio fischeri y algas unicelulares de la especie Pyrocystis fusiformis, y se diseñan distintas geometrías fabricadas con materiales degradables que alberguen dichas poblaciones.

La especie de bacteria Vibrio fischeri se puede encontrar en ambientes marinos, normalmente en aguas subtropicales. Esta bacteria es heterótrofa y se alimenta de sustancias como agar, aunque también puede sobrevivir alimentándose de materia orgánica en descomposición.

Produce bioluminiscencia cuando la población de bacterias alcanza un número significativo -quorum sensing- por transcripción, y se regula por autoinducción. La bioluminiscencia en esta especie se produce siguiendo un ritmo circadiano; es decir, existen períodos en los que las bacterias se acostumbran a brillar y a no brillar, generalmente brillando de forma intensa durante la noche y poco o nada durante el día.

 

La especie Vibrio fischeri fue usada para ejecutar un experimento de laboratorio con el objetivo de comprobar sus propiedades lumínicas. De este modo se ordenaron varios tubos que contenían poblaciones de esta especie, y otros que contenían agar, para desarrollar distintos cultivos que se fueron dividiendo en poblaciones menores cuando mostraban propiedades bioluminiscentes. Para que crecieran en condiciones óptimas, los cultivos y subcultivos se introdujeron en una incubadora a una temperatura entre 18ºC y 20ºC y se les suministró agar. Una vez se obtuvieron varias poblaciones de bacterias que emitiesen una cantidad de luz significativamente perceptible por el ojo humano, se introdujeron en distintas geometrías para comprobar cuales eran más aptas para albergar bacterias y para especular sobre su posible uso.

También se realizó una operación similar con la especie de alga unicelular Pyrocystis fusiformis, un dinoflagelado que vive en agua de mar. Esta especie de micro-organismo unicelular planctónico realiza un metabolismo tanto heterótrofo como fotosintético, y también es bioluminiscente en ciclos circadianos al ser estimulada mecánicamente.

Para realizar el experimento de laboratorio se ordenaron bolsas de 50 ml que contenían poblaciones de Pyrocystis fusiformis, junto con sales minerales y nutrientes. Para cultivar estos dinoflagelados, se preparó agua destilada a la que se añadió la correcta proporción de sales minerales y nutrientes, además de los micro-organismos, en unos contenedores que se introdujeron en una incubadora a 25ºC. Durante varios días, se les suministró luz en ciclos de doce horas -12h apagado, 12h encendido- para que creciesen y se habituasen a su ciclo circadiano. Posteriormente se subdividieron los contenedores en otros para aumentar las poblaciones de algas unicelulares, y se probaron en distintas geometrías para comprobar cuales eran las más aptas para albergar dichas poblaciones y especular sobre su posible uso.

 

Las conclusiones de ambos experimentos presentan una serie de ventajas e inconvenientes en el uso de ambas especies para diseñar y fabricar dispositivos que emitan luz sin consumo eléctrico. La especie Vibrio fischeri presenta la ventaja de emitir luz de manera constante y no requiere de un ambiente acuático para sobrevivir, mientras que para que la especie Pyrocystis fusiformis brille, hace falta que se excite por un movimiento mecánico y necesita vivir en un ambiente acuático enriquecido con ciertas sales minerales. Sin embargo, la luz que emite la segunda especie es mucho más intensa que la primera; y además, como realiza la fotosíntesis, es mucho más fácil mantenerla viva.

Sobre las posibles aplicaciones que ambas especies puedan tener, teniendo en cuenta que se han probado en distintas geometrías-prototipo pensadas tanto para usos específicos como genéricos, se propone la iluminación ambiental de parques naturales o de espacios públicos en la ciudad, la construcción de pantallas o carteles publicitarios que emitan luz e información, y su uso para señalética y orientación en caminos o carreteras.

Por norma general, la intensidad lumínica que se obtiene con estos micro-organismos es bastante inferior a la obtenida con iluminación artificial. Además, al ser organismos vivos, si carecen de alimento o si las temperaturas son extremas, pueden morir. Sin embargo, no hace falta consumir disponibilidad de energía para que brillen, no producen impacto visual ni biológico en el medio, ni contaminan o generan desechos no asimilables por el mismo. Por todo ello, este proyecto supone la apertura de una nueva línea en el campo particular de la iluminación, y posibilita el pensar en operar de manera similar en muchos otros para redirigir nuestro actual modelo de diseño y producción hacia lo sostenible y lo ecológico a través de la biotecnología. 

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