Color en la naturaleza: piensa en rosa Understand article

¿Qué tienen en común las zanahorias y los flamencos? A primera vista no mucho, pero acércate un poco más. ¡Su brillo rosado tiene sorprendentemente un origen similar!

¿Te has preguntado alguna vez sobre los orígenes de los colores en la naturaleza? ¿Por qué hay unas plantas que son verdes y otras que son rojas, o por qué algunos animales son negros, blancos, o moteados?

En la naturaleza, cada color existe por una razón, depende de las especies, de las condiciones del medio ambiente y de la evolución.

Sin embargo, todos esos colores tienen algo en común: ¡la ciencia detrás de ellos!

Cada color que percibimos surge de una pequeña región del espectro electromagnético llamada región visible. Las longitudes de onda en esta región, de entre 400 y 700 nm, están asociadas con varios colores. Combinados aparecen como »luz blanca».

La región visible  resaltada en el espectro electromagnético.
Imagen: Philip Ronan, Gringer/Wikimedia, CC BY-SA 3.0

Cuando un objeto coloreado absorve luz visible, refleja ciertas longitudes de onda. Esta parte reflectada alcanza la retina de nuestros ojos y corresponde al color que vemos. La retina tiene dos fotoreceptores, bastones y conos, que nos permiten percibir diferentes colores y luminosidades.

Entonces, ¿qué pasa con el rosa en la naturaleza? En las plantas, flores y animales, este color está estrictamente relacionado con la química y con varias clases de moléculas que pueden inducir diferentes tonos de rosa.

La química del rosa: antocianinas, betalaínas y hemoglobinas

La primera clase de moléculas son las antocianinas, colorantes solubles en agua pertenecientes a la familia de los favonoides y presentes en algunas plantas y flores.[1] Las antocianianas son responsables de varios rangos de colores desde el naranja-rosa-rojo (pelargonidina), pasando por el malva (cianidina), hasta el morado-azul oscuro (delfinidina).

Algunas antocianinas se encuentran sólo en ciertas flores, como la peonidina, que se encuentra sólo en algunos cultivos de peonia rosa china. La mayoría de las antocianinas tienen la capacidad de cambiar de color dependiendo del pH. Por esta razón, algunas flores que contienen este pigmento pueden cambiar de color pasando de azul a rosa dependiendo del pH del suelo.

Las antocianinas tienen un sistema de anillos aromáticos heterocíclicos con una carga positiva de oxígeno unida a un grupo fenilo en el cual uno de los sustituyentes (grupos R) es un azúcar de tipo glucosa. Los heterociclos son sistemas de anillos en los cuales al menos uno de los  átomos del anillo no es carbono (por ejemplo oxígeno); aromático se refiere a sistemas de anillos planos conjugados con  4n+2 π electrones deslocalizados en el sistema; a los compuestos con un catión trivalente de oxígeno (que forma tres enlaces) se les llama iones oxonio.
Estructura de la antocianina: modificado a partir de NEUROtiker/Wikimedia, Public Domain. Peony: Fanghong/Wikimedia, CC BY-SA 3.0

Podemos ver un ejemplo de este comportamiento en las hortensias, un grupo grande de plantas con flores, originario de Asia y América. Las flores de las hortensias son normalmente blancas, pero pueden exhibir una variedad de tonalidades rosa, roja, morada y azul debido a las interacciones de antocianinas rosas de la planta con iones de aluminio del suelo. En un pH bajo (por debajo de 7), la planta puede absorber iones de aluminio y las flores se vuelven azules debido a la formación de un complejo entre las antocianinas y el aluminio. Sin embargo, en suelo básico (con un pH por encima de 7) los iones de aluminio están menos disponibles para la planta, de forma que las flores aparecen rosas o rojas. Este comportamiento las confiere el apodo de `rosa cambiante´. [2]

Las hortensias pueden tener diferentes tonalidades de rosa, morado y azul.
Imagen: Matthias Böckel/Pixabay

Otra clase de moléculas reponsables de tonalidades rosas en las flores son las betalaínas, un grupo de potentes antioxidantes divididos en dos categorias: betacianinas, con una gama de colores desde rojizo a morado, y las betaxantinas, con una gama de colores desde el amarillo al naranja.

Este pigmento se puede encontrar en muchas plantas del orden Caryophyllales, como las buganvillas y algunas plantas suculentas (incluyendo los cactus),[3] y también están presentes en grandes cantidades en la remolacha. La betacianina más abundante en la remolacha es la betanina, la cual se usa también como colorante natural con el nombre de »rojo remolacha».

Remolachas en una tabla de cortar mostrando un color rojo brillante.
Imagen: ExplorerBob/Pixabay

Las betalaínas y antocianinas solo se encuentran en plantas, y tienen la misma función: atraer a insectos polinizadores con sus colores brillantes y proteger las flores de los rayos ultravioletas absorbiéndolos. Sin embargo, las antocianinas y betalaínas nunca se han encontrado a la vez en ninguna planta.[3]

Muchos animales también tienen tonalidades rosas en su piel o plumaje, entonces ¿qué hay detrás de sus colores? En los animales, los colores pueden surgir de moléculas como las hemoglobinas, proteínas presentes en las células rojas de los vertebrados y en los fluidos circulatorios de muchos invertebrados (gusanos, algunos artrópodos, equinodermos y algunos moluscos). Son responsables de los colores rojo y rosa de las crestas y papadas de los pájaros y de la piel de algunos primates.

Las hemoglobinas tienen la habilidad de combinarse con oxígeno atmosférico en los pulmones, branquias, u otras superficies respiratorias del cuerpo y transportar oxígeno a los tejidos. Cada molécula de hemoglobina contiene cuatro iones de hierro (Fe2+) que pueden transportar oxígeno desde los pulmones a los tejidos y dióxido de carbono de los tejidos a los pulmones. Debido a la presencia de hierro, la hemoglobina tiene un color rojo rosáceo. La intesidad del color aumenta cuando el hierro forma un enlace con el oxígeno y disminuye cuando forma el enlace con dióxido de carbono.

¿Qué relaciona a los flamencos con las zanahorias?

Hay una clase de pigmentos naturales que conectan el mundo de las plantas con el mundo animal: ¡los carotenoides! Es una clase de mas de 750 pigmentos naturales sintetizados por plantas, algas y bacterias fotosintéticas. Tienen en común que están compuestos por una estructura de cadena larga conjugada en uno o sus dos extremos con estructuras de anillos de carbonos.[4] Esta estructura es crucial para absorber la luz y es la razón por la que los carotenoides son coloridos.

Cuando una molécula absorbe energía lumínica, sus electrones, los cuales se encuentran en un nivel energético llamado »estado fundamental», son impulsados a niveles energéticos mayores y la molécula entra en un »estado excitado». Cuanto más conjugado esté el sistema, menor es la diferencia en energía entre estos dos estados, y como consecuencia, se necesita menos energía lumínica para excitar los electrones. En moléculas con muchos enlaces múltiples conjugados, esta absorción de luz puede ocurrir en la región visible; la luz sobrante alcanza nuestros ojos y percibimos un color.

Pequeñas diferencias en la estructura química de los carotenoides pueden desplazar sus colores de amarillo a naranja, rosa, o rojo. Los carotenoides se encuentran por supuesto en las zanahorias, ¡pero también en los tomates, melocotones y pomelos!

Estructura general de los carotenoides
Imagen: Ben Mills/Wikimedia, Public domain

Curiosamente, un tipo decarotenoide se encuentra tanto en plantas como en animales: la astaxantina. Es sintetizada por una microalga, Haematococcus pluvialis, la cual lo produce para neutralizar los radicales libres que se forman durante la exposición a rayos ultravioleta de la luz solar y proteger la alga de ser dañada. ¡La astaxantina es un protector solar de microalgas!

Entonces, ¿cómo pasa este carotenoide de plantas a animales? A través de su dieta. Esta microalga es la comida favorita de animales como los crustáceos, los cuales son a menudo de color rosa debido a su dieta rica en astaxantina.

Uno de esos pequeños crustáceos, Artemisia salina, es la comida favorita de dos animales fascinantes: el Phoenicopterus roseus, mejor conocido como flamenco, y la Platalea ajaja, también conocida como la espátula rosada. Estos pájaros nacen blancos y se vuelven rosas cuando comienzan a comer A. salina (y también la microalga). La astaxantina del A. salina se absorbe en grasas que se depositan en las plumas, picos y patas de los pájaros y esto es la causa de su singular tinte rosa.

Flamenco común
Imagen: Kyaw Tun/Unsplash
Espátula rosada
Imagen: Lip Kee/ Flickr CC BY-SA 2.0

El color rosa del plumaje de la mayoría de pájaros es debido a los carotenoides, pero hay algunas excepciones, como el Tauraco erythrolophus (el turaco crestirrojo), con su cabeza en rosa intenso. Este color llamativo es debido a la presencia de turacina, una sal de cobre de la porfirina secretada por los turacos en las plumas de sus alas.

Todas las porfirinas tienen en común una unidad estructural: un esqueleto heterocíclico que consiste en cuatro moléculas de pirrol unidas por puentes de metileno. Las porfirinas son responsables de una gama de colores, incluyendo el rosa, marrón, rojo y verde, y se encuentran en muchos pájaros, como los búhos, palomas y especias gallináceas.[5]

Turaco crestirrojo
Imagen: Geneviève HAMELIN/Pixabay

Porfirina
Imagen por cortesía del autor

Defensa, imitación y errores: el lado oscuro del rosa

El color rosa se puede aprovechar en la naturaleza por diversas razones, por ejemplo, en forma de defensa. Este es el caso del Desmoxytes purpurosea, también conocido como milpiés dragón rosado, el cuál es un milpiés espinoso y tóxico con patas rosa brillante. Pero ¡cuidado! Este color está anunciando un arma letal: el cianuro. El mielpiés produce cianuro de hidrógeno en sus glándulas defensivas para protegerse de los depredadores, lo cuál es también la razón de su olor a almendra (un aroma típico del cianuro).

Otro animal que usa el color rosa a efectos defensivos es la Dactylopius coccus, también llamada cochinilla del carmín, la cual vive en plantas de cactus en Perú y las Islas Canarias. El color brillante proviene del ácido carmínico que el insecto produce como arma química contra los depredadores. Sin embargo, al insecto le sale el tiro por la culata, ya que estos insectos han sido usados tradicionalmente para producir el colorante rojo carmín.

Impactante milpiés dragón rosado
Imagen adaptada desde Ref. [6], CC BY 4.0            
Fragmento de túnica (Andes Centrales, 800-1200 AC) teñida con pigmento cochinilla.
Imagen: Cleveland museum of Art, Public Domain

Por otro lado, algunas especies usan el rosa para camuflarse, como la Hymenopus coronatus, la mantis orquídea malaya. Este insecto no es solo la mantis religiosa, pero es uno de los ejemplos más sofisticados de camuflaje en el mundo. Después de mudar la piel por primera vez, se vuelve de rojo anaranjado a blanco translúcido con tonos suaves de rosa. Sus patas desarrollan expansiones como pétalos, una serie de manchas longitudinales amarronadas aparecen en la parte superior del abdomen y el insecto se vuelve en todos los sentidos parecido a una flor de orquídea. De esta manera obtiene una ventaja doble: como depredador, puede sorprender abejas, moscas y mariposas; como presa, se esconde de los pájaros, mamíferos y reptiles que cazan por visión.[7] Otro maestro del camuflaje es el Hippocampus bargibanti, una especie pequeña de caballito de mar de solo dos centrímetros de longitud. Un gran número de tubérculos rosas en su cuerpo blanco brillante le hace parecerse en todos los sentidos al coral en el que vive.

Aunque a veces la naturaleza puede cometer errores, como con el Amblycorypha oblongifolia, un saltamontes rosa. Solo hay una entre 500 posibilidades de encontrarse con este insecto. No es una especie rara o un animal descubierto recientemente; si no que su color es debido a una mutación genética llamada »eritrismo», la cual causa una producción excesiva de pigmentos rojos que reemplazan al color verde. Sin embargo, esto es una desventaja para el saltamontes. Siendo tan llamativo le cuesta camuflarse entre las hojas y se vuelve una presa fácil.

Caballito de mar de Brabant
Imagen: Etienne Gosse/Flickr, CC BY 2.0

Mantis orquídea rosada
Imagen: Frupus/FlickrCC BY-NC 2.0

Chicharra multicolor rosa
Image: Richard Whitby/FlickrCC BY-SA 2.0

En resumen, tanto si es deseado o por error, ¡la naturaleza puede darte la tonalidad de rosa que quieras!


References

[1] de Pascual-Teresa S, Sanchez-Ballesta MT (2008) Anthocyanins: from plant to health. Phytochem. Rev. 7: 281–299. doi: 10.1665/034.022.0106.

[2] Chenery EM (1948) Aluminium in Plants and its Relation to Plant Pigments. Annals of Botany 12: 121–136. doi: 10.1093/oxfordjournals.aob.a083177.

[3] Burchi G, Ballarin A Trinchello D (2006) Flower colour: factors that control its expression and techniques that can modify it. Italus Hortus 13: 3–17.

[4] Cazzonelli C (2011) Carotenoids in nature: insights from plants and beyond. Funct Plant Biol. 38: 833–847. doi: 10.1071/FP11192.

[5] Tahoun M et al. (2021) Chemistry of porphyrins in fossil plants and animals. RSC Adv. 11: 7552–7563. doi: 10.1039/D0RA10688G.

[6] Srisonchai R et al (2018) A revision of dragon millipedes I: genus Desmoxytes Chamberlin, 1923, with the description of eight new species (Diplopoda, Polydesmida, Paradoxosomatidae). ZooKeys 761: 1–177. doi: 10.3897/zookeys.761.24214.

[7] O’hanlon JC, Norma-Rashid Y (2013) Coloration and Morphology of the Orchid Mantis Hymenopus coronatus (Mantodea: Hymenopodidae). Journal of Orthoptera Research 22: 35–44. doi: 10.1665/034.022.0106

Resources

Author(s)

Ottavia Bettucci, PhD en Química Orgánica en la Universidad de Siena (Italia) en colaboración con el CNR (Consejo nacional Italiano de investigación), Florencia (Italia). Experta en tecnologías fotovoltánicas emergentes y combustibles solares sotenibles. En 2019 se unió al Instituto Italiano de Tecnología (Nápoles, Italia), donde trabaja como investigadora postdoc en el campo de bioelectrónica.


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