Riddles of Nature: Bioluminescence

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-16 16:16

Biolumineshenca është aftësia e organizmave të gjallë që të shkëlqejnë me proteinat e tyre ose me ndihmën e baktereve simbiotike.

Sot njihen rreth 800 lloje krijesash të gjalla me shkëlqim. Shumica e tyre jetojnë në det. Këto janë bakteret, algat njëqelizore flagjelate, radiolarët, kërpudhat, koelenteratet planktonike dhe të bashkangjitur, sifonoforet, puplat e detit, ctenoforet, ekinodermat, krimbat, molusqet, krustacet, peshqit.

Disa nga kafshët më të ndezura janë pirozomet (brembujt e zjarrit). Ndër speciet biolumineshente të ujërave të ëmbla, njihen molusku gastropod i Zelandës së Re Latia neritoides dhe një numër bakteresh. Midis organizmave tokësorë, lloje të caktuara të kërpudhave, krimbave të tokës, kërmijve, millipedëve dhe insekteve shkëlqejnë.

Në nivel mikrokozmosi, një shkëlqim shumë i dobët, të cilin mund ta regjistrojmë vetëm me ndihmën e fotometrave shumë të ndjeshëm, është një efekt anësor i neutralizimit të specieve reaktive të oksigjenit nga enzimat, të cilat janë të nevojshme, por toksike për qelizat, të cilat janë pjesëmarrëse në procesi i oksidimit të glukozës. Ata gjithashtu furnizojnë energjinë e nevojshme për kimilumineshencën e proteinave të ndryshme të fosforit.

Një nga llambat e para bakteriale - një balonë me një kulturë bakteresh ndriçuese - u argëtua më shumë se njëqind vjet më parë nga botanisti dhe mikrobiologu holandez Martin Beijerinck. Në vitin 1935, llamba të tilla madje ndriçuan sallën e madhe të Institutit Oqeanologjik të Parisit, dhe gjatë luftës mikrobiologu sovjetik A. A. Egorova përdori baktere ndriçuese për qëllime prozaike - për të ndriçuar laboratorin.

Dhe mund të kryeni një eksperiment të ngjashëm: vendosni peshkun ose mishin e papërpunuar në një vend të ngrohtë, prisni një ose dy javë dhe më pas dilni natën (nga ana e erës!) Dhe shikoni se çfarë ndodh - ka të ngjarë që bakteret të banojnë mediumi ushqyes do të shkëlqejë me një dritë të botës tjetër. Bakteret, kryesisht të gjinisë Photobacterium dhe Vibrio, dhe organizmat planktonikë shumëqelizorë (në foto) shkëlqejnë në det, por burimi kryesor i dritës është një nga më të mëdhenjtë (deri në 3 mm!) dhe organizmat komplekse njëqelizore - algat flagjelate të natës dritë.

Në bakteret, proteinat e fosforit shpërndahen në të gjithë qelizën; në organizmat eukariote njëqelizore (me një bërthamë qelizore), ato janë të vendosura në vezikula të rrethuara nga një membranë në citoplazmë. Në kafshët shumëqelizore, drita zakonisht emetohet nga qeliza të veçanta - fotocite, shpesh të grupuara në organe të veçanta - fotofore.

Fotocitet e koelenterateve dhe kafshëve të tjera primitive, si dhe fotoforat që funksionojnë për shkak të fotobaktereve simbiotike, shkëlqejnë vazhdimisht ose për disa sekonda pas stimulimit mekanik ose kimik. Në kafshët me një sistem nervor pak a shumë të zhvilluar, ai kontrollon punën e fotociteve, duke i ndezur dhe fikur ato në përgjigje të stimujve të jashtëm ose kur ndryshon mjedisi i brendshëm i trupit.

Përveç atij ndërqelizor, në karkalecat e detit të thellë, oktapodët, sepjet dhe kallamarët, ekziston një lloj shkëlqimi sekretues: një përzierje e produkteve sekretuese të dy gjëndrave të ndryshme nxirret nga manteli ose nga nën guaskë dhe përhapet në ujë si një re e shndritshme, që verbon armikun.

Një shembull tjetër klasik i biolumineshencës është kalbja e drurit. Nuk është vetë pema që shkëlqen në to, por miceli i kërpudhave të zakonshme të mjaltit.

Dhe në kërpudhat më të larta të gjinisë Mycena, që rriten gjithashtu në një pemë të kalbur, por në rajone të ngrohta si Brazili dhe Japonia, trupat frutorë shkëlqejnë - ato që zakonisht quhen kërpudha (megjithëse myku, maja dhe kërpudha të tjera janë gjithashtu kërpudha, vetëm ato më të ulëta). Një nga speciet e kësaj gjinie quhet M. lux-coeli, "mycene - dritë qiellore".

Aplikimi më i mrekullueshëm i biolumineshencës është krijimi i bimëve dhe kafshëve transgjenike. Miu i parë me gjenin GFP të futur në kromozome u krijua në 1998.

Proteinat e ndezura nevojiten për të përpunuar teknika për futjen e gjeneve të huaja në kromozomet e organizmave të ndryshëm: nëse shkëlqen, do të thotë që metoda funksionon, mund ta përdorni për të futur një gjen të synuar në gjenom. Peshku i parë ndriçues - zebrafish transgjenik (Brachydanio rerio) dhe peshku japonez i orizit medaka (Orizias latipes) - doli në shitje në 2003.

Deti i ndezur

Ata që kanë fatin të notojnë në det gjatë natës gjatë shkëlqimit të tij, do ta kujtojnë këtë pamje magjepsëse për një jetë. Më shpesh, shkaku i shkëlqimit është algat flagellate të dritës së natës (Noctiluca). Në disa vite, numri i tyre rritet aq shumë sa i gjithë deti shkëlqen. Nëse jeni të pafat dhe e gjeni veten në brigjet e deteve të ngrohta në kohën e gabuar, provoni të derdhni ujin e detit në një kavanoz dhe shtoni pak sheqer atje.

Noktylistët do të reagojnë ndaj kësaj duke rritur aktivitetin e proteinës luciferin. Shkundni ujin dhe admironi shkëlqimin e kaltërosh. Dhe kur ndaloni të admironi, mund të mbani mend se po shikoni një nga misteret e pazgjidhura të natyrës: mungesa e qartësisë së mekanizmave evolucionar të shfaqjes së aftësisë për të ndezur në taksa të ndryshme u vu re në një kapitull të veçantë të " Origjina e Llojeve" nga Darvini, dhe që atëherë shkencëtarët nuk kanë qenë në gjendje të hedhin mbi këtë pyetje se është drita e së vërtetës.

Luminescenca mund të jetë zhvilluar në organizmat që jetojnë në kushte të mira drite, bazuar në komponimet e pigmentit që kryejnë një funksion mbrojtës ndaj dritës.

Por akumulimi gradual i një tipari - një foton në sekondë, dy, dhjetë - si për ta ashtu edhe për të afërmit e tyre të natës dhe në det të thellë nuk mund të ndikonte në përzgjedhjen natyrore: një shkëlqim kaq i dobët nuk ndihet as nga sytë më të ndjeshëm, dhe shfaqja e mekanizmave të gatshëm të shkëlqimit intensiv në vendndodhjen e zhveshur duket gjithashtu e pamundur. Dhe madje edhe funksionet e shkëlqimit në shumë specie mbeten të pakuptueshme.

Pse po shkëlqejnë?

Kolonitë e ndezura bakteriale dhe kërpudhat tërheqin insektet që përhapin mikrobe, spore ose miceli. Larvat insektngrënëse të mushkonjës së Zelandës së Re Arachnocampa thurin një rrjetë kurth dhe e ndriçojnë atë me trupin e tyre, duke tërhequr insektet.

Vezullimet e dritës mund të trembin grabitqarët nga kandil deti, pelte krehër dhe krijesa të tjera të pafuqishme dhe të buta. Për të njëjtin qëllim, koralet dhe kafshët e tjera koloniale që rriten në ujë të cekët shkëlqejnë në përgjigje të stimulimit mekanik, dhe fqinjët e tyre, të cilët askush nuk i preku, gjithashtu fillojnë të dridhen. Koralet e detit të thellë konvertojnë dritën e dobët me gjatësi vale të shkurtër që i arrin ato në rrezatim me një gjatësi vale më të madhe, ndoshta për të lejuar që algat simbiotike që banojnë në indet e tyre të fotosintezohen.

Kallam peshkimi me llambë

Rendi i peshkut të peshkut (Lophiiformes) është më i larmishëm (16 familje, mbi 70 gjini dhe mbi 225 lloje) dhe, ndoshta, më interesantja e peshqve të detit të thellë. (Shumë janë njohur me peshkatarët e detit jo nga libri shkollor i zoologjisë, por nga filmi vizatimor "Gjetja e Nemos").

Femrat peshkatare janë grabitqare me gojë të madhe, dhëmbë të fuqishëm dhe stomak shumë të zgjatur. Ndonjëherë peshkapeshku i ngordhur gjenden në sipërfaqen e detit, duke u mbytur në peshq më shumë se dyfishi i madhësisë së tyre: grabitqari nuk mund ta lëshojë atë për shkak të strukturës së dhëmbëve të tij. Rrezja e parë e pendës dorsal shndërrohet në një "kallam peshkimi" (illicium) me një "krimb" ndriçues (eska) në fund. Është një gjëndër e mbushur me mukozë që përmban baktere biolumineshente. Për shkak të zgjerimit të mureve të arterieve që ushqejnë escu me gjak, peshqit mund të shkaktojnë në mënyrë arbitrare ndriçimin e baktereve që kanë nevojë për furnizim me oksigjen për këtë, ose ta ndalojnë atë, duke ngushtuar enët.

Zakonisht, shkëlqimi shfaqet në formën e një serie ndezjesh, individuale për secilën specie. Illicium në specien Ceratias holboelli është në gjendje të ecë përpara dhe të tërhiqet në një kanal të veçantë në anën e pasme. Duke joshur gjahun, ky peshkatar gradualisht e zhvendos karremin e ndritshëm në gojë derisa ta gëlltisë gjahun. Dhe Galatheathauma axeli e ka karremin pikërisht në gojë.

Vendndodhja e fosforeve dhe madje edhe natyra e vezullimit të pikave të ndezura mund të shërbejnë për komunikim - për shembull, për të tërhequr një partner. Dhe femrat e xixëllonjës amerikane Photoris versicolor, pas çiftëzimit, fillojnë të "rrahin kodin Morse" të femrave të një specie tjetër, duke tërhequr meshkujt e tyre jo për qëllime dashurore, por për qëllime gastronomike.

Në brigjet e Japonisë, dasmat masive festohen nga umitoharu (zjarret e detit) - krustace të vegjël, 1-2 mm të gjatë, të gjinisë Cypridina - dhe kallamarët Watasenia scintellans. Trupat e Vatazenisë rreth 10 cm të gjata, së bashku me tentakulat, janë të mbushura me perla fotofore dhe ndriçojnë një zonë me diametër 25-30 cm - imagjinoni se si duket deti me një shkollë të tërë të këtyre kallamarëve!

Në shumë cefalopodë në det të thellë, trupi është i lyer me një model njollash shumëngjyrëshe të dritës dhe fotoforat janë shumë komplekse, si një prozhektor që ndriçon vetëm në drejtimin e duhur me reflektorë dhe lente (ndonjëherë të dyfishta dhe me ngjyra).

Shumë karkaleca planktonike të detit të thellë kanë aftësinë të shkëlqejnë. Në gjymtyrë, përgjatë anëve dhe në anën barkore të trupit, ato kanë deri në 150 fotofora, ndonjëherë të mbuluara me lente. Vendndodhja dhe numri i fotoforave për secilën specie është rreptësisht konstante dhe në errësirën e thellësive të oqeanit i ndihmon meshkujt të gjejnë femra dhe të gjithë së bashku - të mblidhen në tufa.