Čo je to bioluminiscencia a ako ju používajú ľudia a príroda
More bolo za loďou jasne osvetlené jednotnou a mierne mliečnou farbou. Keď bola voda vložená do fľaše, vytvorila iskry ...
Prvý palubný denník Charlesa Darwina bol napísaný, keď bol na palube. Beagle na pobreží Tenerife, 6. januára 1832. To, čo Darwin videl, boli v skutočnosti bioluminiscenčné morské tvory produkujúce svetlo, ktoré blikalo v reakcii na fyzické poruchy.
Bioluminiscencia, produkcia a emisia svetla živými organizmami, sa pre Darwina stala slepou uličkou. Pokúsil sa vysvetliť, prečo sa tento jav vyskytoval u samostatných druhov zdanlivo náhodným spôsobom. Teraz však vieme, že bioluminiscencia sa vyvinula nezávisle najmenej 40-krát na pevnine a na mori.
Darwin nebol prvý, kto študoval bioluminiscenciu. Grécky filozof Aristoteles poznamenal, že bioluminiscencia je typom „studeného“ svetla - tým, že neprodukuje teplo, okolo roku 350 pred Kristom. Vedci zistili, že táto forma chemiluminiscencie produkuje modrozelené svetlo v dôsledku oxidácie zlúčeniny nazývanej luciferín („prinášajúci svetlo“) enzýmom nazývaným luciferáza.
Odhaduje sa, že viac ako 75% hlbokých tvorov produkuje svoje vlastné svetlo. Ryby napríklad používajú na prilákanie koristi k svojim veľkým ústam bioluminiscenčné návnady podobné rybárskym prútom. Je zaujímavé, že svetlo rybárskych rýb (Lophiiformes) v skutočnosti produkuje Photobacterium, baktéria, ktorá žije v symbióze s rybami vo svojom rozsahu.
Havajská chobotnica - Euprymna scolopes - ktorá žije v plytkej vode, má tiež symbiotický vzťah s bioluminiscenčnou baktériou Aliivibrio fischeri. V noci tieto baktérie začnú svietiť a chobotnice používajú svoje svetlo na maskovanie na nočnej oblohe. Táto stratégia proti osvetleniu je podobná maske neviditeľnosti.
Na úsvite chobotnica vyháňa asi 95% jasných baktérií zo svojich ľahkých orgánov a zvyšných 5% živí dostatkom živín potrebných na rast po celý deň. Kritická hmotnosť sa dosiahne znova, keď padne večer, a vtedy sa svetlo znovu rozsvieti.
Štúdium tejto baktérie viedlo k objaveniu mikrobiologických javov nazývaných „snímanie kvóra“. Tento „chemický jazyk“ používa Aliivibrio fischeri na počítanie svojich susedov. Týmto spôsobom je zabezpečené, aby sa pri transformácii bioluminiscenčných génov nestrácala energia predtým, ako sa v ľahkých orgánoch chobotnice nachádza dostatok buniek (zvyčajne okolo 10 miliónov buniek na mililiter).
Bližšie k povrchu mora vytvára bioluminiscenciu planktón nazývaný Noctiluca scintillans, známy ako „veľká iskra“. Tento mikroskopický organizmus produkuje záblesky svetla v reakcii na fyzické poruchy, keď sa vlny rozpadnú na brehu alebo keď je kameň hodený do vody. Bioluminiscenčná reakcia v reakcii na stimuly sa nazýva efekt „vlámaného poplachu“. Pri útoku dravca kolektívne záblesky svetla útočníka vydesia a označia jeho pozíciu, čím upozornia vysoko postavených predátorov.
Bioluminiscencia a ľudia
V priebehu histórie ľudia vymysleli dômyselné spôsoby, ako využiť bioluminiscenciu vo svoj prospech. Svetlé polia využívali kmene napríklad na presvetlenie cesty hustou džungľou, zatiaľ čo svetlušky využívali baníci ako rannú bezpečnostnú lampu. Možno sa týmito aplikáciami inšpirujú, vedci sa vracajú k bioluminiscencii ako potenciálnej forme zelenej energie. V nie príliš vzdialenej budúcnosti môžu byť tradičné pouličné lampy nahradené stromami a bioluminiscenčnými budovami.
Dnes sa bioluminiscencia z Aliivibrio fischeri používa na sledovanie toxicity vody. Pri vystavení znečisťujúcim látkam klesá produkcia svetla z bakteriálnej kultúry, čo signalizuje možnú prítomnosť kontaminantu.
Bioluminiscencia hrala dôležitú úlohu aj vo vojne. Bioluminiscenčné organizmy pomohli potopiť poslednú nemeckú loď v Nemecku počas druhej svetovej vojny v novembri 1918. Údajne ponorka preplávala bioluminiscenčným kvetom, po ktorom zostala jasná tréma, nasledovaná spojencami.
Malo to však aj ochrannú úlohu. Po jednej z najkrvavejších bitiek americkej občianskej vojny v Shilohe začali zranenia niektorým zo zranených vojakov svietiť. Tieto svetlé rany sa hojili rýchlejšie a čistejšie a tento jav sa stal známym ako „Angel’s Glow“. Žiaru pravdepodobne spôsoboval Photorhabdus luminescens, baktéria, ktorá žije v pôde a uvoľňuje antimikrobiálne látky, čím chráni vojakov pred infekciou.
Najviac entuziazmu však priťahovali použitie bioluminiscencie v medicíne. V roku 2008 bola udelená Nobelova cena za chémiu za objav a vývoj zeleného fluorescenčného proteínu (GFP). GFP sa prirodzene nachádza v krištáľovej medúze Aequorea victoria, ktorá je na rozdiel od doteraz opísaného bioluminiscenčného mechanizmu fluorescenčná. To znamená, že bielkovina musí byť pred vydaním charakteristického zeleného svetla excitovaná modrým svetlom. Od svojho objavu sa GFP geneticky zavádza do rôznych typov buniek a dokonca aj do zvierat, aby osvetlila dôležité aspekty bunkovej biológie a dynamiky chorôb.
Evolučný proces, ktorý vyvrcholil bioluminiscenciou, trval milióny rokov, ale jeho vedecké aplikácie naďalej spôsobujú revolúciu v našom modernom svete.