Inligting

Kom bioluminessensie ook by mense voor?

Kom bioluminessensie ook by mense voor?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ek lees dat Japannese navorsers 'n baie sensitiewe kamera ontwikkel het wat bioluminescentie by mense opgeneem het; is dit moontlik en indien wel, wat is die meganisme daaragter?


Uit die artikel wat jy gekoppel het:

feitlik alle lewende organismes straal uiters swak lig uit, spontaan sonder eksterne foto -opwinding. Hierdie biofoton -emissie word gekategoriseer in verskillende verskynsels van liguitstraling as gevolg van bioluminescentie, en word geglo dat dit 'n neweproduk is van biochemiese reaksies waarin opgewekte molekules uit bio-energetiese prosesse geproduseer word wat aktiewe suurstofspesies behels

Hulle verwys na hierdie twee werke. Die eerste is 'n resensie uit 1988 van Popp et al. (1988):

Biofoton emissie - Experientia 44:543-600. (Jammer, ek kan nie die skakel na 'n volledige teks vind nie ...)

Fritz-Albert Popp is die biofisikus wat die eerste keer die biofoton teorie.

Die tweede werk waarna hulle verwys is deur dieselfde eerste outeur:

In vivo beeldvorming van spontane ultra -swak fotonemissie uit die brein van 'n rot gekorreleer met serebrale energiemetabolisme en oksidatiewe stres. - Kobayashi M, et al.

Ten slotte, 'n soektog in Pubmed onthul verskeie ander artikels deur verskillende skrywers wat verskillende spesies bestudeer.


Waarom word Bioluminescentie gebruik? Waarom is Bioluminescentie belangrik?

Produksie en uitstraling van lig deur 'n lewende organisme word Bioluminescentie genoem. Bioluminessensie word in 'n wye reeks organismes aangetref, insluitend gewerwelde en ongewerwelde diere. Bioluminescerende organismes het luminescerende bakterieë wat deur chemiese reaksies lig kan produseer (dit is die rede waarom bioluminescentie as 'n vorm van chemiluminescentie beskou word). Twee molekules word deur die organismes vervaardig, luciferin ('n pigment) en luciferase ('n ensiem). Chemiluminescentie kan sowel binne as buite die sel voorkom.

Verskillende organismes gebruik bioluminesensie op verskillende maniere, en 'n paar gebruike word hieronder gelys

  • Bioluminescentie kom wyd voor by mariene gewerweldes en ongewerweldes. Hulle gebruik bioluminescentie om prooi te lok of om prooi te soek. Visse soos die hengelaar is 'n roofdier wat bioluminessensie gebruik om sy prooi te lok.
  • Viperfish het 'n lang ruggraat wat met 'n fotofoor gekantel word (waar bioluminescentie voorkom). Soos die Anglerfish, gebruik Viperfish ook bioluminescentie om prooi te lok. Viperfish gebruik verder bioluminessensie vir kamoefleer van sy roofdiere. Bioluminescentie word ook deur die Viperfish gebruik om maats te lok.
  • Bo die water op grond word bioluminessensie deur die volwasse vuurvliegies gebruik wat ook weerligbesies genoem word om maats te lok.

Nadat u verstaan ​​het hoe organismes bioluminessensie tot hul voordeel gebruik het, laat ons ook na die belangrikheid daarvan kyk. Bioluminessensie speel 'n belangrike rol in die oorlewing van die diepsee diere. Met die flou lig wat uit die boonste deel van die see gefiltreer word, help bioluminescentie mariene organismes om maklik met die oppervlak van die seebodem te meng. Dit help hulle om weg te steek vir die roofdiere wat gewoonlik bo hulle is.

Visse soos die addervisse laat hulself roerloos en gebruik dan bioluminessensie om veilig te bly van die roofdiere. Terselfdertyd help bioluminesensie hulle om klein vissies na hulle toe te lok. Hulle het 'n skarniervormige kop wat hulle opwaarts kan beweeg wanneer nodig. Sodra 'n klein vissie aangetrek word as gevolg van bioluminescentie en naby die vis kom, val hy hulle aan.

Inkvis is nog 'n mariene organisme wat bioluminessensie verstandig gebruik. Die luminescerende bakterieë woon in die mantelholte van die inkvis. Inktvis gebruik dit vir selfverdediging in die diepsee. Daar word geglo dat inkvis die organismes wat dit probeer aanval, verwar en bang maak deur swart ink vry te laat.

Daar was baie navorsers wat verband hou met bioluminescentie. Die belangrikste is waar die wetenskaplikes probeer het om 'n gloeiende haas te produseer. Wetenskaplikes moet nog baie ontdek oor die chemikalieë wat sintetiseer en lig uitstraal. Daar word geglo dat die verstaan ​​van die reaksie nuwe deure in die mediese wetenskap kan oopmaak, en daar word geglo dat bioluminescentie siektes so groot soos VIGS kan genees. Hierdie studies moet egter nog afgehandel word, aangesien bioluminescentie hoofsaaklik voorkom in die mariene organismes wat in diepsee leef. Hierdie diere is baie moeilik om te vind. Daarbenewens, omdat hul natuurlike habitat lae temperature en hoë waterdruk het, oorleef hulle nie langer as hulle geboei word nie.


Biologie

INLEIDING
Wat is Bioluminescentie?
Die huidige referaat fokus op bioluminescerende swamme, maar die basiese kenmerke van die biouminescentie wat bespreek word, is algemeen vir alle bioluminescerende organismes. Bioluminescentie is bloot lig wat deur lewende organismes geskep word. Waarskynlik die algemeenste voorbeeld van bioluminescentie deur Noord -Amerikaners is die vuurvlieg, wat sy buik tydens sy paartyd verlig om met potensiële maats te kommunikeer. Hierdie bioluminescerende vermoë kom voor in 25 verskillende filums, waarvan baie totaal nie verwant en uiteenlopend is met die filum Fungi wat in hierdie lys ingesluit is ('n illustrasie van 'n bioluminescerende swamme word in figuur 1 vertoon). Een van die kenmerke van biologiese lig wat dit van ander vorme van lig onderskei, is dat dit koue lig is. Anders as die lig van 'n kers, 'n gloeilamp, word bioluminescerende lig met baie min hittestraling geproduseer. Hierdie aspek van bioluminescentie het veral vroeë wetenskaplikes wat dit ondersoek het, veral geïnteresseerd. Die lig is die resultaat van 'n biochemiese reaksie waarin die oksidasie van 'n verbinding genaamd "Luci
ferin "en die reaksie is gekataliseer deur 'n ensiem genaamd" Luciferase ". Die lig wat deur hierdie biochemiese reaksie gegenereer word, is deur wetenskaplikes gebruik as 'n bio-aanwyser vir tuberkulose sowel as swaar metale. Deurlopende navorsing wat bioluminessensie behels, is tans aan die gang op die gebiede van evolusie, ekologie, histologie, fisiologie, biochemie en biomediese toepassings.

Geskiedenis van Bioluminescerende Swamme
Die lig van lighout is die eerste keer opgemerk in die vroeë geskrifte van Aristoteles wat in 382 vC plaasgevind het (Johnson en Yata 1966 en Newton 1952) Die volgende vermelding van lighout in die literatuur het in 1667 plaasgevind deur Robert Boyle wat gloeiende aarde opgemerk het en opgemerk het dat hitte was afwesig van die lig. Baie vroeë wetenskaplikes soos Conrad Gesner, Francis Bacon en Thomas Bartolin het almal waargeneem en notasie gemaak van die helder aarde (Johnson en Yata 1966 en Newton 1952). Hierdie vroeë waarnemers het gedink dat die lig te wyte was aan klein insekte of dierinteraksies. Die eerste vermelding dat die lig van lighout as gevolg van swamme was, het ontstaan ​​uit 'n studie van lighout wat deur Bishoff in 1823 as stutte in myne gebruik is. (Newton 1952). Fabre het die basiese parameters van bioluminescerende swamme bepaal, naamlik:
· Die lig sonder hitte
· Die lig het opgehou in 'n vakuum, in waterstof en koolstofdioksied
· Die lig was onafhanklik van humiditeit, temperatuur, lig en het nie gebrand nie
helderder in suiwer suurstof

Die werk deur Herring (1978) het bevind dat die luminescerende dele van die ingeslote pileus(dop), hymenium(kieue) en die miseliale drade in kombinasie of afsonderlik(figuur 2) ook die individuele spore ook lig gesien is. Haring het ook gesê dat as die vrugliggaam (sampioen) bioluminescerend was, die miseliedrade ook altyd lig was, maar nie andersom nie.

Vanaf die 1850's tot die vroeë deel van die 20ste eeu is die identifisering van die meerderheid swamsoorte wat bioluminescerende eienskappe vertoon, voltooi. Die navorsing oor bioluminescerende swamme het gestagneer vanaf die 1920's tot die 1950's (Newton 1952 en Herring 1978). Daarna is uitgebreide navorsing begin met betrekking tot die meganismes van bioluminescentie en word dit nog steeds uitgevoer.

Die proses van bioluminesensie

Bioluminessensie ontstaan ​​as gevolg van 'n sekere biochemiese reaksie. Dit kan beskryf word as 'n chemiluminescerende reaksie wat 'n direkte omskakeling van chemiese energie omskep in ligenergie behels (Burr 1985, Patel 1997 en Herring 1978). Die reaksie behels die volgende elemente:

· Ensieme (Luciferase) - biologiese katalisators wat die tempo van chemiese reaksies in selle versnel en beheer.
· Fotone - pakke ligenergie.
· ATP - adenosientrifosfaat, die energiebergende molekule van alle lewende organismes.
· Substraat (Luciferin) - 'n spesifieke molekule wat 'n chemiese lading ondergaan wanneer dit deur 'n ensiem geheg word.
· Suurstof - as katalisator

'n Vereenvoudigde formule van die bioluminescerende reaksie:

ATP (energie) + Luciferin (substraat) + Luciferase (ensiem) + O2 (oksideermiddel) == == lig (protone)

Die bioluminescerende reaksie vind plaas in twee basiese fases:

1) Die reaksie behels 'n substraat (D-Luciferin), gekombineer met ATP, en suurstof wat deur die ensiem (Luciferase) beheer word. Luciferiene en Luciferase verskil chemies in verskillende organismes, maar hulle benodig almal molekulêre energie (ATP) vir die reaksie.
2) Die chemiese energie in fase een maak 'n spesifieke molekule opgewonde (The Luminescent Molecule: die kombinasie van Luciferase en Luciferin). Die opgewondenheid word veroorsaak deur die verhoogde energievlak van die luminescerende molekule. Die gevolg van hierdie opwinding is verval wat manifesteer in die vorm van fotonemissies, wat die lig produseer. Die lig wat afgegee word, is nie afhanklik van lig of ander energie wat deur die organisme ingeneem word nie en is net die neweproduk van die chemiese reaksie en is dus koue lig.
Die bioluminescentie in swamme vind intrasellulêr plaas en is opgemerk op die spoorvlak (Burr 1985, Newton 1952 en Herring 1978). Dit kan soms 'n ekstrasellulêre bron van lig wees, maar dit is te wyte aan die verspreiding van lig deur die selle van die swam. By die ondersoek van die foto in figuur 1, blyk dit dat die dop van die swam gloei, maar na studie is opgemerk dat net die kieutstrukture wat die lig uitstraal en die dop (wat dun is) die lig van die kieue uitstraal deur diffusie (Haring 1978).
Die energie in fotone kan wissel met die frekwensie (kleur) van die lig. Verskillende tipes substrate (Luciferins) in organismes produseer verskillende kleure. Mariene organismes straal blou lig uit, jellievis gee groen af, vuurvliegies straal groen geel uit, spoorwegwurms gee rooi uit en swamme gee groen blou lig uit (Patel 1997).

Swamfamilies wat bioluminessensie uitstal
Die filum Fungi is saamgestel uit die volgende 5 afdelings (Newton 1952):
· Myxomycetes (slymvorms)
· Schizomycestes (bakterieë)
· Phycomycetes (skimmels)
· Ascomycetes (giste, sak swamme en 'n paar vorms)
· Basidiomycetes (smuts, roes en sampioene)

Van die bogenoemde afdelings kom die meerderheid van bioluminescentie voor in die Basidiomycetes en slegs een waarneming is gemaak met betrekking tot die Ascomycetes spesifiek in die Ascomycete -genus Xylaria (Harvey 1952). Tans is daar 42 bevestigde bioluminescerende Basidiomycetes wat wêreldwyd voorkom en visueel geen ooreenkoms met mekaar het nie, behalwe die vermoë om bioluminescerend te wees. Van hierdie 42 spesies wat bevestig is, is 24 daarvan in die afgelope 20 jaar geïdentifiseer, en daarom kan baie meer spesies hierdie eienskap vertoon, maar moet nog gevind word.
Die twee hoofgenus wat bioluminessensie vertoon, is die genus Pleurotus wat tans 12 spesies het wat in die vasteland van Europa en Asië voorkom. Die genus Mycena het 19 spesies wat tot dusver geïdentifiseer is met 'n wêreldwye verspreidingsreeks. In Noord -Amerika is slegs 5 spesies bioluminescerende basiodiomycetes aangemeld. Dit sluit in die heuning -sampioen -Armillaria mellea (geïllustreer in figuur 3), die gewone Mycena -Mycena galericulata (geïllustreer in figuur 1), die Jack O 'Latern -Ophalalotus olearius (in figuur 4), Panus styticus en Clitocybe illudens.
Die vraag of bioluminescerende sampioene giftig was, is aan die orde gestel in die gesprekke tussen my laboratoriumvennoot en myself. Na die bestudering van die literatuur en 'n sampioenveldgidsboek was dit duidelik dat daar geen verband was tussen die eetbaarheid van die sampioen en die bioluminescentie daarvan nie. Sommige sampioene, soos Armillaria mellea, die heuning -sampioen, word as uitstekend geëet. Terwyl die Jack O'Latern - Omphalalotus olearius as giftig gelys is en erge gastroïntestinale krampe veroorsaak het. Die eetbare meriete van die gewone Mycea was onbekend en terwyl Panus stypticus as giftig gelys is, is gevind dat dit 'n stollingsmiddel bevat en nuttig is om bloeding te stop (Lincoff 1981, Newton 1952 en Herring 1978). Aangesien dit slegs 'n veldgids vir Noord-Amerikaanse sampioene beskikbaar was, is slegs die Noord-Amerikaanse variëteite ondersoek. As al 42 spesies bioluminescerende basidiomycete by die soektog ingesluit is, is daar moontlik 'n moontlike verband gevind.

Bioluminescentie -navorsingsaansoeke

Luminescentie het 'n unieke voordeel vir wetenskaplike studies, aangesien dit die enigste biochemiese proses is wat 'n sigbare indikator het as wat gemeet kan word. Die lig wat in die bioluminescerende reaksie afgegee word, kan nou akkuraat gemeet word met behulp van 'n luminometer. Hierdie vermoë om klein hoeveelhede lig maklik en akkuraat op te spoor, het gelei tot die gebruik van die bioluminescerende reaksie in wetenskaplike navorsing wat biologiese prosestoepassings behels. Die volgende is net 'n paar toepassings, waarvan sommige slegs in die laaste paar jaar ontwikkel is (Johnson en Yata 1966, en Patel 1997). Die volgende is twee voorbeelde waarvan onlangs ontwikkel is.
Die tuberkulose toets
Dit is lankal 'n probleem om tuberkulose te toets, aangesien dit baie lank neem voordat die spesie groei tot 'n grootte wat deur moderne medisyne waargeneem kan word. Tipies kan dit tot drie maande neem om 'n kultuur van Mycobacterium tuberculosis groot genoeg te laat groei om die stam wat 'n spesifieke pasiënt het te bepaal. Dit is natuurlik 'n probleem, want die pasiënt kan dikwels nie wag vir die diagnose nie en moet medisyne kry waarteen sy stam weerstand kan bied. Dit is verder ingewikkeld omdat daar 11 middels is wat gebruik word om TB te bestry, en om die regte een te kies voordat die stam bepaal word, het 'n 1/11 kans op sukses. Onlangs is 'n manier gevind om bioluminescentie in die TB -toetse op te neem, wat die diagnosetyd skerp tot 2 dae kan verminder. Die tegniek behels die invoeging van die geen wat vir lusiferase kodeer in die genoom van die TB-bakteriekultuur wat van die pasiënt geneem is. Die geen word deur 'n virale vektor ingebring en sodra dit opgeneem is, produseer die bakterieë die luciferase. Wanneer luciferin i
s bygevoeg tot die kultuur, word lig geproduseer. Aangesien minder as 10 000 bakterieë nodig is om genoeg luciferase te kodeer om 'n waarneembare hoeveelheid lig te produseer, word die kultuurtyd verminder tot slegs 2-3 dae. Aangesien die lusiferase-luciferienreaksie ATP vereis, kan die weerstand van die stam in die kultuur getoets word deur 'n geneesmiddel by te voeg en vir lig te kyk. Dit sal aandui watter van die 11 medisyne terapie effektief sal wees in die behandeling van tuberkulose. Deur die tyd wat nodig is om die regte medisyne vir die behandeling voor te skryf, te verminder, sal hierdie toepassing van bioluminescentie eendag gereed wees om sommige van die 3 miljoen wat jaarliks ​​deur tuberkulose gedood word, te red (Patel 1997).
Biosensors
Bioluminescentie word ook al etlike jare gebruik as 'n biosensor vir baie stowwe. Soos gesien in die voorbeeld van tuberkulose, kan bioluminescentie 'n sensor vir die teenwoordigheid van ATP gebruik word omdat ATP nodig is in die ligproduserende reaksie. Ander tegnieke is gebruik om ione van kwik en aluminium op te spoor, onder andere deur bakterieë te gebruik met ligte gene wat saamgevoeg is by hul ioonbestande regulone. Byvoorbeeld, as 'n bakterie wat weerstand teen Hg is in die teenwoordigheid van Hg is, sal die gene wat vir sy Hg-weerstand kodeer, geaktiveer word. Die aktivering van daardie geen sal ook die lusiferase-geen aktiveer wat daarmee saamgesmelt is, so die bakterieë sal luciferase produseer wanneer Hg ook al teenwoordig is. Deur luciferien by te voeg en te toets vir ligte produksie met 'n luminometer, word die teenwoordigheid van die metaalioon in die oplossing onthul. Hierdie tegniek is veral nuttig om te toets vir besoedelende stowwe in die watertoevoer wanneer konsentrasies te laag is om op konvensionele wyse op te spoor (Herring 1978, en Patel 1997).
Ander gebiede wat tans bioluminessensie in wetenskaplike navorsing gebruik, sluit in evolusie, ekologie, histologie, fisiologie, biochemie, biomediese toepassings, sitologie en taksonomie. Elke gebied waarby 'n lewende organisme betrokke is, kan bioluminescerende tegnologie as 'n biosensor gebruik.

Die gloeilamp wat deur bioluminescerende swamme opgewek word, het eeue lank belangstelling by filosowe en wetenskaplikes gegenereer en die wetenskap bevoordeel deur probleme op te los -hoe werk dit en het dit 'n praktiese toepassing? Die antwoorde op daardie basiese probleme wat vandag ontdek is en tot voordeel van die mensdom gelei het, deur ons lewens te verbeter, veral wat dit se biomediese toepassings betref. Verdere navorsing met bioluminescerende swamme word wêreldwyd gedoen en sluit Noord -Amerika, Japan en Europa in. Toekomstige navorsing kan lei tot nuwe ontdekkings en gebruike van bioluminescerende organismes soos die Fungi -groep.

Burr, G.J. 1985. Chemiluminescence en Bioluminescence. Marcel Dekker, Inc. Nuut
York, VSA

Johnson, F. H. en Yata, H. 1966. Bioluminescentie aan die gang. Princton, nuut
Jersey, Princeton University Press.


Laboratoriummetodes in selbiologie

5.2 Stap 2—Substraat Luciferin Administrasie

OorsigSubstraat luciferien moet minute voor BLI aan muise toegedien word.
DuurDit duur tot 15 minute.
Prosedure
2.1Nadat die muis ten volle verdoof is, spuit die muis intra-peritoneaal (ip) met die luciferien-oplossing (40 mg/ml in PBS) teen 'n dosis van 200 mg/kg liggaamsgewig 5-15 minute voor beelding.
VersigtigAs meer as een muis gelyktydig afgebeeld word, moet luciferien -inspuiting vir elke muis so vinnig as moontlik uitgevoer word, sodat alle muise ongeveer dieselfde tyd met die substraat toegedien word.
Versigtige en konsekwente luciferien-inspuiting in terme van die hoeveelheid en die plek van inspuiting word vereis in BLI-ontledings oor tyd.
WenkeVir die inspuiting moet muise handmatig vasgemaak word, met die buik na bo. Naalde moet vlakkant na bo en effens skuins wees as hulle die buikholte binnegaan. Die punt van die naald moet net deur die buikwand (ongeveer 4-5 mm) van die dier se linkeronderbuikkwadrant dring.
Die liggevoelige seinintensiteite neem toe met groter hoeveelhede substraat luciferien wat binne 'n sekere reeks toegedien word. Oor die algemeen is ten minste 100 μg/g liggaamsgewig van luciferien nodig om 'n beduidende hoeveelheid emissie van luminessensie te genereer vanaf die lewerstreek waar die luciferase-uitdrukkingselle is. Luciferien-toediening teen 100-400 μg/g liggaamsgewig lei tot 'n dosisafhanklike toename in luminessensie wat uitgestraal word (Chen & Kaufman, 2004).
Die grootte van bioluminessensie wat gemeet is, het gewissel met tyd na die inspuiting van luciferien. 'N Kinetiese studie van Luciferin moet vir elke diermodel uitgevoer word om die piekseintyd na toediening van Luciferin te bepaal. Byvoorbeeld, luminescentie kan in die lewergebied vanaf die dorsale kant van die muis so vroeg as 2 minute na die toediening van luciferien opgespoor word. Die luminescentie -intensiteit bereik 'n hoogtepunt van ongeveer 10 minute, verminder binne die eerste uur vinnig en verdwyn heeltemal met 3-4 uur.

Sien Fig. 3 vir die vloeidiagram van Stap 1 en 2.

FIGUUR 3. Vloeidiagram van protokol Stap 1 en 2.


Wie gloei?

Daar is bekend dat minstens 1 500 spesies visse bioluminescent is, insluitend haaie en draakvisse - en wetenskaplikes ontdek gereeld nuwes.

Onder die mees ikoniese is diepseevisse soos die hengelvis, waarvan die wyfies 'n lokmiddel van gloeiende vleis dra wat as aas dien vir enige prooi wat naby genoeg is om gegryp te word.

Hawaiian bobtail inkvis word op deur middel van bioluminescerende bakterieë wat in een van hul organe woon, en die lig kamoefleer hulle teen maanlig op die oppervlak en elimineer hul skaduwee, en verdoesel hulle van roofdiere. (Lees oor die natuur se lewende vuurwerke—diere wat bioluminesceer.)

As u 'n kamjellie met 'n lig skyn, kan lig wat deur die bewegende harte gebreek word, as 'n bioluminescentie beskou word.

Hul ware bioluminessensie kan nie in die lig gesien word nie, sê mariene bioloog Edie Widder, stigter van die Ocean Research and Conservation Association. Hul werklike bioluminessensie kom van ligproduserende chemikalieë wat verskillende spesies op verskillende maniere gebruik, soos om die chemikalieë te flits om roofdiere af te skrik.

Dan is daar die kleinste haai ter wêreld, die sesduim lanternshaai, wat sy eie goedere adverteer via fotofore (of ligproduserende organe) wat om sy voortplantingsorgane gegroepeer is.

Mannetjies en wyfies "span met hul goed, en wys waar hul goed is," sê George Burgess, voorheen van die Florida Museum of Natural History. Elke spesie het 'n spesifieke ligpatroon, 'soos 'n naamplaatjie', sodat hulle maats in die donker oseaandieptes kan vind, voeg hy by.


Waarom diere aan die brand steek

Voeding

Die geel bioluminescerende ring op hierdie vroulike seekat kan maats lok. (Michael Vecchione/NOAA)

Diere kan hul lig gebruik om prooi na hul mond te lok, of selfs om die omgewing daar naby te verlig, sodat hulle hul volgende maaltyd 'n bietjie beter kan sien. Soms kan die prooi wat gelok word, klein plankton wees, soos dié wat aangetrokke is tot die bioluminescentie rondom die bek van die Stauroteuthis seekat. Maar die lig kan ook groter diere flous. Walvisse en inkvis word aangetrokke tot die gloeiende onderkant van die koeksisterhaai, wat 'n hap uit die diere gryp sodra hulle naby is. Die diepzeehengelvis lok prooi reguit na sy mond met 'n hangende bioluminescerende barbel, verlig deur gloeiende bakterieë.

Lokmaats

Suliede vuurwurms kan hoofsaaklik op die seebodem aangetref word, maar hulle skakel oor na 'n planktoniese vorm om voort te plant, waar die wyfies bioluminescerende seine gebruik. (© 2010 Moorea Biocode)

Diere hoef nie net kos te soek en aan te trek nie, maar bioluminescentie kan ook 'n rol speel om 'n maat te lok. Die manlike Caribbean ostracod, 'n piepklein skaaldier, gebruik bioluminescerende seine op sy bolippe om wyfies te lok. Syllid vuurwurms leef op die seebodem, maar met die aanbreek van die volmaan beweeg hulle na die oop water waar die wyfies van sommige spesies, soos Odontosyllis enopla, gebruik bioluminescentie om mannetjies aan te trek terwyl hulle in sirkels rondbeweeg. Hierdie gloeiende wurms het moontlik selfs gehelp om Christopher Columbus in die nuwe wêreld te verwelkom. Daar word gemeen dat hengelaars, flitsligvisse en ponievisse almal verlig om die verskil tussen mannetjies en wyfies te onderskei, of andersins kommunikeer om te paar.

Beskerming

Hierdie vis gebruik teenverligting om te verdwyn. Links val dit op teen die lig daarbo. Regs, met bioluminescerende strukture verlig, pas dit in. (Smithsonian Institution)

Diere gebruik dikwels 'n sterk flits van bioluminescentie om 'n dreigende roofdier af te skrik. Die helder sein kan die roofdier skrik en aflei en verwarring veroorsaak oor die plek van die teiken. Van klein copepods tot die groter vampier-inkvisse, hierdie taktiek kan baie nuttig wees in die diepsee. Die "groen bomwerper" wurm (Swima bombiviridis) en vier ander soortgelyke wurmspesies uit die polychaete-familie stel 'n bioluminescerende "bom" uit hul liggaam vry wanneer hulle op 'n nadelige manier is. Hierdie diepseewurms leef naby die seebodem en is eers in 2009. Ontdek sommige diere, soos die diepsee inkvis Octopoteuthis deletron maak selfs hul bioluminescerende arms los, wat aan hul roofdiere vashou en waarskynlik hul aandag aflei. Al hierdie rumoer kan ook as 'n diefwering dien, wat groter roofdiere na die toneel lok. In sekere gevalle kry 'n roofdier dalk net 'n byt van hul prooi, en die bewyse sal aanhou gloei van binne sy maag.

Bioluminescentie kan ook gebruik word om kamoeflering te help met die gebruik van teenverligting. Fotofore aan die onderkant van 'n dier kan ooreenstem met die dowwe lig wat van die oppervlak af kom, wat dit moeiliker maak vir roofdiere wat van onder na prooi soek om te sien waarna hulle soek.


Bioluminesensie en mense

Deur die geskiedenis heen het mense vernuftige maniere bedink om bioluminessensie tot hul voordeel te gebruik. Gloeiende swamme is byvoorbeeld deur stamme gebruik om die pad deur digte oerwoude te verlig, terwyl vuurvliegies deur mynwerkers as 'n vroeë veiligheidslamp gebruik is. Miskien geïnspireer deur hierdie toepassings, wend navorsers hulle nou weer tot bioluminescentie as 'n moontlike vorm van groen energie. In die nie so verre toekoms kan ons tradisionele straatlampe deur gloeiende bome en geboue vervang word.

Vandag, bioluminesensie van Aliivibrio fischeri word gebruik om watergiftigheid te monitor. As dit blootgestel word aan besoedeling, neem die liguitset van die bakteriekultuur af, wat dui op die moontlike teenwoordigheid van 'n kontaminant.

Bioluminescentie het selfs 'n rol gespeel in oorlogvoering. Bioluminescerende organismes het gehelp om die laaste Duitse U-boot te sink tydens die Eerste Wêreldoorlog, in November 1918. Na wat verneem word, het die duikboot deur 'n bioluminescerende bloei geseil en 'n gloeiende wakker gelaat wat deur die bondgenote gevolg is.

Dit het ook 'n beskermende rol gehad. In die nasleep van een van die bloedigste gevegte van die Amerikaanse burgeroorlog, by Shiloh, het die wonde van sommige van die beseerde soldate begin gloei. Hierdie gloeiende wonde het vinniger en skooner genees, en die verskynsel het bekend geword as 'Angel's Glow'. Die gloed is waarskynlik vervaardig deur Photorhabdus luminescens, 'n grondbakterie wat antimikrobiese verbindings vrystel en sodoende die soldate teen infeksie beskerm.

Dit is miskien die mediese toepassings van bioluminescentie wat die meeste opwinding gelok het. In 2008 is die Nobelprys vir chemie toegeken vir die ontdekking en ontwikkeling van groen fluoresserende proteïene (GFP). GFP word natuurlik in die kristaljellie aangetref Aequorea victoria, wat, anders as die bioluminescentiemeganisme wat tot dusver beskryf is, fluoresserend is. Dit beteken dat die proteïen deur blou lig opgewek moet word voordat dit sy kenmerkende groen lig uitstraal. Sedert sy ontdekking is GFP geneties ingevoeg in verskillende seltipes en selfs diere om lig te werp op belangrike aspekte van selbiologie en dinamika van siektes.

Die evolusionêre proses wat in bioluminesensie uitgeloop het, het dalk miljoene jare geneem, maar die wetenskaplike toepassings daarvan gaan voort om ons moderne wêreld te revolusioneer. Onthou dit die volgende keer as jy die see sien skitter.


See vonkel

Een voorbeeld van bioluminescerende alge is 'n dinoflagellaat genoem Noctiluca, of seevonkel. Noctiluca is so klein dat duisende van hulle in 'n enkele druppel water kan inpas.

Noctiluca deur 'n mikroskoop bekyk. Beeld deur Maria Antónia Sampayo

Op plekke soos Bioluminescent Bay in Puerto Rico, 'n eiland in die Karibiese Eilande, is die seevonkel so vol dat die water snags neonblou skitter as jy jou hand hardloop of 'n kajakpaddel daardeur loop!

Wetenskaplikes dink so Noctiluca flitse om sy roofdiere te laat skrik of weg te skrik. Die bioluminescentie kan ook groter roofdiere lok om te eet Die van Noctiluca roofdiere, net soos 'n diefwering wat die polisie waarsku om na iemand se huis te kom om 'n rower te vang.

Alhoewel sommige Noctiluca Dit is groot genoeg om sonder 'n mikroskoop gesien te word, maar die meeste is te klein om te sien, tensy u die flits sien. Sommige klein diereplankton (diereplankton) kan egter ook in die donker gloei, en hulle is groot genoeg om met die blote oog te sien.


Vreemde! Mense gloei in sigbare lig

Die menslike liggaam gloei letterlik en straal in baie klein hoeveelhede sigbaar uit op vlakke wat met die dag styg en daal, onthul wetenskaplikes nou.

Navorsing uit die verlede het getoon dat die liggaam sigbare lig uitstraal, 1000 keer minder intens as die vlakke waarop ons blote oë sensitief is. Feitlik alle lewende wesens straal baie swak lig uit, wat vermoedelik 'n byproduk is van biochemiese reaksies wat vrye radikale insluit.

(Hierdie sigbare lig verskil van infrarooi straling en 'n onsigbare vorm van lig en mdash wat afkomstig is van liggaamshitte.)

Om meer oor hierdie flou sigbare lig te wete te kom, het wetenskaplikes in Japan buitengewoon sensitiewe kameras gebruik wat in staat was om enkele fotone op te spoor. Vyf gesonde manlike vrywilligers in hul 20's is kaalbors voor die kameras in algehele donkerte in ligdigte kamers vir 20 minute elke drie uur van 10:00 tot 22:00 geplaas. vir drie dae.

Die navorsers het gevind dat die liggaamsgloei oor die dag gestyg en gedaal het, met sy laagste punt om 10:00 en sy hoogtepunt om 16:00, wat daarna geleidelik daal. Hierdie bevindinge dui daarop dat daar liguitstraling gekoppel is aan ons liggaamshorlosies, heel waarskynlik as gevolg van hoe ons metaboliese ritmes deur die loop van die dag fluktueer.

Gesigte gloei meer as die res van die liggaam. Dit kan wees omdat gesigte meer bruin is as die res van die liggaam, aangesien hulle meer blootstelling aan sonlig kry en die pigment agter velkleur, melanien, het fluoresserende komponente wat die liggaam se minuskule ligproduksie kan verbeter.

Aangesien hierdie swak lig verband hou met die metabolisme van die liggaam, dui hierdie bevinding daarop dat kameras wat die swak emissies kan opspoor, mediese toestande kan opspoor, sê navorser Hitoshi Okamura, 'n sirkadiese bioloog aan die Kyoto -universiteit in Japan.

'As u die glinster van die liggaam se oppervlak kan sien, kan u die toestand van die hele liggaam sien', sê navorser Masaki Kobayashi, 'n spesialis in biomediese fotonika by die Tohoku Institute of Technology in Sendai, Japan.

Die wetenskaplikes het hul bevindings aanlyn 16 Julie in die joernaal PLoS ONE uiteengesit.


Bioluminescentie vrae en antwoorde

Hier is antwoorde op 10 algemene vrae oor bioluminescentie:

Wat is 'n paar van die verskillende diere wat lig maak?

Alhoewel bioluminessensie as skaars beskou kan word soos gemeet aan die totale aantal spesies, is dit uiters uiteenlopend in sy voorkoms. Daar is baie verskillende soorte organismes wat bioluminescentie produseer, van mikroskopiese selle tot visse en selfs 'n paar haaie. Maar daar is geen luminescerende diere in hoër gewerwelde diere bo die visse nie. Oor die algemeen verteenwoordig luminescerende organismes die meeste van die belangrikste filums.

Kom ons gaan deur 'n kort lys van groepe wat luminescerende lede het (skaars beteken dat slegs 'n paar spesies luminescent is). Die mees algemene word met 'n asterisk (*) uitgelig:

  • Enkelsellige organismes:
  • *Bakterieë
  • Radiolaria
  • *Dinoflagellate
  • Swamme
  • *Coelenterates en Ctenophores (jellievisse): sifonofore, medusae, sagte koraal, (kamjellies)
  • Gastropods: naaktsies (skaars), mossels (skaars), *inkvisse, seekat (skaars)
  • Annelids (wurms): *polychaetes (harewurms), erdwurms
  • *Mariene skaaldiere: mysiede (skaars), copepode, ostracods (vuurvlieë), amfipode, kril, garnale
  • Insekte: *kewers (vuurvliegies, gloeiwurms), vlieë (skaars), duisendpote (skaars), duisendpote (skaars)
  • Echinoderms :, robbe, seestertjies, *brossterre, seekomkommers
  • *Tunikate: pirosome, larwes
  • Haaie (skaars)
  • *Visse en baie verskillende soorte

Waarom is so baie diere in die see bioluminescerend?

Probably bioluminescence originated in the oceans based on the chemical structures of luciferins and luciferases, bioluminescence may have independently evolved several dozen times.

Light emission is functionally important only if it is detected by other organisms. There are several reasons why bioluminescence is an effective means of communication in the ocean.

  • First, in a large part of the ocean the transmitted sunlight is dim or absent, so bioluminescence becomes an alternative way to communicate using light.
  • Second, the volume of habitat where bioluminescence is effective is vast, allowing natural selection to take place in a huge ecological context.
  • Third, in most of the ocean there is no concealment, so animals “hide in the wide open.”

Some of the most common functions of bioluminescence in the ocean are for defense against predators or to find or attract prey. In the deep ocean, where sunlight is dim or absent, more than 90% of the animals are luminescent.

Did you know that a small luminescent deep-sea fish called the bristlemouth lightfish is considered the most abundant vertebrate on the planet?

Are bioluminescent animals found only in the ocean?

No. There are luminescent land animals, but they are relatively rare compared to those in the ocean. If you live east of the U.S. continental divide you may be familiar with the dusk displays of fireflies during the summer.

There are so-called railroad worms in South and Central America, which are actually beetle larvae. Their name comes from the rows of green and red lights coming from each body segment. Some mushrooms glow, as does a land snail from Malaysia, and some earthworms, millipedes, centipedes, and nematodes.

With the exception of one animal related to a clam, there are no luminescent freshwater animals.

So in general bioluminescence on land and in freshwater is rare compared to its occurrence in the ocean. We can only guess at why luminescence does not occur in freshwater environments. There are freshwater habitats with low light levels like in the deep sea but with no bioluminescence. Perhaps there is a chemical requirement that is missing? It is easier to study something that exists than something that doesn’t, so we know much more about why there is bioluminescence in the ocean than why there isn’t bioluminescence in lakes and rivers.

Is the glowworm the same as a firefly?

Glowworms are not worms, but they do glow. Glowworms are actually fly larvae, and they live in caves such as Waitomo Cave in New Zealand. Their glowing attracts insects which get stuck in mucous threads hanging from the ceiling and are then eaten. So in this case, the glowing acts as a lure to attract prey.

What is the function of bioluminescence?

Bioluminescence is important only if it is detected by other organisms. While there are different functions of light emission, and animals can use the light for more than one function, the uses of bioluminescence can be grouped there are several main types:

  • Finding or attracting prey
    In the dark ocean, dim glowing can be used to attract prey.Fish such as the anglerfish use a light organ filled with bacteria that dangles from their forehead. Prey are attracted to the light in the same way that a fisherman might use a glowing lure for night fishing. When the unlucky prey gets near the anglerfish it is engulfed whole. Some fish use bioluminescence as a flashlight, which is how flashlight fish got their name. They use light, produced by symbiotic bacteria living in an organ below their eyes, to light up potential prey. On land, the glow of glowworms living in caves serves to attract insect prey, which get snared in the glowworms’ sticky mucous threads.Another example is the glow of fungi, which attracts insects not as prey but as a means of dispersing the fungal spores.
  • Defense against predators.
    Bioluminescence can serve as a decoy.Some squid and shrimp produce a luminescent glowing cloud similar in function to the ink cloud of squid in daylight. When attacked by a predator, scaleworms and brittlestars sacrifice a part of the body that continues to flash as the animal makes its escape. Other animals living in ocean depths where the sunlight is very dim use bioluminescence to camouflage themselves. Their bioluminescence matches the color and brightness of the dim sunlight, and is called luminescent countershading, because it fills in their shadow and makes it harder for them to be detected by predators. Many small plankton use flashes of light to startle their predators in an attempt to interrupt their feeding.
  • Communication.
    The best known example is the bioluminescence of fireflies, where there is an exchange of flashes between males and females. Females respond to the flashes of flying males, with the eventual result that the male approaches the female for the purpose of mating. To avoid confusion between members of different types of fireflies, the signals of each species are coded in a unique temporal sequence of flashing. Some marine animals such as polychates (bristle worms) use bioluminescence during mating swarms, where the males will attract females to them. In others such as ostracods (firefleas), males flash in a sequence as they swim to attract females.

Do all jellyfish make light? What is the function of jellyfish bioluminescence?

It is estimated that about 50% of jellyfish are bioluminescent. There are many different types represented, including siphonophores (related to the Portuguese man-o-war), medusae, sea pens and other soft corals, and ctenophores (comb jellies). The greatest diversity of luminescent jellyfish occurs in the deep sea, where just about every kind of jellyfish is luminescent. Most jellyfish bioluminescence is used for defense against predators. Jellyfish such as comb jellies produce bright flashes to startle a predator, others such as siphonophores can produce a chain of light or release thousands of glowing particles into the water as a mimic of small plankton to confuse the predator. Others produce a glowing slime that can stick to a potential predator and make it vulnerable to its predators. Some jellyfish can release their tentacles as glowing decoys. So you see that there are many strategies for using bioluminescence by jellyfish.

Some of the most amazing deep-sea jellyfish are the comb jellies, which can get as large as a basketball, and are in some cases so fragile that they are almost impossible to collect intact.

Also spectacular are the siphonophores, some of which can reach several meters in length. Siphonophores deploy many tentacles like a gill net casting for small fish.

How do animals use chemistry to make light?

All bioluminescence comes from energy released from a chemical reaction. This is very different from other sources of light, such as from the sun or a light bulb, where the energy comes from heat. In a luminescent reaction, two types of chemicals, called luciferin and luciferase, combine together. The luciferase acts as an enzyme, allowing the luciferin to release energy as it is oxidized. The color of the light depends on the chemical structures of the chemicals. There are more than a dozen known chemical luminescent systems, indicating that bioluminescence evolved independently in different groups of organisms. One type of luciferin is called coelenterazine, found in jellyfish, shrimp, and fish. Dinoflagellates and krill share another class of unique luciferins, while ostracods (firefleas) and some fish have a completely different luciferin. The occurrence of identical luciferins for different types of organisms suggests a dietary source for some groups. Organisms such as bacteria and fireflies have unique luminescent chemistries. In many other groups the chemistry is still unknown. For more information on luminescent chemistry visit the Bioluminescence web site.

Does bioluminescence occur in just one color, or are there different colors? If so, how are the different colors produced?

Bioluminescence does come in different colors, from blue through red. The color is based on the chemistry, which involves a substrate molecule called luciferin, the source of energy that goes into light, and an enzyme called luciferase. In land animals such as fireflies and other beetles, the color is most commonly green or yellow, and sometimes red. In the ocean, though, bioluminescence is mostly blue-green or green. This is because all colors of light do not transmit equally through ocean water, so if the purpose of bioluminescence is to provide a signal that is detected by other organisms, then it is important that the light be transmitted through seawater and not absorbed or scattered. Blue-green light transmits best through seawater, so it is no surprise that this is the most common color of bioluminescence in the ocean.

There are some exceptions to the blue-green/green color rule for ocean bioluminescence. Some worms make yellow light, and a deep-sea fish called the black loosejaw produce red light in addition to blue. We believe the red light functions as an invisible searchlight of sorts, because most animals in the ocean cannot see red light, while the eyes of the black loosejaw are red sensitive. Thus it can use its red light to find prey while the prey wouldn’t even know they are being lit up!

What is a photon?

Light is a form of electromagnetic radiation, like radio or microwaves. Some aspects of light, such as its frequency (color), are based on its wave properties. Light can also be considered a stream of particles called photons, each of which contains energy. This concept is called the quantum theory. So there are two ways to express how much light there is. One is based on energy (in units of watts, joules, or calories, and the other is based on the number of photons. For example, the wavelength of green light is less than 1 millionth of an inch, and the energy of one photon of green light is equivalent to 1 million billionth of a calorie! Even though photons are particles, they are particles of energy and are different from particles in a cell such as molecules.

A typical dinoflagellate flash of light contains about 100 million photons and lasts about a tenth of a second.

Through gene splicing, would any species of plants or animals stand to benefit from an artificially induced bioluminescence capability?

All cells have the ability to produce ultra-low levels of light due to oxidation of organic molecules such as proteins, nucleic acids, etc. Through a very long process of natural selection, the organisms we call bioluminescent have developed the ability to enhance light production through physiological, molecular, anatomical, and behavioral adaptations. All this because the bioluminescence imparts an important ecological advantage to the organism. It is the ecological context that provides the driving force for natural selection.

In order for an organism to use bioluminescence that has been artificially induced, several criteria need to be met: