Bioluminiscence
Bioluminiscence ir dzīvo organismu spēja radīt gaismu. Bieži vien tas notiek simbiozes ceļā. Šajā gadījumā lielākā organismā, bieži vien īpašā orgānā, ir mikroorganismi, kas rada gaismu. Eikarijotiem protistiem ir īpašas organellas, un arī dažas baktērijas rada gaismu. Bioluminiscence ir ķīmisku procesu rezultāts, kur saražotā enerģija izdalās kā redzama gaisma. Bioluminiscence evolūcijas gaitā ir parādījusies vairākas reizes.
ATP (adenozīna trifosfāts), bioloģiskais enerģijas avots, ar luciferīna fermenta luciferāzes palīdzību reaģē ar luciferīnu, veidojot starpposma kompleksu. Šis komplekss savienojas ar skābekli, veidojot ļoti ķīmiski luminiscējošu (spilgti mirdzošu) savienojumu.
Gamma proteobaktēriju loma gaismas radīšanā ir sīki aplūkota atsauces darbos. Spēja ražot gaismu ir normālas vielmaiņas paplašinājums: visas ķīmiskās reakcijas rada dažus fotonus. Redzamā gaisma rodas, kad fotonu ražošana palielinās. Baktēriju gadījumā reakcijas sākotnējā funkcija, iespējams, bija detoksikēt lieko skābekli.
Lidojošā un mirdzošā Photinus pyralis, ugunspuķe.
Omphalotus nidiformis
Biolaminiscējošas sēņu sugas piemērs...
...spīd ar izslēgtu apgaismojumu.
Okeāni
Bioluminiscence galvenokārt ir jūras fenomens.
"Tas ir dominējošais gaismas avots lielākajā Zemes apdzīvojamā apjoma daļā - dziļajā okeānā. Turpretī saldūdenī (ar dažiem izņēmumiem) bioluminiscences būtībā nav (pat Baikāla ezerā)".
Bioluminiscence jūrā ir sastopama visos līmeņos: planktona, pelaģiskajos un bentosa organismos. Dažas planktona grupas, piemēram, dinoflagelāti un ctinoforas (ķemmveida želejas), to izmanto lielākajā daļā sugu. Lielākā daļa dziļūdens jūras organismu vienā vai otrā veidā izmanto bioluminiscenci. Parasti jūras gaismas emisija pieder zilajam un zaļajam gaismas spektram, proti, viļņu garumiem, kas visvieglāk izplatās caur jūras ūdeni.
Bioluminiscences funkcijas
Sarakstu skatīt Biolum tīmekļa vietnē.
Pretgaismas kamuflāža
Dažām kalmāru sugām bakteriālā bioluminiscence tiek izmantota pretgaismojumam, lai dzīvnieks atbilstu vides gaismai, kas redzama no apakšas. Šiem dzīvniekiem gaismas orgāni kontrolē šī apgaismojuma kontrastu, lai radītu optiski atbilstošu izgaismojumu. Parasti šie gaismas orgāni ir atdalīti no audiem, kas satur bioluminiscējošās baktērijas.
Pievilkšana
Bioluminiscenci kā lamatas, lai piesaistītu upuri, izmanto vairākas dziļūdens zivis, piemēram, jūrasvelns. Uz zivs galvas uzkarināts luminiscējošais māneklis piesaista nelielus dzīvniekus, kas atrodas tuvāk par to. Tomēr dažas zivis izmanto nebioluminiscējošu ēsmu.
Kukaiņhaizivs izmanto bioluminiscenci, lai maskētos, bet neliels plankums zem tās vēdera paliek tumšs un zem tās peldošajām lielajām plēsīgajām zivīm, piemēram, tunzivīm un makrelēm, izskatās kā maza zivtiņa. Kad šīs zivis mēģina apēst "mazo zivtiņu", haizivs tās sakoda, un tās izgrauž no saviem saimniekiem mazus apaļus "cepumu griezēja" formas gaļas gabaliņus.
Dinoflagelātiem šis mehānisms ir interesants pavērsiens. Kad planktona plēsējs jūt kustību ūdenī, dinoflagelāts sāk luminiscēt. Tas savukārt piesaista vēl lielākus plēsējus, kas apēd dinoflagelāta potenciālo plēsēju.
Biolaminācijai ir svarīga funkcija piesaistīt partnerus. To var novērot pie ugunsputniņām, kuras pārošanās sezonā izmanto periodisku mirgošanu vēderā, lai piesaistītu partnerus. Jūras vidē tas ir labi dokumentēts tikai dažiem maziem vēžveidīgajiem, bet, iespējams, tas ir diezgan izplatīts.
Atgrūšana
Daži kalmāri un mazie vēžveidīgie izmanto bioluminiscenci, tāpat kā daudzi kalmāri izmanto tinti. Luminiscences mākonis tiek izkliedēts, mulsinot vai atbaidot potenciālo plēsēju, kamēr kalmārs vai vēžveidīgais aizbēg uz drošu vietu. Katrai ugunspārņu sugai ir kāpuri, kas spīd, lai atbaidītu plēsējus.
Lampyris noctiluca , parastā spīdekļa, mātīte.
Sārtgalvītes kāpurs
Biotehnoloģija
Bioluminiscējoši organismi ir mērķis daudzās pētniecības jomās. Luciferāzes sistēmas plaši izmanto gēnu inženierijas jomā. Tās tiek izmantotas arī biomedicīnas pētījumos, lai dažām šūnām piešķirtu redzamus marķējumus. Luciferīnu var pievienot molekulām un šūnām, lai padarītu tās redzamas mikroskopā. "Šā tirgus vērtība šobrīd ir aptuveni 20 miljardi sterliņu mārciņu. Ja jūs ieejat slimnīcā un veicat asins analīzes, kurās nosaka vīrusu olbaltumvielas, vēža olbaltumvielas, hormonus, vitamīnus, baktēriju olbaltumvielas, zāles, tad gandrīz noteikti tiks izmantota šī metode."
Rūpnieciskie dizaineri pēta fotoforu - bioluminiscējošo organismu gaismas ražošanas orgānu - struktūru.
Bioluminiscējoša Antarktīdas krila mākslinieciskais atveidojums
Bioluminiscējoši organismi
Šis ir to organismu saraksts, kuriem ir redzama bioluminiscence:
Sauszemes organismi
Dzīvnieki:
- Artropodi
- ugunskrupji
- klikšķu vaboles
- spīdošās tārpi
- dzelzceļa tārpi
- dažas micetofilās mušas
- dažas simtkājiņas, piemēram, Geophilus carpophagus.
- dažām daudzkājiem, piemēram, Motyxia.
- sauszemes gliemezis (tropu sauszemes gliemezis).
- Quantula striata
- Annelidi
- Sēnes - 71 suga ir bioluminiscējošas, tostarp Armillaria, Omphalotus, Mycena, Gerronema, Pleurotus sugas.
- Sēnes (skatīt Foxfire)
- Jack O'Lantern sēne (Omphalotus olearius)
- spoku sēne (Omphalotus nidiformis)
- Medus sēnes
- Panellus stipticus
Zivis
- Anglerfish
- Cookie-cutter haizivs
- Zibspuldzes zivis
- Gulper zuši
- Lanternfish
- Jūras helikopterzivs
- Zemessardze zivis
- Pineconefish
- Viperfish
Fireflies
Neraugoties uz to nosaukumu, ugunskrupji patiesībā ir vaboles, kas izmanto fermentu reakciju, kurā iesaistīts ķīmisks savienojums, ko sauc par luciferīnu, lai radītu tām raksturīgo zaļgani mirgojošu gaismu. Tiek uzskatīts, ka mirgojošā vēdera galvenais mērķis ir ne tikai brīdināt plēsējus par to toksiskumu, bet arī piesaistīt pāridarītājus.
Jūras bezmugurkaulnieki
- daudzi Cnidaria
- Jūras pildspalvas
- koraļļi
- Aequorea victoria, medūza
- dažas Ctenophores jeb "ķemmveida želejas".
- daži adatādaiņi (piemēram, Ophiurida).
- daži vēžveidīgie
- divas chaetognaths sugas
- daži gliemji
- daži gliemji un citas gliemenes
- dažas nūdibrančas, jūras gliemeži
- Astoņkāji
- Bolitaenidae
- Teuthida pasūtījums
- Kolosāls kalmārs
- Mastigoteuthidae
- Sepiolidae
- Dzirkstošie Enope kalmāri
- Vampīrs kalmārs
Mikroorganismi
- Dinoflagelāti (piemēram, Noctiluca scintillans, Pyrodimium bahamense).
- Vibrionaceae (piemēram, Vibrio fischeri, Vibrio harveyi, Vibrio phosphoreum)
- Jūras baktēriju dzimtas Shewanellaceae pārstāvji Shewanella hanedai un Shewanella woodyi ir bioluminiscējošas.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir bioluminiscence?
A: Bioluminiscence ir dzīvu organismu radīta gaisma.
J: Kā darbojas bioluminiscence?
A: Bioluminiscence darbojas, izmantojot ķīmiskus procesus, kuros saražotā enerģija izdalās kā redzama gaisma.
J: Kādi organismi rada bioluminiscējošu gaismu?
A: Eikarijotiem protistiem ir īpašas organellas, kas rada bioluminiscējošu gaismu, un arī dažas baktērijas rada šāda veida gaismu.
J: No kurienes radās spēja ražot bioluminiscējošu gaismu?
A: Spēja ražot bioluminiscējošu gaismu ir normālas vielmaiņas paplašinājums; visas ķīmiskās reakcijas dabiski rada dažus fotonus, un, kad fotonu ražošana palielinās, var redzēt redzamu gaismu.
J: Kāda bija sākotnējā funkcija, kas baktērijām radīja bioluminiscējošu gaismu?
A: Sākotnējā funkcija, kas baktērijās radīja bioluminiscējošu gaismu, visticamāk, bija detoksikācija no pārmērīga skābekļa daudzuma.
J: Kas ir luciferīns un luciferāze?
A: Luciferīns un luciferāze ir komponenti, kas iesaistīti reakcijā starp ATP (adenozīna trifosfātu) un skābekli, kuras rezultātā veidojas spēcīgi ķīmiluminiscējošs (spilgti mirdzošs) savienojums.
