Bioluminescencja - Artykuły naukowe

Zjawisko emitowania światła jest szczególnie rozpowszechnione u organizmów zamieszkujących morskie głębie (np. kałamarnice, niektóre ryby), choć i na lądzie występują zarówno świecące rośliny (niektóre grzyby), jak i zwierzęta (np. robaczek świętojański).

Osobliwość ta nosi nazwę bioluminescencji. Bioluminescencja jest wynikiem zamiany energii chemicznej na energię świetlną. W procesie tym biorą udział następujące elementy:

enzym: lucyferaza – biologiczny katalizator przyśpieszający i kontrolujący stopień reakcji chemicznych w komórkach,
foton: paczka światła,
ATP (adenozynotrójfosforan): związek magazynujący energię,
substrat: lucyferyna – pigment zdolny do emitowania światła,
tlen: pełniący funkcję katalizatora.

W obecności tlenu i enzymów następuje reakcja utleniania lucyferyny, której towarzyszy emisja fotonów (światła).

Światło produkowane przez żywe organizmy ma najczęściej barwę niebiesko-zieloną, rzadziej żółtą, czy czerwoną. Dlaczego akurat kolor zielono-niebieski? Wspomniany przedział barw odpowiada najkrótszym falom światła widzialnego. Oznacza to, że spośród całego pasma długości fal widzialnych, wytworzenie światła o takiej barwie, pochłania najmniej energii. Ponadto woda jest ośrodkiem częściowo absorbującym (pochłaniającym) światło, najmniejsze pochłanianie, a zatem i najlepsza transmisja, jest jednak właśnie w paśmie barw niebieskich i zielonych (to dlatego morze ma najczęściej taki właśnie kolor). Jedną z funkcji bioluminescencji jest zwabianie zarówno przynęty, jak i partnera, toteż wykorzystanie światła o najlepszych właściwościach transmisyjnych jest pożądane.

Niektóre bakterie luminescencyjne (Vibrio fischeri) żyją w symbiozie z innymi organizmami – kręgowcami i rybami. Przykładem jest hawajska kałamarnica Euprymna scolopes, która wykorzystuje świecenie bakterii w komunikacji z innymi osobnikami gatunku oraz w celach obronnych. Organizmy te mają możliwość kontrolowania ilości emitowanego światła. Kałamarnica na spodniej stronie ciała posiada dwa narządy świetlne, które są wypełnione bakteriami. Natomiast na grzbiecie znajdują się receptory świetlne, które rejestrują ilość światła docierającego z atmosfery poprzez toń wodną do kałamarnicy. Umożliwia to pozostanie niewidocznym dla potencjalnych drapieżników. O świcie kałamarnica wypompowuje ze swojego ciała do otoczenia ok. 90% komórek bakterii. W ciągu dnia komórki te rozmnażają się i do wieczora ich populacja się odnawia.

Organizmy wykorzystujące bioluminescencję są nieustannym przedmiotem badań naukowców. Dotyczą one m.in. potencjalnego zastosowania zjawiska bioluminescencji. Jak się okazuje, mogłoby być ono wykorzystane do biologicznego oświetlania ulic z wykorzystaniem świecących drzew. Studenci z Uniwersytetu w Cambridge opracowali narzędzie, które umożliwi zaszczepienie żywym organizmom tej cechy. Odpowiednia modyfikacja materiału genetycznego robaczka świętojańskiego oraz bakterii Vibrio fischeri umożliwia wstawienie go do genomu dowolnego organizmu. Natomiast odpowiednia ilość tego materiału zaszczepiona w drzewie może zapewnić takie natężenie oświetlenia, które pozwoli na czytanie książki w środku nocy pod świecącym drzewem. Można sobie również wyobrazić ekologiczne i ekonomiczne świecące drzewko choinkowe. To nie tylko oszczędność energii, ale też swego rodzaju odnawialne jej źródło. Choć perspektywa świecących drzew wydaje się być na wyciągnięcie ręki, istnieją wątpliwości co do realizacji takiego przedsięwzięcia.

Tekst: dr Agata Dragan