Raadsels van de natuur: bioluminescentie

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

Bioluminescentie is het vermogen van levende organismen om te gloeien met hun eigen eiwitten of met behulp van symbiotische bacteriën.

Tegenwoordig zijn er ongeveer 800 soorten lichtgevende levende wezens bekend. De meesten van hen leven in de zee. Dit zijn bacteriën, eencellige flagellate algen, radiolariërs, schimmels, planktonische en aangehechte coelenteraten, siphonoforen, zeeveren, ctenoforen, stekelhuidigen, wormen, weekdieren, schaaldieren, vissen.

Enkele van de meest fel gloeiende dieren zijn pyrosomen (vuurkevers). Onder zoetwater bioluminescente soorten zijn het Nieuw-Zeelandse buikpotige weekdier Latia neritoides en een aantal bacteriën bekend. Onder de terrestrische organismen gloeien bepaalde soorten schimmels, regenwormen, slakken, miljoenpoten en insecten.

Op microkosmosniveau is een zeer zwakke gloed, die we alleen met behulp van zeer gevoelige fotometers kunnen registreren, een neveneffect van de neutralisatie van reactieve zuurstofsoorten door enzymen, die noodzakelijk zijn, maar giftig voor cellen, die deelnemen aan het glucose-oxidatieproces. Ze leveren ook de energie die nodig is voor chemiluminescentie aan verschillende fosforeiwitten.

Een van de eerste bacterielampen - een kolf met een kweek van lichtgevende bacteriën - werd meer dan honderd jaar geleden vermaakt door de Nederlandse botanicus en microbioloog Martin Beijerinck. In 1935 verlichtten dergelijke lampen zelfs de grote zaal van het Oceanologisch Instituut van Parijs, en tijdens de oorlog de Sovjet-microbioloog A. A. Egorova gebruikte lichtgevende bacteriën voor prozaïsche doeleinden - om het laboratorium te verlichten.

En je kunt een soortgelijk experiment uitvoeren: zet rauwe vis of vlees op een warme plaats, wacht een week of twee en kom dan 's nachts (van de loefzijde!) het voedingsmedium zal gloeien met een buitenaards licht. Bacteriën, voornamelijk van de geslachten Photobacterium en Vibrio, en meercellige planktonische organismen (foto) gloeien in de zee, maar de belangrijkste lichtbron is een van de grootste (tot 3 mm!) en complexe eencellige organismen - flagellate algen van de nacht licht.

Bij bacteriën zijn fosforeiwitten verspreid over de cel; bij eencellige eukaryote (met een celkern) organismen bevinden ze zich in blaasjes omgeven door een membraan in het cytoplasma. Bij meercellige dieren wordt licht meestal uitgestraald door speciale cellen - fotocyten, vaak gegroepeerd in speciale organen - fotoforen.

Fotocyten van coelenteraten en andere primitieve dieren, evenals fotoforen die werken als gevolg van symbiotische fotobacteriën, gloeien continu of gedurende enkele seconden na mechanische of chemische stimulatie. Bij dieren met een min of meer ontwikkeld zenuwstelsel regelt het het werk van fotocyten door ze aan en uit te zetten als reactie op externe prikkels of wanneer de interne omgeving van het lichaam verandert.

Naast de intracellulaire is er bij diepzeegarnalen, octopussen, inktvissen en inktvissen een secretoire gloed: een mengsel van secretieproducten van twee verschillende klieren wordt uit de mantel of onder de schaal uitgestoten en verspreidt zich in de water als een stralende wolk, die de vijand verblindt.

Een ander klassiek voorbeeld van bioluminescentie is houtrot. Het is niet de boom zelf die erin gloeit, maar het mycelium van gewone honingzwam.

En in de hogere schimmels van het geslacht Mycena, die ook op een rottende boom groeien, maar in warme streken zoals Brazilië en Japan, gloeien vruchtlichamen - wat meestal paddenstoelen worden genoemd (hoewel schimmels, gisten en andere schimmels ook paddenstoelen zijn, alleen lagere). Een van de soorten van dit geslacht wordt M. lux-coeli genoemd, 'myceen - hemels licht'.

De meest opvallende toepassing van bioluminescentie is het creëren van transgene planten en dieren. De eerste muis met het GFP-gen ingebracht in chromosomen werd in 1998 gemaakt.

Gloeiende eiwitten zijn nodig om technieken uit te werken om vreemde genen in de chromosomen van verschillende organismen te introduceren: als het gloeit, betekent het dat de methode werkt, je kunt het gebruiken om een doelgen in het genoom te introduceren. De eerste lichtgevende vis - de transgene zebravis (Brachydanio rerio) en de Japanse medaka-rijstvis (Orizias latipes) - werd in 2003 te koop aangeboden.

gloeiende zee

Degenen die het geluk hebben om 's nachts tijdens de gloed in de zee te zwemmen, zullen zich dit betoverende gezicht hun leven lang herinneren. Meestal is de oorzaak van de gloed de flagellate algen van het nachtlampje (Noctiluca). In sommige jaren neemt hun aantal zo sterk toe dat de hele zee gloeit. Als je pech hebt en op het verkeerde moment aan de kust van warme zeeën bent, probeer dan zeewater in een pot te gieten en daar een beetje suiker toe te voegen.

Noctylisten zullen hierop reageren door de activiteit van het luciferine-eiwit te verhogen. Schud het water op en bewonder de blauwachtige gloed. En wanneer je stopt om te bewonderen, kun je je herinneren dat je naar een van de onopgeloste mysteries van de natuur kijkt: het gebrek aan duidelijkheid van de evolutionaire mechanismen van de opkomst van het vermogen om te gloeien in verschillende taxa werd opgemerkt in een apart hoofdstuk van " The Origin of Species" door Darwin, en sindsdien hebben wetenschappers deze vraag niet kunnen werpen op het licht van de waarheid.

Luminescentie zou zich kunnen hebben ontwikkeld in organismen die leven in goede lichtomstandigheden, op basis van pigmentverbindingen die een lichtbeschermende functie vervullen.

Maar de geleidelijke accumulatie van een eigenschap - één foton per seconde, twee, tien - zowel voor hen als voor hun nacht- en diepzeeverwanten kan de natuurlijke selectie niet beïnvloeden: zo'n zwakke gloed wordt zelfs door de meest gevoelige ogen niet gevoeld, en de het verschijnen van kant-en-klare mechanismen van intense gloed op de naakte locatie lijkt ook onmogelijk. En zelfs de functies van de gloed bij veel soorten blijven onbegrijpelijk.

Waarom gloeien ze?

Gloeiende bacteriekolonies en schimmels trekken insecten aan die ziektekiemen, sporen of mycelium verspreiden. Insectenetende larven van de Nieuw-Zeelandse mug Arachnocampa weven een vangnet en verlichten dit met hun eigen lichaam, waardoor ze insecten aantrekken.

Lichtflitsen kunnen roofdieren afschrikken van kwallen, kamgelei en andere hulpeloze en zachtaardige wezens. Met hetzelfde doel gloeien koralen en andere koloniale dieren die in ondiep water groeien als reactie op mechanische stimulatie, en hun buren, die niemand aanraakte, beginnen ook te flikkeren. Diepzeekoralen zetten het zwakke kortegolflicht dat hen bereikt om in straling met een langere golflengte, mogelijk om de symbiotische algen die hun weefsels bewonen in staat te stellen fotosynthetiseren.

Hengel met gloeilamp

De orde van zeeduivel (Lophiiformes) is het meest divers (16 families, meer dan 70 geslachten en meer dan 225 soorten) en misschien wel de meest interessante diepzeevissen. (Velen zijn bekend met zeevissers, niet uit het leerboek zoölogie, maar uit de cartoon "Finding Nemo").

Vissersvrouwtjes zijn roofdieren met grote monden, krachtige tanden en een zeer uitzetbare maag. Soms worden dode zeeduivels gevonden op het oppervlak van de zee, verstikkend voor vissen die meer dan twee keer zo groot zijn: het roofdier kan het niet loslaten vanwege de structuur van zijn tanden. De eerste straal van de rugvin wordt omgevormd tot een "hengel" (illicium) met aan het einde een lichtgevende "worm" (eska). Het is een met slijm gevulde klier die lichtgevende bacteriën bevat. Door de uitzetting van de wanden van de slagaders die de escu met bloed voeden, kan de vis willekeurig de luminescentie veroorzaken van bacteriën die hiervoor zuurstof nodig hebben, of stoppen, waardoor de bloedvaten vernauwen.

Gewoonlijk treedt de gloed op in de vorm van een reeks flitsen, individueel voor elke soort. Illicium bij de soort Ceratias holboelli kan naar voren bewegen en zich terugtrekken in een speciaal kanaal op de rug. Deze visser lokt prooien en verplaatst het lichtgevende aas geleidelijk naar zijn mond totdat het de prooi inslikt. En Galatheathauma axeli heeft het aas recht in de mond.

De locatie van de fosforen en zelfs de aard van het knipperen van de gloeiende vlekken kan dienen voor communicatie - bijvoorbeeld om een partner aan te trekken. En de vrouwtjes van de Amerikaanse vuurvlieg Photuris versicolor beginnen na het paren "de morsecode af te slaan" van vrouwtjes van een andere soort, waarbij ze hun mannetjes aantrekken, niet voor amoureuze, maar voor gastronomische doeleinden.

Voor de kust van Japan worden massahuwelijken gevierd door de umitoharu (zeevuurvliegjes) - kleine, 1-2 mm lange, schaaldieren van het geslacht Cypridina - en de inktvis Watasenia scintellans. Vatazenia-lichamen van ongeveer 10 cm lang, samen met tentakels, zijn bezaaid met fotofoorparels en verlichten een gebied met een diameter van 25-30 cm - stel je voor hoe de zee eruitziet met een hele school van deze inktvissen!

Bij veel diepzeekoppotigen is het lichaam beschilderd met een patroon van veelkleurige lichtvlekken, en de fotoforen zijn zeer complex, als een zoeklicht dat alleen in de goede richting schijnt met reflectoren en lenzen (soms dubbel en gekleurd).

Veel diepzee planktonische garnalen hebben het vermogen om te gloeien. Op de ledematen, langs de zijkanten en aan de buikzijde van het lichaam hebben ze tot 150 fotoforen, soms bedekt met lenzen. De locatie en het aantal fotoforen voor elke soort is strikt constant en in de duisternis van de oceaandiepten helpt het mannetjes om vrouwtjes te vinden en allemaal samen - om zich in kudden te verzamelen.