Bioluminiscens
Bioluminescens är levande varelsers förmåga att producera ljus. Ofta sker detta genom symbios. Då innehåller den större organismen, ofta i ett särskilt organ, mikroorganismer som producerar ljuset. Eukaryota protister har särskilda organeller, och vissa bakterier producerar också ljus. Bioluminescens är resultatet av kemiska processer, där den producerade energin frigörs som synligt ljus. Bioluminiscens har dykt upp många gånger under evolutionen.
ATP (adenosintrifosfat), den biologiska energikällan, reagerar med luciferin med hjälp av enzymet luciferas för att ge ett mellanliggande komplex. Detta komplex kombineras med syre för att producera en starkt kemiluminiscent (starkt lysande) förening.
Gammaproteobakteriernas roll i ljusproduktionen diskuteras i detalj i referensverk. Förmågan att producera ljus är en förlängning av den normala ämnesomsättningen: alla kemiska reaktioner producerar några fotoner. Synligt ljus produceras när fotonproduktionen ökar. I bakteriernas fall var reaktionens ursprungliga funktion förmodligen att avgifta överflödigt syre.
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.
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
Bioluminescerande organismer
Detta är en lista över organismer som har synlig bioluminiscens:
Jordlevande organismer
Djur:
- Leddjur
- eldflugor
- klicka på skalbaggar
- glödmaskar
- Järnvägsmaskar
- Vissa mycetophilida flugor.
- Vissa tusenfotingar, t.ex. Geophilus carpophagus.
- vissa tusenfotingar som Motyxia.
- ett landlevande blötdjur (en tropisk landsnigel).
- Quantula striata
- Annelider
- Svampar - Totalt 71 arter är bioluminescerande, inklusive arter av Armillaria, Omphalotus, Mycena, Gerronema och Pleurotus.
- Svamp (se Foxfire)
- Lanthonsvamp (Omphalotus olearius)
- spöksvamp (Omphalotus nidiformis).
- Honungssvamp
- Panellus stipticus
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
- många Cnidaria
- Havspennor
- koraller
- Aequorea victoria, en manet.
- Vissa Ctenophores eller "kammargeléer".
- Vissa tagghudingar (t.ex. Ophiurida).
- Vissa kräftdjur.
- ostrakoder
- Copepoder
- krill
- Två arter av chaetognater.
- Vissa blötdjur.
- Vissa musslor och andra musslor.
- Vissa nakensnäckor, havssnäckor.
- Bläckfiskar
- Bolitaenidae
- ordning Teuthida
- Kolossal bläckfisk
- Mastigoteuthidae
- Sepiolidae
- Mousserande enope bläckfisk
- Vampyrbläckfisk
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.
