Hoppa till innehållet
Hem

Bioluminiscens: ljusproduktion hos levande organismer

Bioluminiscens är organismernas förmåga att skapa ljus genom kemiska reaktioner. Artikeln förklarar mekanismer, förekomst, evolutionära aspekter, funktioner och praktiska exempel.

Författare: Skapad: Uppdaterad:

Översikt

Bioluminiscens är förmågan hos vissa levande organismer att producera synligt ljus genom interna kemiska reaktioner. Fenomenet förekommer i många olika grupper, från encelliga protister till djur och bakterier, och har uppstått flera gånger oberoende under evolutionen. För en allmän introduktion se översikt.

Bildgalleri

10 Bilder
Bioluminescencekils
simple.wikipedia.org · CC BY-SA 3.0

Mekanism och kemiska komponenter

Den ljusproducerande reaktionen bygger ofta på ett litet pigment som kallas luciferin och ett enzym, luciferas. Energin från molekyler som ATP omvandlas i reaktionen, och syre spelar vanligtvis en nyckelroll i att skapa en exciterad mellanprodukt som avger en foton när den återgår till grundtillståndet. Se även relaterade kemiska processer via syre och allmänna metaboliska kopplingar i metabolismen. Den teoretiska bakgrunden för att kemiska reaktioner alltid ger upphov till små mängder ljus beskrivs i sammanhanget av kemiska reaktioner och fotonproduktion (fotoner).

Förekomst och cellulära strukturer

Bioluminiscent ljus kan uppkomma i olika celltyper och genom olika arrangemang. Hos vissa djur finns specialiserade ljusorgan (ljusorgan) som innehåller ljusproducerande mikroorganismer eller celler. I andra fall producerar fria eller symbiotiska mikroorganismer själva ljuset. Eukaryota organismer, inklusive vissa protister, kan använda särskilda organeller för att generera ljus, medan många bakterier har egna gener och enzymatiska system för processen.

Evolution och ekologiska roller

Bioluminiscens har utvecklats flera gånger i olika evolutionära linjer, vilket tyder på att ljusproduktion har mångfaldiga fördelar i naturen. Exempel på funktioner är kommunikation, byteslokalisering, försvar genom startling-effekter eller kamouflage och lokalisering av partner. Forskning visar att i vissa bakterier kan ljusproduktionen ha ursprungligen varit ett sätt att hantera syreöverskott snarare än att skapa synligt ljus som sådant. Läs mer om evolutionära perspektiv på evolution.

Användningsområden och exempel

Bioluminiscens används inom forskning, medicin och teknik. Naturliga system har inspirerat biosensorer, märkningsmetoder inom cellbiologi och miljöövervakning. Kända exempel i naturen inkluderar djuphavslevande fiskar, vissa bläckfiskar och plankton som ger upphov till glödande vågor. Symbiotiska relationer där ljusproducerande bakterier lever i värdorgan ger intressanta modeller för studier av samspel mellan arter (symbios).

Viktiga skillnader och notabla fakta

  • Bioluminiscens skiljer sig från fosforescens och fluorescens genom att ljuset genereras i en kemisk reaktion snarare än av extern ljusabsorption.
  • Ljuset kan ha olika färg beroende på luciferin-typ och miljöfaktorer.
  • Studier kring gammaproteobakterier och andra grupper visar mångfacetterade lösningar på hur organismer producerar ljus.

För mer detaljerade ingångar till ämnet, inklusive laboratorietekniker och arter, kan man hitta sammanfattningar och databaser via relevanta resurser: mikroorganismer, eukaryota, protister, eller specifika tekniska översikter på organeller och enzymatiken (bakterier, introduktion). För kompletterande läsning om relaterade fotoniska och kemiska aspekter, se också ATP och syre-kopplingarna, samt generella kemireferenser (reaktioner, fotoner) och evolutionära sammanhang (evolution). Slutligen kan relationer mellan värdar och ljusproducerande partners studeras vidare under ämnet symbios.

Flygande och glödande Photinus pyralis, en eldfluga.
Flygande och glödande Photinus pyralis, en eldfluga.

Omphalotus nidiformis

Exempel på en bioluminescerande svampart....

...lyser med släckta lampor.

Haven

Bioluminescens är huvudsakligen ett marint fenomen.

"Det är den dominerande ljuskällan i den största delen av jordens beboeliga volym, djuphavet. Däremot är bioluminescens i stort sett obefintlig (med några få undantag) i sötvatten, till och med i Bajkalsjön".

Bioluminiscens finns i havet på alla nivåer: planktoniska, pelagiska och bentiska organismer. Vissa planktongrupper, t.ex. dinoflagellater och ctenophorer (kammaneter) använder det hos de flesta arter. De flesta marina djuphavsorganismer använder bioluminescens i en eller annan form. Vanligtvis hör marin ljusemission till det blå och gröna ljusspektrumet, de våglängder som lättast kan överföras genom havsvatten.

Bioluminescens funktioner

En förteckning finns på Biolums webbplats.

Kamouflage med motljus

Hos vissa bläckfiskarter används bakteriell bioluminescens som motljus så att djuret matchar det ljus som syns underifrån. Hos dessa djur kontrollerar ljusorganen kontrasten i denna belysning för att skapa en optisk matchning. Vanligtvis är dessa ljusorgan skilda från den vävnad som innehåller de bioluminiscerande bakterierna.

Attraktion

Bioluminescens används som lockbete för att locka till sig byten av flera djuphavsfiskar, t.ex. marulkfiskar. Ett dinglande lockbete på fiskens huvud lockar små djur till sig inom räckhåll. Vissa fiskar använder dock ett icke-bioluminescerande lockbete.

Kockhajen använder bioluminescens för att kamouflera sig, men en liten fläck på undersidan förblir mörk och framstår som en liten fisk för stora rovfiskar som tonfisk och makrill som simmar under den. När dessa fiskar försöker äta den "lilla fisken" blir de bitna av hajen, som då skär ut små cirkulära "kakformade" köttbitar ur sina värdar.

Dinoflagellater har en intressant variant av denna mekanism. När en planktonråttare känner av en rörelse i vattnet, lyser dinoflagellaten upp. Detta lockar i sin tur till sig ännu större rovdjur som äter upp dinoflagellatens potentiella rovdjur.

En viktig funktion för bioluminescens är att locka till sig parningar. Detta kan man se hos eldflugor, som använder sig av periodiska blinkningar i buken för att locka till sig partners under parningssäsongen. I havsmiljön har detta bara dokumenterats väl hos vissa små ostrakodjur, men det kan vara ganska vanligt.

Avstötning

Vissa bläckfiskar och små kräftdjur använder bioluminescens på samma sätt som många bläckfiskar använder bläck. Ett moln av luminescens sprids ut och förvirrar eller stöter bort potentiella rovdjur medan bläckfisken eller kräftdjuret flyr i säkerhet. Alla arter av eldflugor har larver som lyser för att stöta bort rovdjur.

Honan av Lampyris noctiluca, den vanliga glödmasken.
Honan av Lampyris noctiluca, den vanliga glödmasken.
Larv av eldfluga
Larv av eldfluga

Bioteknik

Bioluminescerande organismer är ett mål för många forskningsområden. Luciferassystem används ofta inom genteknik. De har också använts inom biomedicinsk forskning för att ge vissa celler synliga etiketter. Luciferin kan tillsättas till molekyler och celler för att göra dem synliga i mikroskopet. "Denna marknad är nu värd omkring 20 miljarder pund. Om du går in på ett sjukhus och tar ett blodprov som mäter virusproteiner, cancerproteiner, hormoner, vitaminer, bakterieproteiner, läkemedel, kommer det nästan säkert att använda denna teknik".

Industridesigners undersöker strukturen hos fotofoner, de ljusproducerande organen i bioluminescerande organismer.

Konstnärlig återgivning av bioluminescerande Antarktisk krill
Konstnärlig återgivning av bioluminescerande Antarktisk krill

Bioluminescerande organismer

Detta är en lista över organismer som har synlig bioluminiscens:

Jordlevande organismer

Djur:

Fisk

  • Anglerfish
  • En haj som är en "cookie-cutter".
  • Ficklampa fisk
  • Gulperål
  • Lanternfish
  • Havslevande kläckfisk
  • Fisk för aspiranter
  • Tallfisk
  • Viperfish

Eldflugor

Trots sitt namn är eldflugor faktiskt skalbaggar som använder en enzymatisk reaktion med en kemisk förening som kallas luciferin för att producera sitt typiska grönliga blinkande ljus. Förutom att de kanske varnar rovdjur om deras giftighet, tror man att det huvudsakliga syftet med deras blinkande buk är att locka till sig parningar.

Marina ryggradslösa djur

Mikroorganismer

  • Dinoflagellater (t.ex. Noctiluca scintillans, Pyrodimium bahamense).
  • Vibrionaceae (t.ex. Vibrio fischeri, Vibrio harveyi, Vibrio phosphoreum).
  • Medlemmar av den marina bakteriefamiljen Shewanellaceae, Shewanella hanedai och Shewanella woodyi är bioluminescerande.

Frågor och svar

F: Vad är bioluminescens?

S: Bioluminescens är produktion av ljus hos levande varelser.

F: Hur fungerar bioluminescens?

S: Bioluminescens fungerar genom kemiska processer, där den producerade energin frigörs som synligt ljus.

F: Vilka organismer producerar bioluminescent ljus?

Svar: Eukaryota protister har särskilda organeller som producerar bioluminescerande ljus, och vissa bakterier producerar också denna typ av ljus.

Fråga: Varifrån kommer förmågan att producera bioluminescerande ljus?

S: Förmågan att producera bioluminiscent ljus är en förlängning av den normala ämnesomsättningen; alla kemiska reaktioner producerar naturligt några fotoner, och när fotonproduktionen ökar kan synligt ljus ses.

F: Vilken var den ursprungliga funktionen för att producera bioluminiscent ljus i bakterier?

S: Den ursprungliga funktionen hos bakterier som producerar bioluminiscerande ljus var troligen att avgifta överflödigt syre.

F: Vad är luciferin och luciferas?

S: Luciferin och luciferas är komponenter som är involverade i reaktionen mellan ATP (adenosintrifosfat) och syre som ger upphov till en starkt kemiluminescent (starkt lysande) förening.

Relaterade artiklar

Författare

AlegsaOnline.com Bioluminiscens: ljusproduktion hos levande organismer

URL: https://sv.alegsaonline.com/art/11655

Dela

Källor