Γιατί τα ζώα λάμπουν; Η Επιστήμη της Βιοφωταύγειας | KQED

Είναι μια ζεστή καλοκαιρινή νύχτα και στέκεστε στην παραλία και παρατηρείτε ότι με κάθε κύμα που πέφτει, ο ωκεανός αρχίζει να λάμπει με αιθέριο μπλε φως.

Τα ψάρια αφήνουν ίχνη φωτός πίσω τους, σαν υποβρύχια πεφταστέρια.

Μπορεί να φαίνεται μαγικό, αλλά στην πραγματικότητα, είναι απλώς οι μονοκύτταροι οργανισμοί των δινομαστιγωτών της φιλικής γειτονιάς σας που λάμπουν όταν ενοχλούνται.

Αυτό το φως που βλέπετε ονομάζεται βιοφωταύγεια.

Κάποιοι πολιτισμοί πίστευαν κάποτε ότι αυτά τα φώτα ήταν πόρτες προς ένα μυθικό βασίλειο ή τα πνεύματα εκείνων που πέθαναν.

Σήμερα γνωρίζουμε ότι στην πραγματικότητα είναι οργανισμοί που δημιουργούν το δικό τους φως.

Αλλά πώς συμβαίνει αυτό στην πραγματικότητα, και γιατί αυτά τα πλάσματα θα το έκαναν εξαρχής;

Γεια, είμαι ο Niba.

Σήμερα ρίχνουμε φως στη βιοφωταύγεια, βουτάμε βαθιά στον τρόπο λειτουργίας της – και ακόμη και κάνοντας ένα δικό μας ελαφρύ σόου.

Καλώς ήρθατε στο Big Ideas, μια νέα εκπομπή από την ομάδα πίσω από το Deep Look.

Ενώ το Deep Look μεγεθύνει ένα μικρό ζώο, το Big Ideas μεγεθύνει, απαντώντας στις μεγάλες ερωτήσεις σχετικά με το πώς επιβιώνουν τα ζώα.

Η βιοφωταύγεια μπορεί να βρεθεί σε όλο τον πλανήτη μας, από το θαλάσσιο πλαγκτόν έως τους μύκητες και ακόμη και τα πλάσματα των βαθέων υδάτων.

Σύμφωνα με τους ερευνητές, τα τρία τέταρτα των ζώων βαθέων υδάτων κάνουν το δικό τους φως.

Όπως αυτή η θηλυκή πεσκανδρίτσα. Στα κατάμαυρα βάθη του ωκεανού, κρέμεται ένα λαμπερό δέλεαρ.

Μέσα υπάρχουν βιοφωταύγεια βακτήρια που δελεάζουν την ανυποψίαστη λεία πριν τα καταπιεί ολόκληρη.

Τώρα, η βιοφωταύγεια δεν είναι τόσο διαδεδομένη στην ξηρά όσο είναι υποβρύχια, αλλά υπάρχει.

Θα το βρείτε σε ορισμένα είδη μανιταριών και στα μυκήλια, ή τη δομή της ρίζας, ορισμένων μυκήτων.

Και φυσικά, ένα από τα πιο διάσημα λαμπερά πλάσματα είναι η αγαπημένη πυγολαμπίδα, γνωστή και ως αστραπές.

Αλλά στην πραγματικότητα δεν είναι ούτε μύγες ούτε ζωύφια – είναι σκαθάρια.

Από τα περίπου 400.000 είδη σκαθαριών, μόνο το μισό του 1% μπορεί πραγματικά να λάμψει.

Λοιπόν, ναι, είσαι ξεχωριστή, μικρή πυγολαμπίδα, όπως και τα 2.000 είδη σκαθαριών της οικογένειας Lampyridae.

Τέλος πάντων, ενώ τα περισσότερα λαμπερά σκαθάρια ευδοκιμούν στην τροπική υγρασία, οι πυγολαμπίδες είναι πολύ προσαρμόσιμες.

Αυτά τα αξιόλογα έντομα έχουν εξαπλωθεί σε κάθε ήπειρο εκτός από την Ανταρκτική. Υποθέτω ότι και οι πυγολαμπίδες κάπου τραβούν τη γραμμή.

Τι ακριβώς κάνει λοιπόν αυτά τα σκαθάρια – να μην αναβοσβήνουν μύγες ή ζωύφια όταν δύει ο ήλιος; Τι πραγματικά συμβαίνει όταν εκπέμπουν φως;

Βασικά, η βιοφωταύγεια είναι φως που παράγεται μέσα σε έναν οργανισμό μέσω μιας χημικής αντίδρασης.

Αυτά τα έντομα παράγουν φως σε ένα ειδικό όργανο στην κοιλιά τους που ονομάζεται φωτοφόρο. Μερικές φορές το αναφέρουμε ως φανάρι, για ευνόητους λόγους.

Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι για να δημιουργήσουν αυτά τα σκαθάρια την ιδιαίτερη λάμψη τους, τέσσερις χημικές ουσίες πρέπει να συνεργαστούν: οξυγόνο, ένα ένζυμο που ονομάζεται λουσιφεράση, η ένωση που παράγει φως λουσιφερίνη και το ενεργειακό μόριο ATP-τριφωσφορική αδενοσίνη.

Έτσι, όταν τα σκαθάρια θέλουν να ανάψουν, ανακατευθύνουν το οξυγόνο στο φανάρι τους μέσω δομών που ονομάζονται υπεροξισώματα. Εκεί βρίσκεις το ένζυμο λουσιφεράση.

Η Luciferase έχει αυτές τις τσέπες, ή τις μικρές τρύπες, που συγκρατούν την ένωση που παράγει φως λουσιφερίνη ακριβώς δίπλα στο ενεργειακό νόμισμα του ATP. Και τώρα φτιάχνεται η σκηνή για το φως του σκαθαριού.

Όταν εισάγεται οξυγόνο, διεγείρει τη λουσιφερίνη και το ATP, αναγκάζοντας το δίδυμο να απελευθερώσει μια έκρηξη ενέργειας – έτσι αυτά τα μικροσκοπικά έντομα δημιουργούν αυτή τη μεγάλη κιτρινοπράσινη λάμψη.

Δεν έχουμε πυγολαμπίδες στο στούντιο μας, αλλά μπορούμε να δημιουργήσουμε παρόμοια χημική αντίδραση χρησιμοποιώντας διαφορετικές ουσίες.

Έχουμε λουμινόλη, υδροξείδιο του νατρίου, λευκαντικό και το συστατικό MVP: οξυγόνο. Αυτό θα δημιουργήσει μια αντίδραση χημειοφωταύγειας παρόμοια με αυτό που συμβαίνει στην πυγολαμπίδα. Πρώτα όμως η ασφάλεια.

Εντάξει, ας δούμε τι συμβαίνει όταν εισάγω το διάλυμα luminol στη χλωρίνη.

Τι; Λοιπόν, ήταν τόσο ωραίο!

Οι χημικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα στη βιοφωταύγεια και στη φωτιά είναι αρκετά παρόμοιες. Και τα δύο περιλαμβάνουν οξυγόνο για τη δημιουργία φωτός, αλλά υπάρχει μια βασική διαφορά.

Η φωτιά παράγει και φως και θερμότητα – αυτό ονομάζεται “καυτό φως”. Αλλά η βιοφωταύγεια παράγει μόνο φως, γι’ αυτό και ονομάζεται “κρύο φως”.

Η χημική αντίδραση πίσω από τη βιοφωταύγεια είναι εκπληκτική γιατί μετατρέπει σχεδόν όλη την ενέργειά της σε φως αντί να την απελευθερώνει ως θερμότητα.

Φανταστείτε αν αυτό το αγαπημένο λαμπερό σκαθάρι εξέπεμπε καυτό φως μέσα στο φανάρι του – δεν νομίζω ότι θα επιζούσε από αυτήν την εμπειρία.

Αυτό είναι ένα πραγματικά υπέροχο εξελικτικό θαύμα: η παραγωγή φωτός χωρίς θερμότητα. Πρέπει να εξυπηρετεί κάποιου είδους σκοπό.

Μερικά είδη λαμπερών σκαθαριών αρχίζουν να χρησιμοποιούν το φως ως προειδοποίηση πριν καν γεννηθούν – ενώ βρίσκονται ακόμη στα αυγά τους.

Ως προνύμφες, ανάβουν για να πουν σε αρπακτικά όπως βατράχια ή φρύνους, «Γεια σου, μη με φας. Έχω απαίσια γεύση και μπορεί ακόμη και να είμαι τοξική.â€

Αλλά ως ενήλικες, αυτά τα λαμπερά σκαθάρια χρησιμοποιούν τα φανάρια που αναβοσβήνουν για τον απώτερο στόχο: να προσελκύσουν έναν σύντροφο. Όπως η έκδοση της φύσης μιας εφαρμογής γνωριμιών.

Τα αρσενικά είναι τα φανταχτερά, που πετούν τριγύρω και επιδεικνύουν τα ανάλαφρα μοτίβα τους όπως, “Γεια σας κυρίες, δείτε με”.

Εν τω μεταξύ, τα θηλυκά κάνουν παρέα στο γρασίδι ή στα φυτά. Όταν ένα θηλυκό βλέπει ένα αρσενικό του οποίου το μοτίβο που αναβοσβήνει τραβάει το μάτι της, αναβοσβήνει – αυτός είναι ο τρόπος της να πει ότι ενδιαφέρεται.

Αλλά δεν είναι όλα ρομαντικά παραμύθια.

Στον κόσμο των σκαθαριών, μερικές ύπουλες θηλυκές πυγολαμπίδες, που ονομάζονται «femme fatales» στο γένος Photuris, είναι κύριοι της εξαπάτησης.

Αντιγράφουν τα μοτίβα φλας των θηλυκών από άλλα είδη για να ξεγελάσουν τα αρσενικά ώστε να νομίζουν ότι έχουν βρει σύντροφο.

Αλλά όταν ο καημένος πετάει κάτω για να συναντήσει την έκπληξή της. Αντιθέτως, γίνεται δείπνο.

Αυτά τα λαμπερά σκαθάρια υπάρχουν από την εποχή των δεινοσαύρων. Η παλαιότερη γνωστή απολιθωμένη πυγολαμπίδα είναι περίπου 99 εκατομμυρίων ετών.

Και ενώ χρειάστηκαν γενιές επιστημόνων για να καταλάβουν πώς οι πυγολαμπίδες δημιουργούν τη λάμψη τους, σήμερα οι ερευνητές χρησιμοποιούν αυτή τη γνώση με μερικούς εντυπωσιακούς τρόπους.

Χρησιμοποιείται ακόμη και στην έρευνα για τον καρκίνο.

Οι επιστήμονες μπορούν να τροποποιήσουν γενετικά καρκινικά κύτταρα για να λάμπουν και στη συνέχεια να τα εγχύσουν σε ποντίκια.

Χρησιμοποιώντας εξειδικευμένες κάμερες, μπορούν να παρακολουθούν την ανάπτυξη και την εξάπλωση του όγκου σε πραγματικό χρόνο, βοηθώντας τους να κατανοήσουν καλύτερα πώς εξελίσσεται ο καρκίνος και πώς ανταποκρίνεται στη θεραπεία.

Έτσι, η βιοφωταύγεια είναι κάτι περισσότερο από ένα διασκεδαστικό σόου φωτός.

Είναι μια τακτική επιβίωσης, ένα σήμα ζευγαρώματος και ίσως μια μέρα ένα βασικό μέρος των νέων επιστημονικών ανακαλύψεων.

Είναι εκπληκτικό ότι αυτά τα μικροσκοπικά λαμπερά σκαθάρια μας βοηθούν να κατανοήσουμε καλύτερα τον κόσμο στον οποίο ζούμε.