Mi a biolumineszcencia és hogyan használják az emberek és a természet
A tenger erősen meg volt világítva a hajó mögött, egyenletes és kissé tejszerű színnel. Amikor a vizet palackba tették, szikrákat váltott ki…
Charles Darwin első állatkert-napló bejegyzését a fedélzeten írták. Vizsla Tenerife szigetének partján, 1832. január 6-án. Darwin azt látta, hogy valójában biolumineszcens tengeri élőlények voltak, amelyek a fizikai rendellenességekre válaszul villódzó fényt produkáltak.
A biolumineszcencia, az élő organizmusok általi termelés és fénykibocsátás zsákutcává vált Darwin számára. Látszólag véletlenszerűen próbálta megmagyarázni, hogy ez a jelenség miért következett be külön fajokban. De most már tudjuk, hogy a biolumineszcencia legalább 40-szer függetlenül fejlődött a szárazföldön és a tengeren.
Darwin nem először vizsgálta a biolumineszcenciát. Arisztotelész görög filozófus megfigyelte, hogy a biolumineszcencia a "hideg" fény egyik fajtája - mivel nem termel hőt - Kr.e. 350 körül. A kutatók azt találták, hogy a kemilumineszcencia ezen formája kék-zöld fényt eredményez, a luciferin nevű vegyület ("fényhordó") oxidációjának eredményeként a luciferáz nevű enzim.
Becslések szerint a mély lények több mint 75% -a saját fényt termel. A halak például a horgászbotokhoz hasonlóan biolumineszcens csalikkal vonzzák a zsákmányt nagy szájukhoz. Érdekes módon a halászhalak (Lophiiformes) fényét valójában a Photobacterium hozza létre, egy baktérium, amely szimbiózisban él a skálán belüli halakkal.
A sekély vízben élő hawaii tintahal - Euprymna scolopes - szintén szimbiotikus kapcsolatban áll egy biolumineszcens baktériummal, az Aliivibrio fischeri-vel. Éjszaka ezek a baktériumok izzani kezdenek, és a tintahal fényükkel álcázza magát az éjszakai égbolton. Ez az ellen-megvilágítási stratégia hasonló a láthatatlanság palástjához.
Hajnalban a tintahal a fényes baktériumok mintegy 95% -át kiűzi könnyű szerveiből, a fennmaradó 5% -ot pedig elegendő tápanyaggal táplálja a nap folyamán. A kritikus tömeg az est beköszöntével ismét eléri, amikor a fény újra felgyullad.
Ennek a baktériumnak a vizsgálata vezetett mikrobiológiai jelenségek felfedezéséhez, az úgynevezett "kvórumérzékelésnek". Ezt a "kémiai nyelvet" az Aliivibrio fischeri használja szomszédainak megszámolására. Ezzel biztosítható, hogy a biolumineszcens gének transzformációja során ne veszítsen el energiát, mielőtt a tintahal könnyű szerveiben elegendő sejt van jelen (általában 10 millió sejt/milliliter).
Közelebb a tenger felszínéhez, a biolumineszcenciát a "nagy szikra" néven ismert Noctiluca scintillans nevű plankton generálja. Ez a mikroszkópos organizmus fényvillanásokat vált ki fizikai zavarokra reagálva, amikor hullámok törnek a parton, vagy ha egy követ dobnak a vízbe. Az ingerekre adott biolumineszcens reakciót "betörésjelző" hatásnak nevezzük. Ha egy ragadozó megtámadja, a kollektív fényvillanás megijeszti a támadót és megjelöli helyzetét, riasztva a magasabb rangú ragadozókat.
Biolumineszcencia és emberek
A történelem során az emberek ötletes módszereket találtak ki a biolumineszcencia előnyére történő felhasználására. A világos mezőket a törzsek arra használták, hogy megvilágítsák az utat például a sűrű dzsungelekben, míg a szentjánosbogarakat a bányászok korai biztonsági lámpának használták. Talán ezen alkalmazások ihlette a kutatók visszatérnek a biolumineszcenciára, mint a zöld energia lehetséges formájára. A nem túl távoli jövőben a hagyományos utcai lámpákat fákkal és biolumineszcens épületekkel lehet helyettesíteni.
Ma az Aliivibrio fischeri biolumineszcenciáját használják a vízi toxicitás monitorozására. Szennyező anyagoknak kitéve a baktériumkultúrából származó fénytermelés csökken, jelezve a szennyeződés esetleges jelenlétét.
A biolumineszcencia még a háborúban is fontos szerepet játszott. A biolumineszcens organizmusok segítettek elsüllyeszteni az utolsó német hajót Németországban a második világháború idején, 1918 novemberében. A tengeralattjáróról beszámoltak arról, hogy biolumineszcens virágon áthajózott, rázkódást hagyva maga után, majd szövetségesek követték.
De védő szerepe is volt. Az amerikai polgárháború egyik legvéresebb harcát követően szilohan a megsebesült katonák néhány sebe ragyogni kezdett. Ezek a fényes sebek gyorsabban és tisztábban gyógyultak, és a jelenség "Angyal fénye" néven vált ismertté. A ragyogást valószínűleg Photorhabdus luminescens okozta, egy baktérium, amely a talajban él, és antimikrobiális vegyületeket szabadított fel, így védve a katonákat a fertőzéstől.
Azonban a biolumineszcencia orvosi alkalmazásai keltik fel a legnagyobb lelkesedést. 2008-ban kémiai Nobel-díjat kaptak a zöld fluoreszcens fehérje (GFP) felfedezéséért és fejlesztéséért. A GFP természetesen megtalálható az Aequorea victoria kristálymedúza területén, amely az eddig leírt biolumineszcencia mechanizmussal ellentétben fluoreszkáló. Ez azt jelenti, hogy a fehérjét a kék fénynek fel kell gerjesztenie, mielőtt a jellegzetes zöld fényt kibocsátaná. Felfedezése óta a GFP-t genetikailag vezették be különféle sejttípusokba, sőt állatokba is, hogy megvilágítsák a sejtbiológia és a betegségdinamika fontos szempontjait.
A biolumineszcenciával tetőző evolúciós folyamat millió éveket vett igénybe, de tudományos alkalmazásai továbbra is forradalmasítják modern világunkat.