Πώς παράγουν το Fireflies το φως;

Το λυκόφως τρεμοπαίζει μύγες επιβεβαιώνει ότι έχει φτάσει το καλοκαίρι. Ως παιδί, μπορεί να έχετε συλλάβει αυτά τα λεγόμενα αστραπές στα χτυπημένα χέρια σας και να ρίξετε μια ματιά στα δάχτυλά σας για να τα παρακολουθήσετε να λάμπουν, αναρωτιέστε πώς αυτά συναρπαστικές πεταλούδες παράγουν φως.

Πεταλούδες δημιουργήστε φως με παρόμοιο τρόπο με τον τρόπο λειτουργίας ενός glowstick. Το φως προκύπτει από χημική αντίδραση ή χημειοφωταύγεια. Όταν μια χημική αντίδραση που παράγει φως εμφανίζεται σε έναν ζωντανό οργανισμό, οι επιστήμονες αποκαλούν αυτήν την ιδιότητα βιοφωταύγεια. Πλέον βιοφωταύγενοι οργανισμοί ζουν σε θαλάσσια περιβάλλοντα, αλλά οι μύγες είναι από τα επίγεια πλάσματα που είναι ικανά να παράγουν φως.

Αν κοιτάξετε προσεκτικά μια ενήλικη πυγολαμπίδα, θα δείτε ότι τα τελευταία δύο ή τρία κοιλιακά τμήματα εμφανίζονται διαφορετικά από τα άλλα. Αυτά τα τμήματα περιλαμβάνουν το όργανο παραγωγής φωτός, μια αποτελεσματική δομή που παράγει φως χωρίς απώλεια θερμικής ενέργειας. Εάν έχετε αγγίξει ποτέ έναν λαμπτήρα πυρακτώσεως μετά από λίγα λεπτά, γνωρίζετε ότι είναι ζεστό. Εάν το ελαφρύ όργανο της πυγολαμπίδας εκπέμπει συγκρίσιμη θερμότητα, το έντομο θα συναντούσε ένα τραγανό άκρο.

Στις πυγολαμπίδες, η χημική αντίδραση που τους προκαλεί να λάμπει εξαρτάται από ένα ένζυμο που ονομάζεται λουσιφεράση. Μην παραπλανηθείτε από το όνομά του. αυτό το ένζυμο δεν είναι έργο του διαβόλου. Εωσφόρος προέρχεται από τα λατινικά Λούις, που σημαίνει φως, και σίδηρος, σημαίνει να μεταφέρει. Λουσιφεράση είναι κυριολεκτικά, το ένζυμο που φέρνει φως.

Η βιοφωταύγεια Firefly απαιτεί την παρουσία ασβεστίου, τριφωσφορικής αδενοσίνης, της χημικής λουσιφεράνης και του ενζύμου λουσιφεράσης εντός του φωτός οργάνου. Όταν εισάγεται οξυγόνο σε αυτόν τον συνδυασμό χημικών συστατικών, πυροδοτεί μια αντίδραση που παράγει φως.

Οι επιστήμονες ανακάλυψαν πρόσφατα ότι το μονοξείδιο του αζώτου παίζει βασικό ρόλο στο να επιτρέψει στο οξυγόνο να εισέλθει στο ελαφρύ όργανο της μύγας και να ξεκινήσει την αντίδραση. Ελλείψει νιτρικού οξειδίου, μόρια οξυγόνου συνδέονται με τα μιτοχόνδρια στην επιφάνεια των ελαφρών κυττάρων οργάνων και δεν μπορούν να εισέλθουν στο όργανο για να προκαλέσουν την αντίδραση. Έτσι δεν μπορεί να παραχθεί φως. Όταν υπάρχει, το νιτρικό οξείδιο δεσμεύεται στα μιτοχόνδρια αντ 'αυτού, επιτρέποντας στο οξυγόνο να εισέλθει στο όργανο, να συνδυάζεται με τις άλλες χημικές ουσίες και να παράγει φως.

Εκτός από το ότι είναι δείκτες ειδών για την έλξη των συντρόφων, η βιοφωταύγεια είναι επίσης ένα σήμα για τους αρπακτικούς της μύγας, όπως οι νυχτερίδες, ότι θα έχουν πικρή γεύση. Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στο τεύχος Αυγούστου 2018 του περιοδικού Επιστήμη προχωρά, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι νυχτερίδες έτρωγαν λιγότερες μύγες όταν οι πυγολαμπίδες λάμπουν.

Οι φωταύγιες που παράγουν φως αναβοσβήνουν σε μοτίβο και χρώμα που είναι μοναδικό για το είδος τους και αυτά τα μοτίβα φλας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ταυτοποίησή τους. Η εκμάθηση της αναγνώρισης των ειδών firefly στην περιοχή σας απαιτεί γνώση του μήκους, του αριθμού και του ρυθμού των αναλαμπών τους, το διάστημα των χρόνος μεταξύ των αναλαμπών τους, του χρώματος του φωτός που παράγουν, των προτιμώμενων μοτίβων πτήσης τους και της νύχτας όταν συνήθως αναβοσβήνουν.

Ο ρυθμός του μοτίβου φλας μύγας ελέγχεται από την απελευθέρωση του ATP κατά τη διάρκεια της χημικής αντίδρασης. Το χρώμα (ή η συχνότητα) του παραγόμενου φωτός πιθανώς επηρεάζεται από pH. Ο ρυθμός φλας μιας μύγας θα ποικίλει επίσης ανάλογα με τη θερμοκρασία. Οι χαμηλότερες θερμοκρασίες έχουν ως αποτέλεσμα χαμηλότερους ρυθμούς φλας.

Ακόμα κι αν είστε πολύ καλά στα μοτίβα φλας για τις πεταλούδες στην περιοχή σας, πρέπει να προσέξετε τους πιθανούς μιμητές που προσπαθούν να ξεγελάσουν τους συναδέλφους τους. Τα θηλυκά Firefly είναι γνωστά για την ικανότητά τους μιμηθείτε τα μοτίβα φλας άλλων ειδών, ένα τέχνασμα που χρησιμοποιούν για να προσελκύσουν ανυποψίαστα αρσενικά πιο κοντά, ώστε να μπορούν να κερδίσουν ένα εύκολο γεύμα. Για να μην είναι ξεπερασμένος, ορισμένες αρσενικές πυγολαμπίδες μπορούν επίσης να αντιγράψουν τα μοτίβα φλας άλλων ειδών.

Η λουσιφεράση είναι ένα πολύτιμο ένζυμο για βιοϊατρική έρευνα, ιδιαίτερα ως δείκτης της γονιδιακής έκφρασης. Οι ερευνητές μπορούν κυριολεκτικά να δουν ένα γονίδιο στην εργασία ή την παρουσία ενός βακτηρίου όταν επισημαίνεται η λουσιφεράση. Η λουσιφεράση έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως για να βοηθήσει στον εντοπισμό της μόλυνσης των τροφίμων από βακτήρια.

Λόγω της αξίας του ως ερευνητικού εργαλείου, η λουσιφεράση έχει υψηλή ζήτηση από τα εργαστήρια και η εμπορική συγκομιδή ζωντανών πυγολαμπίδων επηρέασε αρνητικά τους πληθυσμούς πυγολαμπίδων σε ορισμένες περιοχές. Ωστόσο, οι επιστήμονες κλωνοποίησαν επιτυχώς το γονίδιο λουσιφεράσης ενός είδους πυγολαμπίδας, Photinus pyralis, το 1985, επιτρέποντας τη μεγάλης κλίμακας παραγωγή συνθετικής λουσιφεράσης.

Δυστυχώς, ορισμένες χημικές εταιρείες εξακολουθούν να εξάγουν λουσιφεράση από πυγολαμπίδες παρά να παράγουν και να πωλούν τη συνθετική έκδοση. Αυτό έβαλε ουσιαστικά μια γενναιοδωρία στα κεφάλια των πυγολαμπίδων σε ορισμένες περιοχές, όπου οι άνθρωποι ενθαρρύνονται να τις συλλέγουν από τις χιλιάδες κατά την αιχμή της καλοκαιρινή εποχή ζευγαρώματος.

Σε μια κομητεία του Τενεσί το 2008, οι άνθρωποι πρόθυμοι να εξαργυρώσουν τη ζήτηση μιας εταιρείας για τις μύγες που συλλαμβάνονται και παγώνουν περίπου 40.000 άνδρες. Η μοντελοποίηση υπολογιστών από μια ερευνητική ομάδα δείχνει ότι αυτό το επίπεδο συγκομιδής μπορεί να μην είναι βιώσιμο για έναν τέτοιο πληθυσμό. Με τη διαθεσιμότητα της συνθετικής λουσιφεράσης σήμερα, τέτοιες συγκομιδές πυγολαμπίδων για κέρδος είναι εντελώς περιττές.

• Capinera, John L. Εγκυκλοπαίδεια Εντομολογίας. Springer, 2008.
• “Ρολόι Firefly.” Μουσείο Επιστημών, Βοστώνη.
• “Πώς και γιατί ανάβουν οι Fireflies;” Επιστημονικός Αμερικανός, 5 Σεπτεμβρίου 2005.
• “Οι Fireflies ανάβουν για να προσελκύσουν συντρόφους, αλλά και για να αποτρέψουν τους θηρευτές.” Αμερικανική ένωση για την πρόοδο της επιστήμης21 Αυγούστου 2018.
• _{Λι, Τζον. "Βασική βιοφωταύγειαΤμήμα Βιοχημείας και Μοριακής Βιολογίας, Πανεπιστήμιο της Γεωργίας.}
• _{"Επιδράσεις μοντελοποίησης της συγκομιδής στην αντοχή του Firefly," Οικολογική μοντελοποίηση, 2013.}