Indovinelli della natura: bioluminescenza

2024 Autore: Seth Attwood | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-16 16:08

La bioluminescenza è la capacità degli organismi viventi di brillare con le proprie proteine o con l'aiuto di batteri simbionti.

Oggi sono conosciute circa 800 specie di creature viventi luminose. La maggior parte di loro vive in mare. Si tratta di batteri, alghe flagellate unicellulari, radiolari, funghi, celenterati planctonici e attaccati, sifonofori, penne marine, ctenofori, echinodermi, vermi, molluschi, crostacei, pesci.

Alcuni degli animali più luminosi sono i pirosomi (coleotteri del fuoco). Tra le specie bioluminescenti d'acqua dolce, sono noti il mollusco gasteropode neozelandese Latia neritoides e un certo numero di batteri. Tra gli organismi terrestri brillano alcune specie di funghi, lombrichi, lumache, millepiedi e insetti.

A livello del microcosmo, un bagliore molto debole, che possiamo registrare solo con l'aiuto di fotometri altamente sensibili, è un effetto collaterale della neutralizzazione delle specie reattive dell'ossigeno da parte degli enzimi, che sono necessari, ma tossici per le cellule, che partecipano a il processo di ossidazione del glucosio. Forniscono anche l'energia necessaria per la chemiluminescenza a varie proteine del fosforo.

Una delle prime lampade batteriche - un pallone con una coltura di batteri luminosi - è stata intrattenuta più di cento anni fa dal botanico e microbiologo olandese Martin Beijerinck. Nel 1935, tali lampade illuminarono persino la grande sala dell'Istituto Oceanologico di Parigi e durante la guerra il microbiologo sovietico A. A. Egorova usava batteri luminosi per scopi prosaici: per illuminare il laboratorio.

E puoi eseguire un esperimento simile: metti pesce crudo o carne in un luogo caldo, aspetta una settimana o due, e poi sali di notte (dal lato sopravvento!) E guarda cosa succede - è probabile che i batteri che abitano il mezzo nutritivo brillerà di una luce ultraterrena. I batteri, principalmente dei generi Photobacterium e Vibrio, e organismi planctonici multicellulari (nella foto) brillano nel mare, ma la principale fonte di luce è uno dei più grandi (fino a 3 mm!) E organismi unicellulari complessi - alghe flagellate della notte luce.

Nei batteri, le proteine del fosforo sono sparse in tutta la cellula; negli organismi eucarioti unicellulari (con un nucleo cellulare), si trovano in vescicole circondate da una membrana nel citoplasma. Negli animali multicellulari, la luce viene solitamente emessa da cellule speciali - fotociti, spesso raggruppati in organi speciali - fotofori.

I fotociti di celenterati e altri animali primitivi, così come i fotofori che funzionano grazie ai fotobatteri simbionti, si illuminano continuamente o per diversi secondi dopo la stimolazione meccanica o chimica. Negli animali con un sistema nervoso più o meno sviluppato controlla il lavoro dei fotociti, accendendoli e spegnendoli in risposta a stimoli esterni o quando cambia l'ambiente interno del corpo.

Oltre a quello intracellulare, nei gamberi di acque profonde, nei polpi, nelle seppie e nei calamari, esiste un bagliore di tipo secretorio: una miscela di prodotti di secrezione di due diverse ghiandole viene espulsa dal mantello o da sotto il guscio e si diffonde nel l'acqua come una nuvola splendente, che acceca il nemico.

Un altro classico esempio di bioluminescenza è il marciume del legno. Non è l'albero stesso che risplende in loro, ma il micelio del comune fungo del miele.

E nei funghi superiori del genere Mycena, che crescono anche su un albero in decomposizione, ma in regioni calde come il Brasile e il Giappone, i corpi fruttiferi brillano - quelli che di solito vengono chiamati funghi (sebbene muffe, lieviti e altri funghi siano anche funghi, solo quelli inferiori). Una delle specie di questo genere si chiama M. lux-coeli, "micene - luce celeste".

L'applicazione più sorprendente della bioluminescenza è la creazione di piante e animali transgenici. Il primo topo con il gene GFP inserito nei cromosomi è stato creato nel 1998.

Le proteine luminose sono necessarie per elaborare tecniche per introdurre geni estranei nei cromosomi di vari organismi: se si illumina significa che il metodo funziona, puoi usarlo per introdurre un gene bersaglio nel genoma. Il primo pesce luminoso - il pesce zebra transgenico (Brachydanio rerio) e il pesce riso medaka giapponese (Orizias latipes) - è stato messo in vendita nel 2003.

Mare incandescente

Coloro che hanno la fortuna di nuotare nel mare di notte durante il suo splendore ricorderanno questo spettacolo incantevole per tutta la vita. Molto spesso, la causa del bagliore sono le alghe flagellate della luce notturna (Noctiluca). In alcuni anni, il loro numero aumenta così tanto che tutto il mare risplende. Se sei sfortunato e ti ritrovi sulle rive di mari caldi nel momento sbagliato, prova a versare dell'acqua di mare in un barattolo e ad aggiungere un po' di zucchero.

I nottili reagiranno a questo aumentando l'attività della proteina luciferina. Scuoti l'acqua e ammira il bagliore bluastro. E quando ti fermi ad ammirare, puoi ricordare che stai guardando uno dei misteri irrisolti della natura: la mancanza di chiarezza dei meccanismi evolutivi dell'emergere della capacità di brillare in vari taxa è stata notata in un capitolo separato di " L'origine delle specie" di Darwin, e da allora gli scienziati non sono stati in grado di gettare luce su questa domanda è la luce della verità.

La luminescenza potrebbe essersi sviluppata in organismi che vivono in buone condizioni di luce, sulla base di composti di pigmenti che svolgono una funzione di protezione dalla luce.

Ma il graduale accumulo di un tratto - un fotone al secondo, due, dieci - sia per loro che per i loro parenti notturni e di acque profonde non potrebbe influenzare la selezione naturale: un bagliore così debole non è percepito nemmeno dagli occhi più sensibili, e il anche l'apparizione di meccanismi già pronti di intenso bagliore sulla posizione nuda sembra impossibile. E anche le funzioni del bagliore in molte specie rimangono incomprensibili.

Perché brillano?

Le colonie batteriche e i funghi luminosi attirano gli insetti che diffondono germi, spore o micelio. Le larve insettivore della zanzara neozelandese Arachnocampa tessono una rete di cattura e la illuminano con il proprio corpo, attirando gli insetti.

I lampi di luce possono spaventare i predatori da meduse, pettine gelatina e altre creature indifese e gentili. Per lo stesso scopo, i coralli e altri animali coloniali che crescono in acque poco profonde si illuminano in risposta alla stimolazione meccanica e anche i loro vicini, che nessuno ha toccato, iniziano a tremolare. I coralli di acque profonde convertono la debole luce a lunghezza d'onda corta che li raggiunge in radiazioni con una lunghezza d'onda maggiore, possibilmente per consentire alle alghe simbiotiche che abitano i loro tessuti di fotosintetizzare.

Canna da pesca con lampadina

L'ordine della rana pescatrice (Lophiiformes) è il più vario (16 famiglie, oltre 70 generi e oltre 225 specie) e, forse, il più interessante dei pesci di acque profonde. (Molti hanno familiarità con i pescatori di mare non dal libro di testo di zoologia, ma dal cartone animato "Alla ricerca di Nemo").

Le femmine pescatrici sono predatrici con grandi bocche, denti potenti e uno stomaco altamente dilatabile. A volte la rana pescatrice morta si trova sulla superficie del mare, soffocando pesci più del doppio delle loro dimensioni: il predatore non può liberarla a causa della struttura dei suoi denti. Il primo raggio della pinna dorsale si trasforma in una "canna da pesca" (illicium) con all'estremità un "verme" luminoso (eska). È una ghiandola piena di muco che contiene batteri bioluminescenti. A causa dell'espansione delle pareti delle arterie che alimentano l'escu con il sangue, il pesce può causare arbitrariamente la luminescenza di batteri che hanno bisogno di un apporto di ossigeno per questo, o fermarla, restringendo i vasi.

Di solito, il bagliore si presenta sotto forma di una serie di lampi, individuali per ogni specie. Illicium nella specie Ceratias holboelli è in grado di avanzare e ritrarsi in un apposito canale sul dorso. Adescando la preda, questo pescatore porta gradualmente l'esca luminosa alla sua bocca finché non ingoia la preda. E Galatheathauma axeli ha l'esca proprio in bocca.

La posizione dei fosfori e persino la natura del lampeggiamento dei punti luminosi possono servire per la comunicazione, ad esempio per attirare un partner. E le femmine della lucciola americana Photuris versicolor, dopo l'accoppiamento, iniziano a "scacciare il codice Morse" delle femmine di un'altra specie, attirando i loro maschi non per scopi amorosi, ma per scopi gastronomici.

Al largo delle coste del Giappone, i matrimoni di massa sono celebrati dagli umitoharu (lucciole di mare) - minuscoli crostacei lunghi 1-2 mm del genere Cypridina - e dai calamari Watasenia scintellans. I corpi di Vatazenia lunghi circa 10 cm, insieme ai tentacoli, sono punteggiati di perle fotofore e illuminano un'area di 25-30 cm di diametro - immagina come appare il mare con un intero branco di questi calamari!

In molti cefalopodi di acque profonde, il corpo è dipinto con uno schema di punti luminosi multicolori e i fotofori sono molto complessi, come un riflettore che brilla solo nella giusta direzione con riflettori e lenti (a volte doppie e colorate).

Molti gamberi planctonici di acque profonde hanno la capacità di brillare. Sugli arti, lungo i fianchi e sul lato ventrale del corpo, presentano fino a 150 fotofori, talvolta ricoperti da lenti. La posizione e il numero di fotofori per ogni specie è rigorosamente costante e nell'oscurità delle profondità oceaniche aiuta i maschi a trovare le femmine e tutti insieme - a riunirsi in stormi.