Bioluminescenza
La bioluminescenza è la capacità degli esseri viventi di produrre luce. Spesso ciò avviene per simbiosi. In questo, l'organismo più grande contiene, spesso in un organo speciale, microrganismi che producono la luce. I protisti eucarioti hanno organuli speciali, e anche alcuni batteri producono luce. La bioluminescenza è il risultato di processi chimici, in cui l'energia prodotta viene rilasciata come luce visibile. La bioluminescenza è apparsa molte volte durante l'evoluzione.
ATP (adenosina trifosfato), la fonte di energia biologica, reagisce con la luciferina con l'aiuto dell'enzima luciferasi per produrre un complesso intermedio. Questo complesso si combina con l'ossigeno per produrre un composto altamente chemiluminescente (brillantemente brillante).
Il ruolo dei Gamma Proteobatteri nella produzione di luce è discusso in dettaglio nelle opere di riferimento. La capacità di produrre luce è un'estensione del normale metabolismo: tutte le reazioni chimiche producono pochi fotoni. La luce visibile viene prodotta quando la produzione di fotoni aumenta. Nel caso dei batteri, la funzione originale della reazione era probabilmente quella di disintossicare l'ossigeno in eccesso.
Volante e incandescente Photinus pyralis, una lucciola.
Omphalotus nidiformis
Esempio di una specie bioluminescente di fungo...
...che si illumina a luci spente.
Gli oceani
La bioluminescenza è principalmente un fenomeno marino.
"È la fonte di luce predominante nella frazione più grande del volume abitabile della terra, l'oceano profondo. Al contrario, la bioluminescenza è essenzialmente assente (con poche eccezioni) in acqua dolce, anche nel lago Baikal".
La bioluminescenza si trova in mare a tutti i livelli: organismi planctonici, pelagici e bentonici. Alcuni gruppi planctonici, come i dinoflagellati e gli ctenofori (gelatine di pettine) la utilizzano nella maggior parte delle specie. La maggior parte della vita marina d'alto mare utilizza la bioluminescenza in una forma o nell'altra. Di solito, l'emissione di luce marina appartiene allo spettro della luce blu e verde, le lunghezze d'onda che possono trasmettere attraverso l'acqua di mare più facilmente.
Funzioni di bioluminescenza
Per un elenco, vedere la pagina web di Biolum.
Mimetizzazione della controilluminazione
In alcune specie di calamari la bioluminescenza batterica viene utilizzata per la controilluminazione, in modo che l'animale corrisponda alla luce ambientale vista dal basso. In questi animali, gli organi di luce controllano il contrasto di questa illuminazione per creare una corrispondenza ottimale. Di solito questi organi di luce sono separati dal tessuto contenente i batteri bioluminescenti.
Attrazione
La bioluminescenza è usata come esca per attirare le prede di diversi pesci d'alto mare come la rana pescatrice. Un'esca penzolante sulla testa del pesce attira piccoli animali a distanza ravvicinata. Alcuni pesci, tuttavia, utilizzano un'esca non bioluminescente.
Lo squalo cuoco usa la bioluminescenza per mimetizzarsi, ma una piccola chiazza sul suo ventre rimane scura e appare come un piccolo pesce a grandi pesci predatori come il tonno e lo sgombro che nuotano sotto di esso. Quando questi pesci cercano di consumare il "pesce piccolo", vengono morsi dallo squalo, che sgorga piccoli pezzi di carne a forma di "taglia-biscotti" circolare dai suoi ospiti.
I Dinoflagellati hanno un interessante colpo di scena su questo meccanismo. Quando un predatore di plancton viene percepito attraverso il movimento nell'acqua, il dinoflagellato luminescente. Questo a sua volta attira predatori ancora più grandi che consumeranno l'aspirante predatore del dinoflagellato.
Attirare i compagni è una funzione importante della bioluminescenza. Questo si vede nelle lucciole, che usano il lampeggio periodico degli addominali per attirare i compagni nella stagione degli amori. Nell'ambiente marino questo è stato ben documentato solo in alcuni piccoli crostacei ostracodici, ma può essere abbastanza comune.
Repulsione
Alcuni calamari e piccoli crostacei usano la bioluminescenza come molti calamari usano l'inchiostro. Una nuvola di luminescenza viene espulsa, confondendo o respingendo un potenziale predatore mentre il calamaro o il crostaceo fugge verso la salvezza. Ogni specie di lucciola ha larve che brillano per respingere i predatori.
Femmina di Lampyris noctiluca, la lucciola.
Larva di lucciola
Biotecnologia
Gli organismi bioluminescenti sono un obiettivo per molte aree di ricerca. I sistemi di luciferasi sono ampiamente utilizzati nel campo dell'ingegneria genetica. Sono stati anche utilizzati nella ricerca biomedica, per dare ad alcune cellule delle etichette visibili. La luciferina può essere aggiunta alle molecole e alle cellule per renderle visibili al microscopio. "Questo mercato vale ora circa 20 miliardi di sterline. Se andate in ospedale e fate un esame del sangue che misura le proteine virali, le proteine del cancro, gli ormoni, le vitamine, le proteine batteriche, i farmaci, quasi certamente userà questa tecnica".
La struttura dei fotofore, gli organi che producono luce negli organismi bioluminescenti, è oggetto di studio da parte dei progettisti industriali.
Rendering artistico del krill antartico bioluminescente
Organismi bioluminescenti
Questo è un elenco di organismi che hanno bioluminescenza visibile:
Organismi terrestri
Animali:
- Artropodi
- lucciole
- scarabei a scatto
- vermi incandescenti
- vermi ferroviari
- certe mosche micetofile
- alcuni millepiedi, come il Geofilo carpofago.
- alcuni millepiedi come il Motyxia.
- un mollusco terrestre (una lumaca di terra tropicale)
- Quantula striata
- Annelidi
- Funghi - Un totale di 71 specie sono bioluminescenti, tra cui specie di Armillaria, Omphalotus, Micena, Gerronema, Pleurotus.
- Funghi (vedi Foxfire)
- Funghi di Jack O'Lantern (Omphalotus olearius)
- fungo fantasma (Omphalotus nidiformis)
- Funghi di miele
- Panellus stipticus
Pesce
- Rana pescatrice
- Squalo fustellatore di biscotti
- Pesce torcia
- Anguilla goleador
- Lanterna
- Pesce sciabola marino
- Pesce al centro della nave
- Pineconefish
- Viperfish
Lucciole
Nonostante il loro nome, le lucciole sono in realtà dei coleotteri che utilizzano una reazione enzimatica che coinvolge un composto chimico chiamato luciferina per produrre la loro tipica luce lampeggiante verdastra. Oltre a mettere in guardia i predatori dalla loro tossicità, si pensa che lo scopo principale del loro addome lampeggiante sia quello di attirare i compagni.
Invertebrati marini
- molti Cnidaria
- Penne da mare
- coralli
- Aequorea victoria, una medusa
- alcuni ctenofori o "gelatine a pettine".
- alcuni echinodermi (ad esempio Ophiurida)
- alcuni crostacei
- ostracodici
- copipiedi
- krill
- due specie di chaetognati
- alcuni molluschi
- alcune vongole e altri bivalvi
- alcuni nudibranchi, lumache di mare
- Polipodi
- Bolitaenidae
- ordine Teuthida
- Calamaro Colossale
- Mastigoteuthidae
- Sepiolidae
- Calamaro Enope Scintillante
- Calamaro vampiro
Microorganismi
- Dinoflagellati (ad esempio Noctiluca scintillans, Pyrodimium bahamense).
- Vibrionaceae (ad esempio Vibrio fischeri, Vibrio harveyi, Vibrio phosphoreum)
- I membri della famiglia dei batteri marini Shewanellaceae, Shewanella hanedai e Shewanella woodyi sono bioluminescenti.
Domande e risposte
D: Che cos'è la bioluminescenza?
R: La bioluminescenza è la produzione di luce da parte degli esseri viventi.
D: Come funziona la bioluminescenza?
R: La bioluminescenza funziona attraverso processi chimici, dove l'energia prodotta viene rilasciata come luce visibile.
D: Quali organismi producono luce bioluminescente?
R: I protisti eucarioti hanno organelli speciali che producono luce bioluminescente, e anche alcuni batteri producono questo tipo di luce.
D: Da dove proviene la capacità di produrre luce bioluminescente?
R: La capacità di produrre luce bioluminescente è un'estensione del normale metabolismo; tutte le reazioni chimiche producono naturalmente alcuni fotoni e quando la produzione di fotoni aumenta, si può vedere la luce visibile.
D: Qual era la funzione originale della produzione di luce bioluminosa nei batteri?
R: La funzione originale della produzione di luce bioluminosa nei batteri era probabilmente quella di disintossicare l'ossigeno in eccesso.
D: Cosa sono la luciferina e la luciferasi?
R: La luciferina e la luciferasi sono componenti coinvolti nella reazione tra l'ATP (adenosina trifosfato) e l'ossigeno, che produce un composto altamente chemiluminescente (brillante).
