Bioluminiscenta - celule emitatoare de lumina

Istoric

In octombrie 1492, seara, marinarii lui Cristofor Columb au observat focul tremurand pe fata apei asemenea unui imens dans de lumini. Marinarii au ramas cu convingerea ca era vorba de focurile Infernului.

Inca din Antichitate Plinius cel Batran explica fenomenul pe seama ciocnirii dintre valuri si corpul unor vietuitoare.

Prima explicatie stiintifica a bioluminiscentei a fost elaborata de fizicianul Robert Boyle. Introducand sub un recipient un cotlet de vitel alterat care in intuneric degaja lumina a remarcat ca stralucirea scade progresiv. Cand aerul era lasat sa patrunda sub recipient, lumina isi recapata intensitatea.

Se demonstra astfel ca bioluminiscenta este in stransa legatura cu reactiile chimice care inceteaza in absenta oxigenului si ca orice superstitie legata de acest fenomen nu-si gasea justificarea.

Abia in 1885 zoologul francez Raphael Dubois a descoperit cele doua substante din corpul plantelor si animalelor care dau nastere la lumina printr-o reactie chimica. Aceste substante sunt luciferina si oxiluciferina.

Definitie

Bioluminiscenta este procesul biologic de producere a luminii de catre organismele vii. In organismele bioluminiscente se sintetizeaza o substanta fotogena numita luciferina care sub actiunea O₂ si a enzimelor catalizatoare (luciferaze) se oxideaza. Reactia este exoterma iar modificarea energiei libere este folosita pentru a excita o molecula la o stare foarte bogata in energie. Pentru revenirea moleculei astfel excitate la starea de baza se produce o emisie de lumina.

Mecanismul chimic al bioluminiscentei

Luciferina si luciferaza au fost extrase din licuruci si cristalizate de catre cercetatorii    W.D. McElroy si colegii sai.

In prima etapa luciferina LH₂ si ATP reactioneaza pentru a forma luciferil adenilatul (LH₂-AMP). Cand acest complex este expus O₂ luciferil adenilatul legat de enzima este oxidat si se produce oxiluciferina care emite lumina cand revene la starea de baza.

Pentru fiecare molecula de luciferina oxidata se emite o cuanta de lumina cu lungimea de unda de 490nm.

Organisme bioluminiscente

Cele mai spectaculoase manifestari ale bioluminiscentei le intalnim la suprafata marii si sunt produse de organisme unicelulare cunoscute sub numele de noctiluci care cuprind protozoare din grupa flagelatelor si a radiolarilor.

   

Noctiluca miliaris

Sphaerozoum

Gonyaulax polyedra

Pyrocystis fusiformis

Lumina animala este o lumina rece care nu contine radiatii infrarosii si ultraviolete. Lumina emisa de noctiluci isi are originea in sfere microscopice ascunse in protoplasma periferica ce functioneaza cand socul mecanic produs de miscarea apei excita organismul. Se produc 20-30 de flash-uri pe secunda.

Soldatii care au trecut prin razboaie povestesc ca citeau scrisorile de acasa noaptea, langa copacii putrezi ai padurilor unde isi gasisera salasul hifele luminiscente ale unor ciuperci.

Cea mai cunoscuta, intalnita si in tara noastra este gheba de copac Armillaria mellea la care partea luminoasa o formeaza cordoanele ramificate ale miceliului dezvoltate in lemnul copacului putred.

La alte ciuperci, care cresc mai ales in regiunile calde lumina poate fi produsa si de palarie.

Spectaculos este si muschiul luminos, Schistostega osmundacea a carui protonema prezinta celule cu membrana ingrosata. Aceasta membrana concentreaza lumina cat de slaba si o reflecta asupra grauncioarelor de clorofila care la randul lor o radiaza in jurul lor.

Schistostega osmundacea

Dintre animalele terestre licuricii sunt cei mai renumiti fabricanti de lumina. La aceste insecte traheile strabat aglomerarea de celule fotogene. Pe traiectul acestora se gasesc sfinctere musculare care pot micsora sau mari cantitatea de aer ce ajunge la celule si prin aceasta pot opri sau declansa productia de lumina.

Pyrophorus noctilucus

Lampyris noctiluca

Francezul Dubois a realizat o cultura de fotobacterii, care a fost folosita ca o lampa cu lumina continua la expozitia internationala din anul 1900 de la Paris.La lumina ei rece se putea citi bine si chiar face fotografii.

Concluzii

Bioluminiscenta este un fenomen destul de raspandit in natura de la bacterii pana la vertebrate. Randamentul extrem de ridicat al acestei iluminatii reci (98-99%) fata de cel al surselor de lumina calda (35-45%) indica bioluminiscenta ca pe o probabila sursa de lumina in viitor .