Jak świetliki wytwarzają światło?

Migotanie zmierzchu świetliki potwierdza, że ​​nadeszło lato. Jako dziecko mogłeś uchwycić tak zwane robale błyskawicowe w swoich złożonych dłoniach i zerknąć przez palce, aby zobaczyć, jak się świecą, zastanawiając się, jak te fascynujące świetliki produkować światło.

Świetliki stworzyć światło w podobny sposób, jak działa żarnik. Światło powstaje w wyniku reakcji chemicznej lub chemiluminescencji. Kiedy w żywym organizmie zachodzi reakcja chemiczna wytwarzająca światło, naukowcy nazywają tę właściwość bioluminescencją. Większość organizmy bioluminescencyjne żyją w środowisku morskim, ale świetliki należą do stworzeń lądowych zdolnych do wytwarzania światła.

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

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 Lucis, co oznacza światło, i ferre, co znaczy nieść. Lucyferaza jest więc dosłownie enzymem, który przynosi światło.

Bioluminescencja Firefly wymaga obecności wapnia, trifosforanu adenozyny, chemicznego lucyferanu i enzymu lucyferazy w obrębie narządu lekkiego. Wprowadzenie tlenu do tej kombinacji składników chemicznych powoduje reakcję, która wytwarza światło.

Naukowcy odkryli niedawno, 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 komórek narządów światła i nie mogą wejść do narządu, aby wywołać reakcję. Dlatego nie można wytworzyć światła. Gdy jest obecny, tlenek azotu wiąże się zamiast tego z mitochondriami, pozwalając tlenowi dostać się do narządu, łączy się z innymi chemikaliami i wytwarza światło.

Oprócz tego, że są markerami przyciągania partnerów, bioluminescencja jest również sygnałem dla drapieżników świetlików, takich jak nietoperze, że będą gorzko smakować. W badaniu opublikowanym w czasopiśmie z sierpnia 2018 r Postępy w nauce, naukowcy odkryli, że nietoperze zjadły mniej świetlików, gdy świetliki świeciły.

Świetliki wytwarzające światło migają we wzorze i kolorze, 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 czas między błyskami, kolor wytwarzanego przez nie światła, preferowane wzorce lotu oraz pora nocy, kiedy zwykle migają.

Szybkość wzoru błyskawicy świetlika jest kontrolowana przez uwalnianie ATP podczas reakcji chemicznej. Prawdopodobnie ma to wpływ na kolor (lub częstotliwość) wytwarzanego światła pH. Szybkość błysku świetlika również będzie się różnić w zależności od temperatury. Niższe temperatury powodują wolniejsze błyski.

Nawet jeśli jesteś dobrze zaznajomiony ze wzorami błysków świetlików w twojej okolicy, musisz pamiętać o możliwych naśladowcach próbujących oszukać innych świetlików. Samice Firefly są znane ze swojej zdolności naśladować wzory flash innych gatunków, trik, którego używają, aby zwabić niczego niepodejrzewających mężczyzn, aby mogli zdobyć łatwy posiłek. Aby nie zostać wyprzedzonym, niektóre męskie świetliki mogą również kopiować wzory flash innych gatunków.

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

Ze względu na swoją wartość jako narzędzia badawczego, lucyferaza jest bardzo poszukiwana przez laboratoria, a komercyjne zbiory żywych świetlików negatywnie wpłynęły na populacje świetlików na niektórych obszarach. Jednak naukowcom udało się sklonować gen lucyferazy jednego gatunku świetlika, Photinus pyralis, w 1985 r., umożliwiając produkcję syntetycznej lucyferazy na dużą skalę.

Niestety niektóre firmy chemiczne nadal wydobywają lucyferazę z świetlików, zamiast produkować i sprzedawać wersję syntetyczną. W niektórych regionach skutecznie nagrodziło to głowy świetlików, w których ludzie są zachęcani do zbierania ich przez tysiące podczas szczytu ich letni sezon godowy.

W jednym hrabstwie Tennessee w 2008 roku ludzie chętnie zarabiali na popycie jednej firmy na świetliki schwytane i zamrożone około 40 000 mężczyzn. Modelowanie komputerowe 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.

• Capinera, John L. Encyklopedia Entomologii. Springer, 2008.
• “Zegarek Firefly.” Muzeum Nauki, Boston.
• “Jak i dlaczego zapalają się świetliki?” Amerykański naukowiec, 5 września 2005.
• “Świetliki zapalają się, aby przyciągać partnerów, ale także odstraszać drapieżników.” American Association for Advancement of Science, 21 sierpnia. 2018.
• _{Lee, John. "Podstawowa bioluminescencja"Departament Biochemii i Biologii Molekularnej, University of Georgia.}
• _{"Modelowanie wpływu zbiorów na trwałość populacji świetlika," Modelowanie ekologiczne, 2013.}