Głęboko, głęboko pod powierzchnią mórz i oceanów istnieje życie, którego nie jesteśmy sobie w stanie wyobrazić. Tam, gdzie panują wieczne ciemności organizmy żywe w toku ewolucji wytworzyły zdolność do świecenia, która nazywa się bioluminescencją. Pełni ona bardzo wiele funkcji, jednak większości z nich nie znamy. Dla nas bioluminescencja pozostaje przede wszystkim pięknym zjawiskiem i jednym z wielu cudów natury. Tak potrzebna w przyrodzie, została także używana w pracy inżynierów do badań np. struktur komórkowych.

 

Bioluminescencja sprawia, że organizmy żywe stają się żywymi latarkami. W dodatku dla nas jest zjawiskiem pięknym, tajemniczym i egzotycznym Można bez żadnych wątpliwości zaliczyć ją do wielu cudów natury. Doceni ją każdy, kto wieczorem w sierpniu podziwiał świetliki w lesie. Bioluminescencja zapewne wielu ludziom skojarzy się tylko z nimi, ale uwaga: warto pamiętać, że w Polce oprócz świetlików możemy zaobserwować także inne świecące istoty. Są nimi między innymi grzyby, np. opieńka miodowa czy łycznik ochrowy. Ponadto od 1997 roku coraz częściej na Polskim wybrzeżu widać smugi światła o barwie turkusowej, które tworzą jednokomórkowe organizmy – bruzdnice. Te organizmy wytwarzają światło, kiedy są wzbudzone przez nagły ruch. Poza tym potrafią świecić również powszechnie występujące bakterie, które powodują gnicie mięsa i ryb. Widać zatem, że żywą latarkę można wyhodować we własnym domu!

 

W przyrodzie

Uściślając: bioluminescencja to po prostu zdolność organizmów do produkcji i emisji światła. Warto przy tym podkreślić fakt, że bioluminescencja nie jest tym samym co fluorescencja czy fosforescencja. W trakcie fluorescencji energia pochodzi od zewnętrznego źródła światła i  zostaje zaabsorbowana, po czym niemal natychmiast zostaje oddana w formie fotonów. Z kolei fosforescencja różni się od fluorescencji tym, że trwa dłużej – wzbudzona cząsteczka pozostaje dłużej stabilna, stąd emisja fotonów może następować nawet po usunięciu źródła światła. Jak widać, są to procesy fizyczne. W przypadku chemiluminescencji światło powstaje w wyniku zachodzącej reakcji chemicznej.  W ich rezultacie energia chemiczna przekształca się w energię świetlną. W bioluminescencji reakcja taka zachodzi wewnątrz organizmów żywych. Można powiedzieć, że bioluminescencja jest typem chemiluminescencji. Barwa bioluminescencji jest zwykle żółtozielona lub niebieska, a u organizmów głębinowych zdarza się czasem czerwona.

Szczególnie charakteryzują się nią organizmy morskie. Na dnie oceanów to zjawisko jest głównym źródłem światła, natomiast z kilkoma wyjątkami raczej nie występuje w wodach słodkich,. Można czasem ją zaobserwować na lądzie, gdzie najbardziej znanymi organizmami, które wykazują zdolność do świecenia jest kilka rodzin owadów oraz grzyby z gromady Basidiomycota. Co ciekawe, bioluminescencja pojawiła się w wyniku ewolucji wielu odległych taksonomicznie gatunkach morskich. Potwierdza to wiele odmiennych mechanizmów chemicznych, którymi charakteryzują się te stworzenia. Warto wiedzieć, że wiele organizmów wyższych nie produkuje światła osobiście, wykorzystują do tego zdolności bakterii, które żyją na niektórych fragmentach ich ciał. Mimo to musi istnieć dodatkowy mechanizm, który pozwala na sterowanie emisją światła bakterii, ponieważ nawet w takim układzie świecenie następuje często błyskami czy impulsami.

 

Funkcje świecenia

Bioluminescencja ma wiele funkcji, z których większości jeszcze nie znamy. Może jednocześnie u jednego osobnika służyć kilku celom, zarówno obronnym jak i ofensywnym. Jako ochrona pomaga np. w kamuflażu i tworzeniu ubarwienia ostrzegawczego, oszukaniu przeciwnika, odwrócenia uwagi, a nawet w przestraszeniu czy spłoszeniu przeciwnika. Także może działać jako alarm. Do funkcji ofensywnych możemy zaliczyć mylenie i wabienie ofiar, a także oświetlanie ich i lokalizację. Jest też ważnym środkiem komunikacji i często służy także do wabienia partnera.

Ciekawą funkcję pełni bioluminescencja w laboratoriach. Jak wiele fascynujących zjawisk natury została ona wykorzystana przez człowieka.

 

Jak to działa?

Do produkcji światła potrzebne są co najmniej dwa związki chemiczne. Jeden z nich nazywamy „lucyferyną” i to właśnie on emituje światło po aktywacji. Natomiast „lucyferaza” jest enzymem, który odpowiada za aktywowanie lucyferyny do świecenia. Lucyferaza katalizuje reakcję utleniania lucyferyny, w wyniku której powstaje światło i oksylucyferyna. Większość organizmów otrzymuje lucyferynę wraz z pokarmem tworzy ją podczas syntezy wewnętrznej. Czasami powstaje kompleks zbudowany z lucyferyny, zamiennika lucyferazy oraz kofaktora – nazywa się go „fotoproteiną”. Kofaktorem może być np. tlen czy ATP (adenozyno-5-trifosforan, nukleotyd adenozynowy). Dopiero po wprowadzeniu odpowiedniego wapnia, którym najczęściej jest wapń, taki kompleks może zostać wzbudzony do tworzenia światła. Warto zwrócić uwagę na to, że istnieje bardzo wiele typów organizmów, które wykorzystują bioluminescencję, a mimo to liczba podstawowych lucyferyn jest zaskakująco mała. Znamy np. lucyferynę bakteryjną, którą jest zredukowany fosforan ryboflawiny, lucyferynę bruzdnic, której budowa jest zbliżona do chlorofilu, lucyferynę Vargula, która występuje u małżoraczków. Te stworzenia produkują swoją lucyferynę w reakcji syntezy z aminokwasów: tryptofanu, izoleucyny i argininy. Lucyferyna świetlika wymaga do aktywacji ATP jako kofaktora.

 

Artykuł autorstwa Joanny Marii Więckowskiej ukazał się w Miesięczniku Studentów Politechniki Wrocławskiej ŻAK.