Bioluminiscența în lumea vie

publicat de Florin Mitrea
56 vizualizări
Meduză bioluminiscentă

Bioluminiscența reprezintă emiterea de lumină produsă printr-o reacție chimică într-un organism viu. Bioluminiscența este un tip de chemoluminiscență, adică termenul pentru o reacție chimică prin care este produsă lumina. (Bioluminiscența este chemoluminescența care are loc în interiorul unui organism viu.)

Bioluminiscența este o „lumină rece”, ceea ce înseamnă că mai puțin de 20% din lumină generează radiație termică sau căldură.

Cele mai multe organisme bioluminiscente se găsesc în ocean. Aceste specii marine bioluminiscente includ pești, bacterii și meduze. Unele organisme bioluminiscente, cum ar fi licuricii și ciupercile, se găsesc pe uscat. Aproape că nu există organisme bioluminiscente în habitatele de apă dulce.

Chimie

Reacția chimică prin care se produce bioluminiscența necesită doi compuși chimici unici: luciferina și fie luciferaza, fie fotoproteina. Luciferina este compusul care produce lumina. În cadrul reacției chimice, luciferina este denumită substrat. Culoarea bioluminiscenței (galbenă la licurici și verde la peștele-lanternă) este rezultatul aranjării moleculelor de luciferină.

Unele organisme bioluminiscente produc (sintetizează) luciferina ele însele. De exemplu, la dinoflagelate bioluminiscența este verde-albăstruie. Dinoflagelatele bioluminiscente sunt un tip de plancton – organisme marine minuscule care pot face ca, uneori, suprafața oceanului să strălucească în timpul nopții.

Alte organisme bioluminiscente nu sintetizează luciferină. În schimb, ele o absorb prin intermediul altor organisme, sub formă de hrană sau ca o relație de simbioză. De exemplu, anumite specii de pești-broască obțin luciferina din ostracodele (o clasă de crustacee inferioare mici, de 1–10 mm) pe care le consumă. Multe animale marine, cum ar fi calamarii, găzduiesc bacterii bioluminiscente în organele lor emițătoare de lumină; bacteriile și calamarii au o relație de simbioză.

Luciferaza este o enzimă, adică un compus chimic (denumit catalizator) care interacționează cu un substrat pentru a influența rata unei reacții chimice. Interacțiunea luciferazei cu luciferina oxidată creează un produs secundar denumit oxiluciferină, iar această reacție chimică produce lumină.

Dinoflagelatele bioluminiscente produc lumină prin intermediul reacției luciferină-luciferază. Luciferaza de la dinoflagelate este înrudită cu clorofila de la plante.

Ecosistemele cu dinoflagelate bioluminiscente sunt rare, formându-se predominant în lagunele cu ape calde și cu o deschidere îngustă la mare. Dinoflagelatele bioluminiscente se adună în aceste lagune sau golfuri, iar deschiderea îngustă împiedică evadarea lor. Întreaga lagună poate fi iluminată în timpul nopții. În anul 2010, biologii au identificat un nou ecosistem cu dinoflagelate bioluminiscente în Rezervația Naturală Humacao, Puerto Rico.

Majoritatea reacțiilor bioluminiscente implică luciferina și luciferaza. Însă, unele reacții nu implică nicio enzimă (luciferaza), ci un alt compus chimic denumit fotoproteină. Fotoproteinele se combină cu luciferinele și oxigenul, însă au nevoie de un alt agent, deseori un ion de calciu, pentru a produce lumină.

Fotoproteinele au fost identificate recent, iar biologii și chimiștii încă le studiază proprietățile chimice neobișnuite. Fotoproteinele au fost studiate pentru prima data la meduzele bioluminiscente de pe coasta vestică a Americii de Nord. Fotoproteina de la aceste organisme este denumită „proteină fluorescentă verde” (GFP).

Trebuie reținut faptul că bioluminiscența nu este același lucru cu fluorescența. Fluorescența nu implică o reacție chimică. În fluorescență, o undă luminoasă stimulantă este absorbită, apoi este re-emisă. Lumina fluorescentă este vizibilă doar în prezența luminii stimulante. Cerneala utilizată în markere este fluorescentă. Fosforescența este similară cu fluorescența, cu excepția faptului că lumina fosforescentă este re-emisă pentru o perioadă mai lungă de timp.

Lumina bioluminiscentă

Aspectul luminii bioluminiscente variază mult, în funcție de organism și habitatul în care acesta trăiește.

De exemplu, cea mai mare parte a bioluminiscenței marine se regăsește în porțiunea verde-albăstruie a spectrului luminii. Aceste culori sunt mai ușor vizibile în adâncurile oceanului. De asemenea, majoritatea organismelor marine sunt sensibile doar la culori din gama albastru-verde. Ele nu sunt capabile, din punct de vedere fizic, să proceseze culorile galben, roșu și violet.

Majoritatea organismelor bioluminiscente de pe uscat emit lumină tot în gama albastru-verde. Însă, numeroase strălucesc și în spectrul galben, inclusiv licuricii și singura specie terestră de melci bioluminiscenți, Quantula striata, originară din zonele tropicale din sud-estul Asiei.

Puține organisme pot străluci în mai mult decât o singură culoare. Așa-numitul vierme de cale ferată (de fapt larva unui gândac) este cel mai bine cunoscut. Capul acestui vierme strălucește în roșu, în timp ce restul corpului strălucește în verde. Acest fenomen se explică prin existența a două luciferaze diferite.

Unele organisme emit lumină în mod continuu, ca de exemplu câteva specii de ciuperci prezente în lemnul putred, care au o strălucire slabă permanentă.

Totuși, majoritatea organismelor își folosesc organele emițătoare de lumină doar pentru a sclipi pentru perioade de la mai puțin de o secundă până la 10 secunde. Aceste sclipiri pot apărea în anumite locuri de pe corp, cum ar fi punctele de pe un calamar. Alte sclipiri pot ilumina întreg corpul.

Adaptări

Bioluminiscența este folosită de organismele vii pentru vânătoare, apărare împotriva prădătorilor, împerechere sau alte activități vitale.

Adaptări defensive

Unele specii emit lumină pentru a intimida atacatorii. De exemplu, numeroase specii de calamari strălucesc pentru a speria prădătorii (cum ar fi peștii), timp în care încearcă să scape rapid de aceștia.

Calamarul-vampir manifestă o variație a acestui comportament defensiv. La fel ca multe alte specii de calamari de ape adânci, calamarului-vampir îi lipsesc sacii cu cerneală. (Calamarii care trăiesc în apropierea suprafeței oceanului ejectează cerneală neagră pentru a-și lăsa prădătorii în întuneric.) În schimb, calamarul-vampir secretă un mucus bioluminiscent, care poate speria, intimida sau întârzia prădătorii, permițându-i calamarului să scape.

Multe specii marine utilizează o tehnică denumită contrailuminare (counterillumination, în limba engleză) pentru a se proteja. Mulți prădători, cum ar fi rechinii, atacă dinspre adâncuri. Ei privesc înspre suprafață, unde lumina solară formează o umbră în dreptul victimei. Contrailuminarea este o formă de camuflaj împotriva acestui comportament al prădătorului.

Peștele-topor utilizează contrailuminarea. Organele sale producătoare de lumină sunt orientate în jos și își ajustează cantitatea de lumină emisă în funcție de lumina de deasupra. Reglându-și bioluminescența în acest mod, peștii își ascund umbra și devin virtual invizibili pentru prădătorii din adâncuri.

Unele animale bioluminiscente, cum ar fi unele stele de mare, își pot detașa anumite părți ale corpului pentru a distrage atenția prădătorilor. Prădătorul urmărește membrul strălucitor al stelei de mare, în timp ce animalul se ascunde în întuneric (stelele de mare își pot regenera membrele).

Alte animale își detașează anumite părți ale corpului pe alte animale. Atunci când sunt amenințate, unele specii de castravete de mare își pot atașa părțile bioluminiscente ale corpului pe peștii din apropiere. Prădătorul va urmări strălucirea de pe pește, în timp ce castravetele de mare se târăște la adăpost.

Biologii cred că unele specii de rechini și balene pot profita de bioluminiscența defensivă, chiar dacă ele însele nu sunt bioluminiscente. De exemplu, un cașalot poate căuta un habitat cu largi comunități de plancton bioluminiscent, care nu fac parte din dieta cașalotului. Pe măsură ce prădătorii planctonului (peștii) se apropie de acesta, strălucirea lui alertează cașaloții, care vânează peștii. Apoi planctonul își oprește strălucirea.

Unele larve de insecte (denumite „viermi strălucitori”) luminează pentru a avertiza prădătorii că sunt toxice. Broaștele, păsările și alți prădători care se hrănesc cu aceste larve se pot îmbolnăvi și chiar muri.

Ciupercă bioluminescentă (Omphalotus nidiformis)

Ciupercă bioluminiscentă (Omphalotus nidiformis). | Foto: BOAZ NG / FLICKR

Adaptări ofensive

Bioluminiscența poate fi utilizată pentru a ademeni și căuta prada.

Cel mai faimos prădător care se folosește de bioluminiscență pentru a-și ademeni parada este peștele-pescar. Acesta prezintă un cap mare, dinți ascuțiți și un filament lung și subțire în vârful capului. La capătul filamentului există o bilă (numită escă), pe care peștele o poate aprinde. Peștii mai mici devin curioși față de această lumină și vin în apropiere. Este deja prea târziu când prada vede capul mare, cu fălci enorme, al peștelui-pescar, aflat în spatele bilei luminoase.

Alte specii de pești, cum ar fi unele specii de pești-dragon, folosesc bioluminiscența pentru a-și căuta prada. Acești pești s-au adaptat să emită o lumină roșie; majoritatea peștilor pot vedea numai lumina albastră, astfel că peștii-dragon prezintă un avantaj major atunci când luminează mediul din jur. Ei pot observa prada, însă aceasta nu îi poate vedea la rândul ei.

Atracția

Licuricii adulți sunt bioluminiscenți. Ei luminează pentru a-și atrage partenerii. Deși atât masculul, cât și femela pot produce lumină, în America de Nord majoritatea licuricilor care sclipesc sunt masculi. Tiparul sclipirilor lor indică femelelor ce specie de licurici sunt și dacă sunt interesați de împerechere.

Alte roluri

Organismele pot lumina atunci când sunt perturbate. Modificările din mediul înconjurător, ca de exemplu scăderea salinității, pot forța algele bioluminiscente să strălucească. Aceste lanterne vii pot fi observate ca puncte roz sau verzi în întunericul oceanului.

„Mările de lapte” sunt un alt exemplu de bioluminiscență. Spre deosebire de algele bioluminiscente, care sclipesc atunci când mediul lor este perturbat, mările de lapte strălucesc în mod continuu, uneori suficient de intens pentru a putea fi observate din sateliții de pe orbita Pământului.

Oamenii de știință cred că mările de lapte sunt produse de către bacteriile bioluminiscente de la suprafața oceanului. Pentru ca acestea să se formeze sunt necesare milioane de bacterii, iar condițiile trebuie să fie propice pentru ca bacteriile să aibă suficiente chimicale pentru a lumina. Imagini din satelit cu mările de lapte au fost înregistrate în apele tropicale, cum ar fi Oceanul Indian.

Bioluminiscența și oamenii

Biologii și inginerii studiază chimicalele și circumstanțele implicate în bioluminiscență pentru a înțelege modul în care oamenii ar putea utiliza acest proces pentru a-și face viața mai ușoară și mai sigură.

Proteina fluorescentă verde (GFP), de exemplu, este o valoroasă ”genă-reporter”. Acestea sunt gene pe care biologii le atașează de alte gene ce sunt studiate. GFP este ușor de identificat și măsurat, de obicei tocmai datorită fluorescenței ei. Aceasta permite oamenilor de știință să urmărească și să monitorizeze activitatea genelor studiate – expresia lor în celulă sau interacțiunea cu alte structuri.

Alte utilizări sunt încă în fază experimentală. De exemplu, arborii bioluminiscenți ar putea ajuta la iluminarea străzilor din orașe și a autostrăzilor. Aceasta ar reduce consumul de electricitate. Culturile bioluminiscente și alte plante ar putea lumina atunci când au nevoie de apă sau alte nutrimente ori atunci când sunt gata pentru recoltare. Aceasta ar reduce costurile pentru fermieri.

Sursa: National Geographic.

Din aceeași categorie

© 2022  Florin Mitrea – WordPress Theme Designed and Developed by PenciDesign

Acest site folosește cookies pentru a îmbunătăți experiența de navigare. Acceptă Detalii