Jak zapalają się świetliki?

Enzym zwany lucyferazą powoduje, że te błyskawice świecą

Getty Images/James Jordan Photography

Zmierzch migocze świetliki potwierdza, że ​​nadeszło lato. Jako dziecko mogłeś uchwycić te tak zwane pioruny w złożonych dłoniach i zerkać przez palce, aby zobaczyć, jak świecą, zastanawiając się, jak te fascynujące świetliki wytwarzać światło.

Bioluminescencja u świetlików

świetliki stwórz światło w podobny sposób, jak działa żarówka. Światło powstaje w wyniku reakcji chemicznej, czyli chemiluminescencji. Kiedy w żywym organizmie zachodzi reakcja chemiczna wytwarzająca światło, naukowcy nazywają tę właściwość bioluminescencją. Bardzo organizmy bioluminescencyjne żyją w środowiskach morskich, ale świetliki należą do stworzeń lądowych zdolnych do wytwarzania światła.

Jeśli przyjrzysz się uważnie dorosłemu świetlikowi, zobaczysz, że ostatnie dwa lub trzy segmenty brzucha wyglądają inaczej niż pozostałe. Segmenty te zawierają organ wytwarzający światło, wydajną strukturę, która wytwarza światło bez utraty energii cieplnej. Jeśli kiedykolwiek dotknąłeś żarówki po kilku minutach, wiesz, że jest gorąca. Gdyby organ świetlny świetlika emitował porównywalne ciepło, owad miałby chrupiący koniec.

Lucyferaza sprawia, że ​​świecą

U świetlików reakcja chemiczna, która powoduje ich świecenie, zależy od enzymu zwanego lucyferazą. Nie daj się zwieść jego nazwie; ten enzym nie jest dziełem diabła. Lucyfer pochodzi z łaciny światła , co oznacza światło, i znosić , czyli nosić. Lucyferaza jest więc dosłownie enzymem, który niesie światło.

Bioluminescencja świetlika wymaga obecności wapnia, trifosforanu adenozyny, chemicznego lucyferanu i enzymu lucyferazy w narządzie światła. Kiedy tlen zostaje wprowadzony do tej kombinacji składników chemicznych, wyzwala reakcję, w której powstaje światło.

Naukowcy niedawno odkryli, że tlenek azotu odgrywa kluczową rolę w przepuszczaniu tlenu do narządu świetlnego świetlika i inicjowaniu reakcji. W przypadku braku tlenku azotu cząsteczki tlenu wiążą się z mitochondriami na powierzchni jasnych komórek narządu i nie mogą dostać się do narządu, aby wywołać reakcję. Więc nie można wyprodukować światła. Gdy jest obecny, tlenek azotu wiąże się z mitochondriami, umożliwiając tlenowi przedostanie się do narządu, łączy się z innymi substancjami chemicznymi i generuje światło.

Oprócz tego, że jest markerem gatunkowym przyciągania partnera, bioluminescencja jest również sygnałem dla drapieżników świetlików, takich jak nietoperze, że będą miały gorzki smak. W badaniu opublikowanym w numerze czasopisma z sierpnia 2018 r. Postępy w nauce naukowcy odkryli, że nietoperze zjadały mniej świetlików, gdy świetliki świeciły.

Wariacje w sposobach migania świetlików

Wytwarzające światło świetliki błyskają wzorem i kolorem, który jest unikalny dla ich gatunku, a te wzory błysków można wykorzystać do ich identyfikacji. Nauka rozpoznawania gatunków świetlików na danym obszarze wymaga znajomości długości, liczby i rytmu ich błysków, odstępu czasu między błyskami, koloru światła, które wytwarzają, preferowanych wzorców lotu oraz pory nocy, kiedy zazwyczaj migają.

Szybkość wzorca błysku świetlika jest kontrolowana przez uwalnianie ATP podczas reakcji chemicznej. Na kolor (lub częstotliwość) wytwarzanego światła ma prawdopodobnie wpływ: pH . Szybkość błysku świetlika będzie również zmieniać się wraz z temperaturą. Niższe temperatury powodują wolniejsze błyski.

Nawet jeśli jesteś dobrze zorientowany we wzorcach błysków świetlików w Twojej okolicy, musisz uważać na możliwych naśladowców, którzy próbują oszukać innych świetlików. Samice świetlików są znane ze swojej zdolności do naśladować wzory błysków innych gatunków , sztuczka, którą stosują, aby zwabić niczego niepodejrzewających samców bliżej, aby mogli zdobyć łatwy posiłek. Aby nie zostać gorszym, niektóre samce świetlików mogą również kopiować wzory błysków innych gatunków.

Lucyferaza w badaniach biomedycznych

Lucyferaza jest cennym enzymem do badań biomedycznych, szczególnie jako marker ekspresji genów. Badacze mogą dosłownie zobaczyć działanie genu lub obecność bakterii, gdy lucyferaza jest znakowana. Lucyferaza jest szeroko stosowana do identyfikacji skażenia żywności przez bakterie.

Ze względu na swoją wartość jako narzędzia badawczego lucyferaza cieszy się dużym zainteresowaniem laboratoriów, a komercyjne zbiory żywych świetlików negatywnie wpłynęły na populacje świetlików na niektórych obszarach. Jednak naukowcy z powodzeniem sklonowali gen lucyferazy jednego gatunku świetlika, Photinus pyralis , w 1985 roku, umożliwiając produkcję syntetycznej lucyferazy na dużą skalę.

Niestety, niektóre firmy chemiczne nadal pozyskują lucyferazę z świetlików, zamiast produkować i sprzedawać jej syntetyczną wersję. To skutecznie nagrodziło głowy świetlików w niektórych regionach, gdzie ludzie są zachęcani do zbierania ich tysiącami w szczycie ich letni sezon godowy .

W jednym hrabstwie Tennessee w 2008 roku ludzie chętni do zarobienia na zapotrzebowaniu jednej firmy na schwytane i zamrożone świetliki około 40 000 samców. Modelowanie komputerowe przeprowadzone przez jeden zespół badawczy sugeruje, że taki poziom zbiorów może być niezrównoważony dla takiej populacji świetlików. Przy dzisiejszej dostępności syntetycznej lucyferazy takie zbiory świetlików dla zysku są całkowicie niepotrzebne.

Źródła

• Blackcap, John L. Encyklopedia Entomologii . Springera, 2008.
• Zegarek Firefly . Muzeum Nauki w Bostonie.
• Jak i dlaczego zapalają się świetliki? Amerykański naukowiec , 5 września 2005 r.
• Świecące świetliki przyciągają partnerów, ale także odstraszają drapieżniki . Amerykańskie Stowarzyszenie Postępu Nauki , 21 sierpnia 2018 r.
• _{Lee, John. ' Podstawowa bioluminescencja . Wydział Biochemii i Biologii Molekularnej, University of Georgia.}
• _{' Modelowanie wpływu zbiorów na trwałość populacji świetlików , Modelowanie ekologiczne , 2013.}