Kako svjetiljke proizvode svjetlost?

Sumrak treperi krijesnice potvrđuje da je stiglo ljeto. Kao dijete možda ste uhvatili one takozvane gromove u svoje sklupčane ruke i provirili kroz prste kako biste ih gledali kako blistaju, pitajući se kako to fascinantne krijesnice proizvode svjetlost.

krijesnice stvorite svjetlost na sličan način na koji djeluje svjetiljka. Svjetlost je rezultat kemijske reakcije ili hemiluminiscencije. Kada se kemijska reakcija koja proizvodi svjetlost dogodi unutar živog organizma, znanstvenici ovo svojstvo nazivaju bioluminescencijom. Najviše bioluminescentni organizmi žive u morskim sredinama, ali krijesnice su među zemaljskim bićima koja su sposobna proizvoditi svjetlost.

Ako pažljivo pogledate odrasle krijesnice, vidjet ćete da se posljednja dva ili tri segmenta trbuha pojavljuju drugačije od ostalih. Ti segmenti čine organ koji proizvodi svjetlost, učinkovitu strukturu koja proizvodi svjetlost bez gubitka toplinske energije. Ako ste ikada dodirnuli žarulju sa žarnom niti nakon što je prošlo nekoliko minuta, znajte da je vruće. Ako je svjetlosni organ krijesnice emitirao usporedivu toplinu, insekt bi naišao na hrskavi kraj.

Kod krijesnica kemijska reakcija koja uzrokuje njihovo sjaj ovisi o enzimu zvanom luciferaza. Nemojte biti zavedeni njegovim imenom; ovaj enzim nije djelo vraga. Lucifer dolazi od latinskog Lucis, što znači svjetlost i Ferre, što znači nositi. luciferazni je, doslovno, enzim koji donosi svjetlost.

Zračna bioluminescencija zahtijeva prisustvo kalcija, adenosin trifosfata, kemijskog luciferana i enzima luciferaze u svjetlosnom organu. Kad se kisik uvede u ovu kombinaciju kemijskih sastojaka, on pokreće reakciju koja proizvodi svjetlost.

Znanstvenici su nedavno otkrili da dušični oksid igra ključnu ulogu u dopuštanju kisika da uđe u svjetlosni organ krijesnice i pokrene reakciju. U nedostatku dušičnog oksida, molekule kisika vežu se na mitohondrije na površini stanica svjetlosnih organa i ne mogu ući u organ da pokrenu reakciju. Dakle, ne može se proizvesti svjetlost. Kad je prisutan, dušični oksid umjesto toga veže se za mitohondrije, omogućujući kisiku da uđe u organ, kombinira se s drugim kemikalijama i stvara svjetlost.

Pored toga što je vrsta markira za privlačenje parova, bioluminescencija je signal i grabežljivcima krijesnica, poput šišmiša, da će biti gorak okus. U studiji objavljenoj u broju časopisa za kolovoz 2018. godine Napredak znanosti, istraživači su otkrili da su slepi miševi jeli manje svjetiljki kad su krijesnice užarene.

Svjetlije koje proizvode svjetlost trepere u obrascu i boji koji su jedinstveni za njihove vrste, a ti se uzorci bljeskalica mogu koristiti za njihovo prepoznavanje. Naučiti prepoznati vrste krijesnica u vašem području zahtijeva znanje o duljini, broju i ritmu njihovih bljeskova, intervalu vrijeme između bljeskova, boje svjetlosti koju proizvode, preferirane uzorke leta i doba noći kada obično bljeskaju.

Brzina uzorka bljeskalice svjetla nadzire se oslobađanjem ATP-a tijekom kemijske reakcije. Vjerojatno utječe i boja (ili frekvencija) proizvedene svjetlosti pH. Brzina bljeskavice krijesnica također će se razlikovati od temperature. Niže temperature rezultiraju sporijom brzinom bljeska.

Čak i ako ste dobro upućeni u uzorke bljeskalica za krijesnice u vašem području, morate imati na umu moguće imitatore koji pokušavaju prevariti svoje suradnike. Ženke krijesnica poznate su po sposobnosti oponašaju bljeskalice drugih vrstatrik koji koriste da privuku muške koji ne sumnjaju bliže kako bi postigli lagani obrok. Da se ne pretjeraju, neke muške krijesice mogu kopirati i bljeskalice drugih vrsta.

Luciferaza je vrijedan enzim za biomedicinska istraživanja, posebno kao marker ekspresije gena. Istraživači mogu doslovno vidjeti gen na poslu ili prisutnost bakterije kada je luciferaza označena. Luciferaza se široko koristi kako bi se utvrdilo zagađenje hrane bakterijama.

Zbog vrijednosti istraživanja, luciferaza je laboratorijima velika potražnja, a komercijalna žetva živih krijesa negativno je utjecala na populaciju krijesnica u nekim područjima. Međutim, znanstvenici su uspješno klonirali gen luciferaze jedne vrste krijesnica, Photinus pyralis, 1985., omogućujući veliku proizvodnju sintetičke luciferaze.

Nažalost, neke kemijske tvrtke još uvijek izdvajaju luciferazu od krijesnica, a ne proizvode i prodaju sintetičku verziju. To je uistinu donijelo bogatstvo glavama krijesnica u nekim regijama, gdje se ljude potiče da ih prikupe na hiljade tijekom vrhunca svog ljetna sezona parenja.

U jednoj provinciji Tennessee 2008. godine ljudi željni unovčiti potražnju jedne tvrtke za krijesnice zarobili su i zamrznuli približno 40 000 muškaraca. Računarsko modeliranje jednog istraživačkog tima sugerira da ova razina žetve može biti neodrživa za takvu populaciju krijesnica. Uz dostupnost sintetičke luciferaze danas, takve su žetve krijesnica za zaradu potpuno nepotrebne.

• Capinera, John L. Enciklopedija entomologije. Springer, 2008.
• “Firefly Watch.” Muzej znanosti, Boston.
• “Kako i zašto svijetle svjetiljke?” Znanstveni američki, 5. rujna 2005.
• “Krijesnice svijetle kako bi privukle prijatelje, ali i da bi odvratile grabežljivce.” Američko udruženje za napredak znanosti, 21. kolovoza. 2018.
• _{Lee, John. "Osnovna bioluminiscencija. "Katedra za biokemiju i molekularnu biologiju, Sveučilište u Georgia.}
• _{"Modeliranje učinaka žetve na postojanost populacije svjetlarijeva," Ekološko modeliranje, 2013.}