Ako sa svetlušky rozsvietia?

Enzým nazývaný luciferáza spôsobuje, že tieto blesky žiaria

Getty Images/James Jordan Photography

Mihotanie súmraku svetlušky potvrdzuje, že leto prišlo. Ako dieťa ste možno zachytili tie takzvané blýskače do dlaní a pozerali ste sa cez prsty, aby ste videli, ako žiaria. fascinujúce svetlušky produkovať svetlo.

Bioluminiscencia vo Fireflies

Svetlušky vytvorte svetlo podobným spôsobom, ako funguje glowstick. Svetlo je výsledkom chemickej reakcie alebo chemiluminiscencie. Keď v živom organizme dôjde k chemickej reakcii produkujúcej svetlo, vedci túto vlastnosť nazývajú bioluminiscencia. Väčšina bioluminiscenčné organizmy žijú v morskom prostredí, ale svetlušky patria medzi pozemské tvory schopné produkovať svetlo.

Ak sa pozorne pozriete na dospelú svetlušku, uvidíte, že posledné dva alebo tri brušné segmenty vyzerajú inak ako ostatné. Tieto segmenty tvoria orgán produkujúci svetlo, efektívnu štruktúru, ktorá produkuje svetlo bez straty tepelnej energie. Ak ste sa niekedy dotkli žiarovky po niekoľkých minútach rozsvietenia, viete, že je horúca. Ak by svetelný orgán svetlušky vyžaroval porovnateľné teplo, hmyz by sa stretol s chrumkavým koncom.

Luciferáza ich rozžiari

U svetlušiek závisí chemická reakcia, ktorá spôsobuje ich žiaru, od enzýmu nazývaného luciferáza. Nenechajte sa zmiasť jeho názvom; tento enzým nie je dielom diabla. Lucifer pochádza z lat svetla , čo znamená svetlo a niesť , čo znamená niesť. luciferáza je teda doslova enzým, ktorý prináša svetlo.

Bioluminiscencia svetlušiek vyžaduje prítomnosť vápnika, adenozíntrifosfátu, chemického luciferánu a enzýmu luciferázy vo svetelnom orgáne. Keď sa do tejto kombinácie chemických zložiek zavedie kyslík, spustí sa reakcia, ktorá produkuje svetlo.

Vedci nedávno zistili, že oxid dusnatý hrá kľúčovú úlohu v tom, že umožňuje kyslíku vstúpiť do svetelného orgánu svetlušiek a spustiť reakciu. V neprítomnosti oxidu dusnatého sa molekuly kyslíka viažu na mitochondrie na povrchu buniek svetelného orgánu a nemôžu vstúpiť do orgánu a spustiť reakciu. Nedá sa teda produkovať žiadne svetlo. Ak je prítomný, oxid dusnatý sa namiesto toho viaže na mitochondrie, čo umožňuje kyslíku vstúpiť do orgánu, spája sa s inými chemikáliami a vytvára svetlo.

Okrem toho, že ide o druhové markery pre prilákanie párov, bioluminiscencia je tiež signálom pre predátorov svetlušiek, ako sú netopiere, že budú mať horkú chuť. V štúdii uverejnenej v auguste 2018 v časopise Vedecké pokroky , vedci zistili, že netopiere jedli menej svetlušiek, keď svetlušky žiarili.

Variácie v spôsoboch blesku Fireflies

Svetlušky produkujúce svetlo blikajú vzorom a farbou, ktorá je jedinečná pre ich druh, a tieto bleskové vzory sa dajú použiť na ich identifikáciu. Naučiť sa rozpoznávať druhy svetlušiek vo vašej oblasti si vyžaduje poznať dĺžku, počet a rytmus ich zábleskov, časový interval medzi zábleskami, farbu svetla, ktoré produkujú, preferované letové vzory a nočný čas, kedy zvyčajne blesk.

Rýchlosť záblesku svetlušiek je riadená uvoľňovaním ATP počas chemickej reakcie. Farba (alebo frekvencia) produkovaného svetla je pravdepodobne ovplyvnená pH . Rýchlosť záblesku svetlušiek sa bude tiež líšiť v závislosti od teploty. Nižšie teploty majú za následok pomalšie záblesky.

Aj keď sa dobre vyznáte v zábleskových vzoroch svetlušiek vo vašej oblasti, musíte si dávať pozor na možných imitátorov, ktorí sa pokúšajú oklamať svoje svetlušky. Samičky svetlušiek sú známe svojou schopnosťou napodobňujú bleskové vzory iných druhov , trik, ktorý používajú na prilákanie nič netušiacich mužov bližšie, aby mohli získať ľahké jedlo. Aby toho nebolo málo, niektoré samce svetlušiek dokážu kopírovať aj vzory bleskov iných druhov.

Luciferáza v biomedicínskom výskume

Luciferáza je cenný enzým pre biomedicínsky výskum, najmä ako marker génovej expresie. Vedci môžu doslova vidieť pri práci gén alebo prítomnosť baktérie, keď je luciferáza označená. Luciferáza sa široko používa na identifikáciu kontaminácie potravín baktériami.

Pre svoju hodnotu ako výskumný nástroj je luciferáza v laboratóriách veľmi žiadaná a komerčný zber živých svetlušiek negatívne ovplyvnil populácie svetlušiek v niektorých oblastiach. Vedci však úspešne naklonovali gén luciferázy jedného druhu svetlušiek, Photinus pyralis , v roku 1985, umožňujúci výrobu syntetickej luciferázy vo veľkom meradle.

Bohužiaľ, niektoré chemické spoločnosti stále extrahujú luciferázu zo svetlušiek namiesto toho, aby vyrábali a predávali syntetickú verziu. To v niektorých regiónoch účinne vypísalo odmenu na hlavy svetlušiek, kde sú ľudia povzbudzovaní, aby ich zbierali po tisíckach počas vrcholu ich života. letné obdobie párenia .

V jedinom okrese Tennessee v roku 2008 ľudia túžili zarobiť na dopyte jednej spoločnosti po svetluškách ulovených a zmrazených približne 40 000 samcov. Počítačové modelovanie jedného výskumného tímu naznačuje, že táto úroveň úrody môže byť pre takúto populáciu svetlušiek neudržateľná. Pri súčasnej dostupnosti syntetickej luciferázy sú takéto zbery svetlušiek za účelom zisku úplne zbytočné.

Zdroje

• Blackcap, John L. Encyklopédia entomológie . Springer, 2008.
• Firefly Watch . Múzeum vedy, Boston.
• Ako a prečo sa svetlušky rozsvietia? Scientific American , 5. september 2005.
• Svetlušky sa rozsvietia, aby prilákali kamarátov, ale aj odradili dravcov . American Association for the Advancement of Science , 21. augusta 2018.
• _{Lee, John. ' Základná bioluminiscencia .' Katedra biochémie a molekulárnej biológie, University of Georgia.}
• _{' Modelovanie účinkov zberu na vytrvalosť populácie svetlušiek ,' Ekologické modelovanie , 2013.}