Bioluminesenssi
Bioluminesenssi on elävien olentojen kyky tuottaa valoa. Usein tämä tapahtuu symbioosissa. Tällöin suurempi organismi sisältää, usein erityisessä elimessä, mikro-organismeja, jotka tuottavat valoa. Eukaryoottiprotisteilla on erityisiä organelleja, ja jotkut bakteerit tuottavat myös valoa. Bioluminesenssi on seurausta kemiallisista prosesseista, joissa tuotettu energia vapautuu näkyvänä valona. Bioluminesenssi on esiintynyt monta kertaa evoluution aikana.
ATP (adenosiinitrifosfaatti), biologinen energianlähde, reagoi luciferiinin kanssa entsyymin luciferaasin avulla, jolloin syntyy välikompleksi. Tämä kompleksi yhdistyy hapen kanssa tuottaen voimakkaasti kemiluminesenssia (kirkkaasti hohtavan) yhdisteen.
Gammaproteobakteerien roolia valon tuottamisessa käsitellään yksityiskohtaisesti hakuteoksissa. Kyky tuottaa valoa on normaalin aineenvaihdunnan jatke: kaikki kemialliset reaktiot tuottavat muutamia fotoneja. Näkyvää valoa syntyy, kun fotonituotanto lisääntyy. Bakteerien tapauksessa reaktion alkuperäinen tehtävä oli todennäköisesti liiallisen hapen vieroitus.
Lentävä ja hehkuva Photinus pyralis, tulikärpänen.
Omphalotus nidiformis
Esimerkki bioluminesoivasta sienilajista....
...hehkuen ilman valoja.
Valtameret
Bioluminesenssi on pääasiassa merellinen ilmiö.
"Se on hallitseva valonlähde suurimmassa osassa maapallon asumiskelpoista tilavuutta, syvissä merissä. Sitä vastoin bioluminesenssi puuttuu olennaisesti (muutamia poikkeuksia lukuun ottamatta) makeasta vedestä, jopa Baikal-järvestä".
Bioluminesenssiä esiintyy meressä kaikilla tasoilla: planktonisissa, pelagisissa ja pohjaeläimissä. Jotkin planktoniset ryhmät, kuten dinoflagellaatit ja ktenoforat (kampahyytelöt), käyttävät sitä useimmissa lajeissa. Useimmat syvänmeren meren eliöt käyttävät bioluminesenssiä muodossa tai toisessa. Yleensä merien valonemissio kuuluu sinisen ja vihreän valon spektriin, eli aallonpituuksiin, jotka kulkevat meriveden läpi helpoimmin.
Bioluminesenssin tehtävät
Luettelo on Biolumin verkkosivulla.
Vastavalon naamiointi
Joissakin kalmarilajeissa bakteerien bioluminesenssia käytetään vastavalona, jotta eläin vastaisi alhaalta katsottuna ympäristön yläpuolella olevaa valoa. Näissä eläimissä valoelimet säätelevät tämän valaistuksen kontrastia optimaalisen yhteensovittamisen aikaansaamiseksi. Yleensä nämä valoelimet ovat erillään kudoksesta, joka sisältää bioluminesenssibakteereja.
Vetovoima
Useat syvänmeren kalat, kuten merikrotit, käyttävät bioluminesenssia houkutuksena saaliin houkuttelemiseksi. Kalan päässä roikkuva viehe houkuttelee pieniä eläimiä sen luo iskuetäisyydelle. Jotkut kalat käyttävät kuitenkin ei-bioluminesoivia vieheitä.
Keksihai käyttää bioluminesenssiä naamioitumiseen, mutta pieni laikku sen vatsan alla pysyy pimeänä ja näyttää pieneltä kalalta sen alla uiville suurille petokaloille, kuten tonnikalalle ja makrillille. Kun nämä kalat yrittävät syödä "pientä kalaa", hai puree niitä ja kaivaa isännistään pieniä pyöreitä "keksinleikkurin" muotoisia lihapaloja.
Dinoflagellaateilla on mielenkiintoinen kierre tähän mekanismiin. Kun planktonin saalistaja havaitsee vedessä tapahtuvan liikkeen, dinoflagellaatti luminesoi. Tämä puolestaan houkuttelee vielä suurempia saalistajia, jotka syövät dinoflagellaatin mahdollisen saalistajan.
Bioluminesenssin tärkeä tehtävä on houkutella parittelukumppaneita. Tämä on nähtävissä tulikärpäsillä, jotka houkuttelevat paritteluaikana parittelukumppaneitaan vatsan jaksottaisella vilkkumisella. Meriympäristössä tämä on hyvin dokumentoitu vain tietyillä pienillä äyriäisillä, mutta se saattaa olla varsin yleistä.
Torjunta
Tietyt kalmarit ja pienet äyriäiset käyttävät bioluminesenssiä, kuten monet kalmarit käyttävät mustetta. Luminesenssipilvi säteilee, hämmentää tai karkottaa mahdollisen saalistajan, kun kalmari tai äyriäinen pakenee turvaan. Jokaisella tulikärpäslajilla on toukkia, jotka hehkuvat karkottaakseen saalistajia.
Lampyris noctiluca -lajin naaras.
Tulikärpäsen toukka
Biotekniikka
Bioluminesoivat organismit ovat monien tutkimusalojen kohde. Luciferaasijärjestelmiä käytetään laajalti geenitekniikan alalla. Niitä on käytetty myös biolääketieteellisessä tutkimuksessa antamaan joillekin soluille näkyviä merkkejä. Luciferiinia voidaan lisätä molekyyleihin ja soluihin, jotta ne saadaan näkyviin mikroskoopilla. "Näiden markkinoiden arvo on nyt noin 20 miljardia puntaa. Jos menet sairaalaan ja teet verikokeen, jossa mitataan virusproteiineja, syöpäproteiineja, hormoneja, vitamiineja, bakteeriproteiineja tai lääkkeitä, siinä käytetään lähes varmasti tätä tekniikkaa." Markkinat ovat hyvin suuret.
Teolliset suunnittelijat tutkivat fotofoorien, eli bioluminesenssiorganismien valoa tuottavien elinten, rakennetta.
Taiteellinen esitys bioluminesenssista Etelämantereen krillistä.
Bioluminesoivat organismit
Tämä on luettelo eliöistä, joilla on näkyvää bioluminesenssiä:
Maanpäälliset organismit
Eläimet:
- Niveljalkaiset
- Tulikärpäset
- kuoriaiset
- hehkumatoja
- rautatie matoja
- tietyt mycetofiiliset kärpäset
- tietyt tuhatjalkaiset, kuten Geophilus carpophagus.
- tietyt tuhatjalkaiset, kuten Motyxia.
- maaeläimiin kuuluva nilviäinen (trooppinen maaetana).
- Quantula striata
- Annelidat
- Sienet - Yhteensä 71 lajia on bioluminesenssia, mukaan lukien Armillaria-, Omphalotus-, Mycena-, Gerronema- ja Pleurotus-lajit.
- Sienet (ks. Foxfire)
- Jack O'Lantern sieni (Omphalotus olearius)
- haamusieni (Omphalotus nidiformis)
- Hunaja sieni
- Panellus stipticus
Kala
- Anglerfish
- Keksileikkuri hai
- Taskulamppu kala
- Gulper ankerias
- Lyhtykala
- Merikrotit
- Merikapteeni kala
- Pineconecfish
- Viperfish
Tulikärpäset
Nimestään huolimatta tulikärpäset ovat itse asiassa kovakuoriaisia, jotka käyttävät entsymaattista reaktiota, johon liittyy kemiallinen yhdiste nimeltä luciferiini, tuottaakseen tyypillisen vihertävän vilkkuvan valonsa. Sen lisäksi, että ne mahdollisesti varoittavat saalistajia myrkyllisyydestään, niiden vilkkuvan vatsan pääasiallisena tarkoituksena uskotaan olevan parittelun houkutteleminen.
Meren selkärangattomat
- monet Cnidaria
- Merikynät
- korallit
- Aequorea victoria, meduusa.
- tietyt Ctenophorit eli "kampahyytelöt".
- tietyt piikkinahkaiset (esim. Ophiurida).
- tietyt äyriäiset
- ostrakodit
- Copepodat
- krilli
- kaksi chaetognath-lajia
- tietyt nilviäiset
- tietyt simpukat ja muut simpukat
- tietyt alastulohkorennot, meriliskot
- Octopods
- Bolitaenidae
- järjestys Teuthida
- Colossal Squid
- Mastigoteuthidae
- Sepiolidae
- Kuohuviini Enope Squid
- Vampyyrikalmarit
Mikro-organismit
- Dinoflagellaatit (esim. Noctiluca scintillans, Pyrodimium bahamense).
- Vibrionaceae (esim. Vibrio fischeri, Vibrio harveyi, Vibrio phosphoreum).
- Meribakteerien Shewanellaceae-heimon jäsenet Shewanella hanedai ja Shewanella woodyi ovat bioluminesenssia.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitä on bioluminesenssi?
V: Bioluminesenssi on elävien olentojen tuottamaa valoa.
K: Miten bioluminesenssi toimii?
V: Bioluminesenssi toimii kemiallisten prosessien kautta, joissa tuotettu energia vapautuu näkyvänä valona.
K: Mitkä eliöt tuottavat bioluminesenssivaloa?
V: Eukaryoottiprotisteilla on erityisiä organelleja, jotka tuottavat bioluminesenssivaloa, ja myös jotkin bakteerit tuottavat tämäntyyppistä valoa.
K: Mistä on peräisin kyky tuottaa bioluminesenssivaloa?
V: Kyky tuottaa bioluminesenssivaloa on normaalin aineenvaihdunnan jatke; kaikki kemialliset reaktiot tuottavat luonnostaan muutamia fotoneja, ja kun fotonituotanto lisääntyy, voidaan nähdä näkyvää valoa.
K: Mikä oli bioluminenssin valon tuottamisen alkuperäinen tehtävä bakteereissa?
V: Bioluminenssin valon tuottamisen alkuperäinen tehtävä bakteereissa oli todennäköisesti liiallisen hapen poistaminen.
K: Mitä ovat luciferiini ja luciferaasi?
V: Luciferiini ja luciferaasi ovat komponentteja, jotka osallistuvat ATP:n (adenosiinitrifosfaatti) ja hapen väliseen reaktioon, joka tuottaa voimakkaasti kemiluminesenssia (kirkkaasti hohtavan) yhdisteen.
