Bioluminescencja

Bioluminescencja to zdolność do produkcji i emisji światła przez organizmy żywe, będąca wynikiem reakcji chemicznych, podczas których, energia chemiczna zamieniana jest w energię świetlną. Jest to typ chemiluminescencji. Zjawisko to jest typowe głównie dla organizmów morskich. Jest głównym źródłem światła na dnie oceanów. Bioluminescencja jest nieobecna (z kilkoma wyjątkami) w wodach słodkich, natomiast na lądzie najbardziej znanymi organizmami zdolnymi do produkcji światła są grzyby z gromady Basidiomycota oraz kilka rodzin owadów.

 

Bioluminescencja ewoluowała wielokrotnie u licznych odległych taksonomicznie gatunków morskich, co znajduje potwierdzenie w rozwiniętych, odmiennych mechanizmach chemicznych. Należy podkreślić fakt, że bioluminescencja to nie to samo co fluorescencja, czy fosforescencja. W trakcie fluorescencji energia pochodząca od zewnętrznego źródła światła zostaje zaabsorbowana i niemal natychmiast oddana w formie fotonów. Fosforescencja z kolei podobna jest do fluorescencji z tą różnicą, że wzbudzony „produkt” jest bardziej stabilny – gdy usunie się źródło światła, fotony oddawane są dłużej (przykładem są naklejki święcące w ciemności). Podczas chemiluminescencji, produkcja światła zachodzi dzięki energii pochodzącej z reakcji chemicznej, w przypadku bioluminescencji reakcja ta zachodzi wewnątrz organizmów.


Autor zdjęcia: Jesse Richmond [CC-BY-2.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0)]
 

Co najmniej dwa związki chemiczne są potrzebne do produkcji światła. Ten, który produkuje światło, jest ogólnie nazywany „lucyferyną”, natomiast ten, który wzbudza lub katalizuje reakcje, nazywa się „lucyferazą”. Lucyferaza katalizuje utlenianie lucyferyny, co doprowadza do powstania światła i oksylucyferyny. U większości organizmów lucyferyna musi być dostarczona do systemu poprzez dietę lub podczas wewnętrznej syntezy. Czasami lucyferyna i białko katalizujące (zamiennik lucyferazy) oraz kofaktor taki jak tlen, łączą się razem w jedną całość zwaną „fotoproteiną”. Molekuła ta może zostać wzbudzona do produkcji światła, gdy do systemu zostanie wprowadzony odpowiedni jon (najczęściej jest to wapń).
 

Co ciekawe, mimo setek typów świecących organizmów w morzu, istnieje zaskakująco mało podstawowych lucyferyn (transmiterów światła). Rozróżnić możemy lucyferynę bakteryjną (zredukowany fosforan ryboflawiny), lucyferynę produkowaną przez bruzdnice (pochodzącą i zbliżoną w budowie do chlorofilu), lucyferynę Vargula (lub Cypridina, występującą u małżoraczków i bezpośrednio związaną z dietą – synteza z tryptofanu, izoleucyny i argininy), koelenterazynę (najbardziej rozpowszechnioną, będącą emiterem światła dla fotoproteiny „ekworyny”) oraz lucyferynę świetlika (która wymaga ATP jako kofaktora).


Świetliki, Autor zdjęcia: s58y [CC-BY-2.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0)]
 

Bioluminescencja pełni różne funkcje, których wielu jeszcze nie poznaliśmy. U jednego organizmu może służyć jednoczenie dwóm lub więcej celom, zarówno defensywnym jak i ofensywnym. W ramach funkcji obronnych, bioluminescencja może służyć np. przestraszeniu / spłoszeniu przeciwnika, kamuflowaniu się, tworzeniu „zasłony dymnej” / zmyleniu przeciwnika, odwróceniu uwagi przeciwnika na inną część ciała ofiary, tworzeniu ubarwienia ostrzegawczego / odstraszającego lub może znajdować się w części ciała potencjalnej ofiary, którą zdolna jest utracić w czasie ataku (jak np. odrzucany ogon u jaszczurek) może również działać jak alarm (w chwili niebezpieczeństwa zwraca jak największą uwagę drapieżników większych niż przeciwnik). W ramach funkcji ofensywnych, bioluminescencja może służyć m.in. wabieniu ofiar, ewaluacji otoczenia (przez jego naświetlenie), ogłuszaniu lub myleniu ofiar oraz oświetlaniu i lokalizacji potencjalnych ofiar. Oczywiście bioluminescencja jest przede wszystkim bardzo ważnym elementem komunikacji i pełni istotna rolę podczas rozrodu (wabienie partnera).


Bioluminescencja spowodowana obecnością bruzdnic, autor zdjęcia: BMC Ecology [CC-BY-2.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0)]
 

Bez najmniejszych wątpliwości zjawisko bioluminescencji jest cudem natury i wie o tym każdy, kto w letni sierpniowy wieczór znalazł się w lesie pełnym świetlików. Jest to zjawisko krótkotrwałe, piękne i tajemnicze. Oprócz bioluminescencyjnych świetlików, w Polce możemy zaobserwować świecące grzyby, takie jak opieńka miodowa czy łycznik ochrowy. W spróchniałym drewnie mocno świecą ryzomofory opieńki (pełniące rolę korzeni fragmenty grzybni). Natomiast od 1997 roku coraz częstszym zjawiskiem na Polskim wybrzeżu są smugi turkusowego światła spowodowane obecnością bruzdnic – jednokomórkowych organizmów, które wzbudzone przez nagły ruch zaczynają wytwarzać światło. Ponadto, do bioluminescencji zdolne są również powszechnie występujące bakterie odpowiedzialne za gnicie mięsa i ryb.