Kuinka Fireflies tuottaa valoa?

Hämärä välkkyminen Fireflies vahvistaa, että kesä on saapunut. Lapsena saatat olla kiinni ns. Salamavirheistä kupillisissa käsissäsi ja piilotettu sormesi läpi tarkkailla niiden hehkua ihmetellen kuinka ne kiehtovia tulikärpäksiä tuottaa valoa.

Fireflies luo valoa samalla tavalla kuin glowstick toimii. Valo syntyy kemiallisesta reaktiosta tai kemiluminesenssista. Kun elävässä organismissa tapahtuu valoa tuottava kemiallinen reaktio, tutkijat kutsuvat tätä ominaisuutta bioluminesenssiksi. Suurin osa bioluminesenssit elävät meriympäristössä, mutta tuliponnat ovat niiden maa-olentojen joukossa, jotka kykenevät tuottamaan valoa.

Jos tarkastelet tarkkaan aikuisen tulikärpästä, huomaat, että kaksi tai kolme viimeistä vatsan segmenttiä eroavat toisista. Nämä segmentit käsittävät valoa tuottavan elimen, tehokkaan rakenteen, joka tuottaa valoa menettämättä lämpöenergiaa. Jos olet koskenut hehkulamppua muutaman minuutin kuluttua, tiedät, että se on kuuma. Jos tulikärpäsen kevyt elin lähettäisi vastaavaa lämpöä, hyönteinen kohtaa rapean pään.

Firefliesissä kemiallinen reaktio, joka aiheuttaa hehkua, riippuu lusiferaasiksi kutsutusta entsyymistä. Älä johda sen nimeä harhaan; tämä entsyymi ei ole paholaisen työtä. Lucifer tulee latinaksi Lucis, tarkoittaen valoa, ja Ferre, tarkoitus kantaa. Luciferase on kirjaimellisesti entsyymi, joka tuo valoa.

Firefly-bioluminesenssi vaatii kalsiumin, adenosiinitrifosfaatin, kemiallisen lusiferaanin ja lusiferaasi-entsyymin läsnäolon kevyessä elimessä. Kun happea johdetaan tähän kemiallisten aineosien yhdistelmään, se laukaisee reaktion, joka tuottaa valoa.

Tutkijat havaitsivat äskettäin, että typpioksidilla on keskeinen rooli sallittaessa happea päästä tulipaloperheen kevyeseen elimeen ja käynnistämään reaktion. Typpioksidin puuttuessa happimolekyylit sitoutuvat mitokondrioihin kevyiden elinten solujen pinnalla eivätkä pääse sisään elimeen reaktion käynnistämiseksi. Joten valoa ei voida tuottaa. Läsnä ollessa typpioksidi sitoutuu mitokondrioihin sen sijaan, että happi pääsee elimeen, yhdistyy muiden kemikaalien kanssa ja tuottaa valoa.

Sen lisäksi, että bioluminesenssi on lajimerkkejä parin houkuttelemiselle, se on myös signaali tulikärpästen saalistajille, kuten lepakoille, että heillä on katkera maku. Lehden elokuussa 2018 julkaistussa tutkimuksessa Tieteen kehitys, tutkijat havaitsivat, että lepakot söivät vähemmän tulikärpäksiä, kun tulikärpäkset hehkusivat.

Valoa tuottavat tulikärpät välähtävät lajilleen ominaisella kuviolla ja värillä, ja näitä salamakuvioita voidaan käyttää niiden tunnistamiseen. Ompelemalla tunnustamaan lähialueen perhoslajit vaatii tietoa niiden välähdyksien pituudesta, lukumäärästä ja rytmistä, välähdysten välinen aika, tuottamansa valon väri, mieluisimmat lentotavat ja yöaika, jolloin ne tyypillisesti vilkkuvat.

Firefly-lentämiskuvion nopeutta säädetään ATP: n vapautumisella kemiallisen reaktion aikana. Tuotetun valon väriin (tai taajuuteen) vaikuttaa todennäköisesti pH. Tulikärpäsen salamanopeus vaihtelee myös lämpötilan mukaan. Matalammat lämpötilat johtavat hitaampaan salamanopeuteen.

Vaikka olet hyvin perehtynyt tulipalojen salamakuvioihin alueellasi, sinun on otettava huomioon mahdolliset jäljittelijät, jotka yrittävät huijata toistensa perhosia. Firefly-naaraat tunnetaan kyvystään jäljitellä muiden lajien salamakuvioita, temppu, jota he käyttävät houkutellakseen pahaa ajattelemattomia miehiä lähemmäksi, jotta he voivat saada helposti aterian. Jotkut urosfolit voivat olla kopioimatta myös muiden lajien salamakuvioita.

Lusiferaasi on arvokas entsyymi biolääketieteellisessä tutkimuksessa, etenkin geeniekspression merkkinä. Tutkijat voivat kirjaimellisesti nähdä geenin työssä tai bakteerin läsnäolon, kun lusiferaasi on merkitty. Lusiferaasia on käytetty laajasti bakteerien aiheuttaman elintarvikkeiden saastumisen tunnistamiseen.

Koska lusiferaasi on arvokas tutkimusvälineenä, sillä on korkea kysyntä laboratorioissa, ja elävien tulikärpästen kaupallinen sato vaikutti kielteisesti tulikärpäpopulaatioihin joillakin alueilla. Tutkijat kuitenkin kloonasivat menestyksekkäästi yhden tulikärpilajin lusiferaasigeenin, Photinus pyralis, vuonna 1985, mikä mahdollistaa synteettisen lusiferaasin laajamittaisen tuotannon.

Valitettavasti jotkut kemianteollisuuden yritykset edelleen purkavat lusiferaasia tulipaloista sen sijaan, että tuottavat ja myyvät synteettistä versiota. Tämä on tosiasiallisesti antanut palkkion tulipalojen päille joillakin alueilla, joilla tuhansia ihmisiä rohkaistaan ​​keräämään niitä niiden huippunsa aikana kesäkesto.

Yhdessä Tennessee-läänissä vuonna 2008 ihmiset innokkaasti maksamaan rahaa yhden yrityksen kysynnästä, joka koski noin 40 000 urosta. Yhden tutkimusryhmän suorittama tietokonemallinnus viittaa siihen, että tämä sadonkorjuutaso voi olla kestämätön tällaiselle tulisijaperhokannalle. Koska nykyään on saatavana synteettistä lusiferaasia, tällaiset voittoa tavoittelevat tulikärpäsato ovat täysin tarpeettomia.

• Capinera, John L. Entomologian tietosanakirja. Springer, 2008.
• “Firefly katsella.” Tiedemuseo, Boston.
• “Kuinka ja miksi Fireflies syttyy?” Tieteellinen amerikkalainen, 5. syyskuuta 2005.
• “Fireflies syttyy houkuttelemaan ystäviä, mutta myös petoksille.” Amerikan tieteen edistymisen yhdistys, 21. elokuuta 2018.
• _{Lee, John. "Perusbioluminesenssi"Biokemian ja molekyylibiologian laitos, Georgian yliopisto.}
• _{"Sadonkorjuun mallinnusvaikutukset Firefly-väestön pysyvyyteen," Ekologinen mallintaminen, 2013.}