Gyvoje gamtoje vykstantis bioliumeniscencijos reiškinys

Autorius: Tomas Janeliūnas

Kas yra bioliumeniscencija?

Bioliuminescencija yra reiškinys, kai yra gaunama šviesa cheminės reakcijos metu gyvuose organizmuose. Dauguma bioliuminescencinių organizmų yra paplitę vandenyne. Reiškiniu pasižymi jūrų žuvys, bakterijos ir medūzos ar net koralų rifai, o  dalis organizmų, įskaitant jonvabalius ir grybus, randami sausumoje.

Kas sukelia šį reiškinį?

Cheminė reakcija, dėl kurios atsiranda bioliuminescencija, susideda iš dviejų unikalių cheminių medžiagų: luciferino, fermento luciferazės arba fotoproteino. Liuciferinas – junginys, kuris iš tikrųjų gamina šviesą. Cheminės reakcijos metu luciferinas atlieka substrato funkciją. Bioliuminescencinė spalva (jonvabalių – geltonos, žibintuvės – žalsvos) yra luciferino molekulių išdėstymo rezultatas. O kas yra įdomu, jog kai kurie organizmai gamina (sintetina) luciferiną  ir patys. Pavyzdžiui, melsvai žalios spalvos bioliuminescenciniai dinoflagelatai (vienaląsčių dumblių rūšis). Dinoflagelatai yra planktono rūšis – maži jūrų organizmai, kurie dažnai  sukelia vandenyno paviršiaus blizgesį naktį.

Kai kurie bioliuminescenciniai organizmai nesintetina substrato, o vietoj to, jie sugeria jį per  kitus organizmus arba kaip maistą, arba simbioziniu santykiu. Daugelis jūrų gyvūnų, pavyzdžiui, kalmarai, savo šviesos organuose talpina bioliuminescencines bakterijas, kadangi bakterijos ir kalmarai turi simbiotinį ryšį tarpusavyje. 

Kaip vyksta bioliumeniscencijos reiškinys?

Liuciferazė yra fermentas, kuris sąveikauja su substratu, kad paveiktų cheminės reakcijos greitį. Sąveikaujant luciferazei su oksiduotu luciferinu, susidaro šalutinis produktas, vadinamas oksiliuciferinu. 

Bioliuminescenciniai dinoflagelatai skleidžia šviesą, naudojant luciferazės reakciją. Dinoflagelatuose randama luciferazė yra susijusi su žalios spalvos chlorofilu, esančiu augaluose. Dinoflagelatų ekosistemos yra retos, dažniausiai susidaro šilto vandens lagūnose su siauromis žiotimis į atvirą jūrą. Naktį gali apšviesti net visą lagūną. Dauguma  reakcijų yra susijusios su luciferinu ir luciferaze, tačiau kai kuriose reakcijose nėra fermento luciferazės. Kitos reakcijos apima cheminę medžiagą, vadinamą fotoproteinu. Fotoproteinai jungiasi su luciferinais ir deguonimi, deja, šviesai gaminti reikia ir kito reagento – kalcio jonų. Fotoproteinai buvo nustatyti visai neseniai, o biologai ir chemikai vis dar tiria jų neįprastas chemines savybes.

Fotoproteinai pirmą kartą buvo tiriami bioliuminescenciniuose kristaluose, esančiuose prie vakarinės Šiaurės Amerikos pakrantės. Kristaluose esantis fotoproteinas vadinamas „žaliu fuorescenciniu baltymu“ arba GFP.

Kaip prisitaiko šiuo reiškiniu pasižymintys gyvieji organizmai?

Gynybiniai prisitaikymai:

  • Kalmarai demonstruoja gynybinio elgesio variantus. Kaip ir daugeliui giliavandenių kalmarų, vampyriniams kalmarams trūksta rašalo maišelių. Jie  gyvena netoli vandenyno paviršiaus ir besigindami išmeta tamsų rašalą, kad savo plėšrūnus paliktų tamsoje. Vietoj to, jie išmeta lipnias bioliuminescencines gleives, kurios gali išgąsdinti, suklaidinti ir atitolinti plėšrūnus, leidžiant jiems pabėgti.
  • Žuvys naudoja priešpriešinį apšvietimą dauginimuisi. Dauginimuisi žuvys turi šviesą gaminančius organus, nukreiptus žemyn. Jie reguliuoja iš apačios sklindančios šviesos kiekį, kad atitiktų iš viršaus sklindančią šviesą. Koreguodami savo bioliuminescenciją, jie užmaskuoja savo šešėlius ir tampa beveik nematomi plėšrūnams, kurie regi į viršų.
  • Biologai mano, kad kai kurios ryklių ir banginių rūšys gali pasinaudoti gynybine bioliuminescencija, nors jos pačios nėra bioliuminescencinės. Pavyzdžiui, kašalotas gali ieškoti buveinės su didelėmis bioliuminescencinio planktono bendruomenėmis, kurios nėra banginių mitybos dalis, tačiau planktono plėšrūnams (žuvims) artėjant prie planktono, jų švytėjimas įspėja banginius.

• Kai kurios vabzdžių lervos („švytintys kirminai“) užsidega, kad įspėtų plėšrūnus, kad jie yra toksiški. Rupūžės, paukščiai ir kiti plėšrūnai žino, kad šių lervų vartojimas sukels ligas ir galimai mirtį.

Organizmų pritaikymas rasti maistinių medžiagų:

  • Garsiausias bioliuminescenciją naudojantis plėšrūnė galimai yra jūrinė velniažuvė, kuri naudoja bioliuminescenciją grobiui vilioti. Jūrų velniažuvė turi didžiulę galvą, aštrius dantis ir ilgą, ploną ataugą galvos viršuje. Kabančios ataugos gale yra rutulys, kurį jūrinė žuvis gali uždegti. Mažesnės žuvys, smalsios apie šviesos vietą, plaukia norėdamos atidžiau pažvelgti ir tampa lengvu grobiu velniažuvei.
  • Kitos žuvys irgi naudoja bioliuminescenciją grobio paieškai. Laisvi plėšrūnų žandikauliai yra prisitaikę skleisti raudoną šviesą. Kadangi dauguma žuvų gali matyti tik mėlyną šviesą, todėl palaidi žuvų žandikauliai turi didžiulį pranašumą, kai jie apšviečia aplinką. Jie gali pamatyti savo grobį, bet grobis jų nemato.

 Ar teko girdėti apie ,,pieniškos spalvos” jūrą?

„Pieniškos spalvos jūros“ yra dar vienas bioliuminescencijos pavyzdys. Skirtingai nuo kitų dumblių, kurie mirksi, kai jų aplinka yra sutrikdyta, pieniškos jūros yra nuolatinio švytėjimo, kartais ryškios ir pakankamai didelės, kad būtų matomos iš palydovų, esančių orbitoje virš Žemės.

Mokslininkai mano, kad ,,pieno spalvos” jūras gamina bioliuminescencinės bakterijos vandenyno paviršiuje. ,,Pieno” jūroms susidaryti turi būti milijonai bakterijų, o sąlygos turi būti tinkamos, kad bakterijos turėtų pakankamai cheminių maistinių medžiagų. Palydoviniai ,,pieno jūrų” vaizdai buvo užfiksuoti atogrąžų vandenyse, pavyzdžiui, Indijos vandenyne. 

Kaip bioliumenicencijos reiškinys naudingas žmonėms?

Žalias fluorescencinis baltymas (GFP) yra vertingas „reporterio genas“. GFP ,,reporterių” genai yra lengvai atpažįstami paprastai pagal jų fluorescenciją. Tai leidžia mokslininkams atsekti ir stebėti tiriamo geno veiklą – jo vystymąsi ląstelėje arba sąveiką su kitomis cheminėmis medžiagomis.

Kiti naudojimo būdai yra labiau eksperimentiniai. Vieni iš tokių yra bioliuminescenciniai medžiai, kurie gali padėti apšviesti miesto gatves ir greitkelius ir sumažina elektros poreikį. Bioliuminescenciniai augalai gali švytėti, kai jiems reikia vandens ar kitų maistinių medžiagų, ar kai jie yra subrandinę derlių. 

Literatūra:

1. https://www.nationalgeographic.org/encyclopedia/bioluminescence/

2. https://www.atlasobscura.com/places/milky-seas

3. https://ocean.si.edu/ocean-life/fish/bioluminescence

4. https://lt.eferrit.com/kaip-veikia-fireflies-light/ 

You may also like...