Teka-teki Alam: Bioluminescence

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-16 16:08

Bioluminescence adalah kemampuan organisme hidup untuk bersinar dengan protein mereka sendiri atau dengan bantuan bakteri simbiosis.

Saat ini, sekitar 800 spesies makhluk hidup bercahaya diketahui. Kebanyakan dari mereka hidup di laut. Ini adalah bakteri, alga flagellate uniseluler, radiolaria, jamur, planktonik dan coelenterata yang melekat, siphonophores, bulu laut, ctenophora, echinodermata, cacing, moluska, krustasea, ikan.

Beberapa hewan yang paling bersinar terang adalah pyrosom (kumbang api). Di antara spesies bioluminescent air tawar, moluska gastropoda Selandia Baru Latia neritoides dan sejumlah bakteri diketahui. Di antara organisme terestrial, spesies jamur tertentu, cacing tanah, siput, kaki seribu, dan serangga bersinar.

Pada tingkat mikrokosmos, pancaran yang sangat lemah, yang dapat kita catat hanya dengan bantuan fotometer yang sangat sensitif, adalah efek samping dari netralisasi spesies oksigen reaktif oleh enzim, yang diperlukan, tetapi beracun bagi sel, yang berpartisipasi dalam proses oksidasi glukosa. Mereka juga memasok energi yang dibutuhkan untuk chemiluminescence ke berbagai protein fosfor.

Salah satu lampu bakteri pertama - labu dengan biakan bakteri bercahaya - dihibur lebih dari seratus tahun yang lalu oleh ahli botani dan mikrobiologi Belanda Martin Beijerinck. Pada tahun 1935, lampu semacam itu bahkan menerangi aula besar Institut Kelautan Paris, dan selama perang, ahli mikrobiologi Soviet A. A. Egorova menggunakan bakteri bercahaya untuk tujuan biasa - untuk menerangi laboratorium.

Dan Anda dapat melakukan percobaan serupa: taruh ikan atau daging mentah di tempat yang hangat, tunggu satu atau dua minggu, dan kemudian muncul di malam hari (dari sisi angin!) Dan lihat apa yang terjadi - kemungkinan bakteri menghuni media nutrisi akan bersinar dengan cahaya dunia lain. Bakteri, terutama dari genus Photobacterium dan Vibrio, dan organisme planktonik multiseluler (foto) bersinar di laut, tetapi sumber cahaya utama adalah salah satu yang terbesar (hingga 3 mm!) Dan organisme uniseluler kompleks - alga flagellata malam hari lampu.

Pada bakteri, protein fosfor tersebar di seluruh sel; pada organisme eukariotik uniseluler (dengan inti sel), mereka terletak di vesikel yang dikelilingi oleh membran di sitoplasma. Pada hewan multiseluler, cahaya biasanya dipancarkan oleh sel khusus - fotosit, sering dikelompokkan ke dalam organ khusus - fotofor.

Fotosit coelenterata dan hewan primitif lainnya, serta fotofor yang bekerja karena fotobakteri simbiosis, bersinar terus menerus atau selama beberapa detik setelah stimulasi mekanis atau kimia. Pada hewan dengan sistem saraf yang kurang lebih berkembang, ia mengontrol kerja fotosit, menyalakan dan mematikannya sebagai respons terhadap rangsangan eksternal atau ketika lingkungan internal tubuh berubah.

Selain yang intraseluler, pada udang laut dalam, gurita, sotong dan cumi-cumi, ada jenis cahaya sekretori: campuran produk sekresi dari dua kelenjar yang berbeda dikeluarkan dari mantel atau dari bawah cangkang dan menyebar di air seperti awan yang bersinar, membutakan musuh.

Contoh klasik lain dari bioluminescence adalah pembusukan kayu. Bukan pohon itu sendiri yang bersinar di dalamnya, tetapi miselium jamur madu biasa.

Dan pada jamur yang lebih tinggi dari genus Mycena, juga tumbuh di pohon yang membusuk, tetapi di daerah hangat seperti Brasil dan Jepang, tubuh buah bersinar - apa yang biasanya disebut jamur (walaupun jamur, ragi, dan jamur lainnya juga jamur, hanya jamur yang lebih rendah). Salah satu spesies dari genus ini disebut M. lux-coeli, "mycene - cahaya surgawi."

Aplikasi bioluminesensi yang paling mencolok adalah penciptaan tanaman dan hewan transgenik. Tikus pertama dengan gen GFP yang dimasukkan ke dalam kromosom dibuat pada tahun 1998.

Protein bercahaya diperlukan untuk menyusun teknik untuk memasukkan gen asing ke dalam kromosom berbagai organisme: jika bersinar, itu berarti metodenya berhasil, Anda dapat menggunakannya untuk memasukkan gen target ke dalam genom. Ikan bercahaya pertama - ikan zebra transgenik (Brachydanio rerio) dan ikan beras medaka Jepang (Orizias latipes) - mulai dijual pada tahun 2003.

laut bercahaya

Mereka yang cukup beruntung untuk berenang di laut pada malam hari selama cahayanya akan mengingat pemandangan yang mempesona ini seumur hidup. Paling sering, penyebab cahaya adalah ganggang flagellata dari cahaya malam (Noctiluca). Dalam beberapa tahun, jumlah mereka meningkat sedemikian rupa sehingga seluruh laut bersinar. Jika Anda kurang beruntung dan menemukan diri Anda berada di tepi laut yang hangat pada waktu yang salah, cobalah menuangkan air laut ke dalam stoples dan tambahkan sedikit gula di sana.

Noctylist akan bereaksi terhadap ini dengan meningkatkan aktivitas protein luciferin. Kocok air dan kagumi cahaya kebiruan. Dan ketika Anda berhenti untuk mengagumi, Anda dapat mengingat bahwa Anda sedang melihat salah satu misteri alam yang belum terpecahkan: kurangnya kejelasan mekanisme evolusi munculnya kemampuan untuk bersinar di berbagai taksa dicatat dalam bab terpisah dari " The Origin of Species" oleh Darwin, dan sejak saat itu para ilmuwan belum mampu menjawab pertanyaan terang kebenaran ini.

Pendaran dapat berkembang pada organisme yang hidup dalam kondisi cahaya yang baik, berdasarkan senyawa pigmen yang melakukan fungsi pelindung cahaya.

Tetapi akumulasi bertahap suatu sifat - satu foton per detik, dua, sepuluh - baik untuk mereka dan kerabat malam dan laut dalam mereka tidak dapat mempengaruhi seleksi alam: cahaya yang lemah seperti itu tidak dirasakan bahkan oleh mata yang paling sensitif, dan penampilan mekanisme cahaya intens yang sudah jadi di lokasi telanjang juga terlihat mustahil. Dan bahkan fungsi cahaya di banyak spesies tetap tidak dapat dipahami.

Mengapa mereka bersinar?

Koloni bakteri dan jamur yang bersinar menarik serangga yang menyebarkan kuman, spora, atau miselium. Larva pemakan serangga dari nyamuk Selandia Baru Arachnocampa menenun jaring perangkap dan meneranginya dengan tubuhnya sendiri, menarik serangga.

Kilatan cahaya dapat menakuti pemangsa dari ubur-ubur, ubur-ubur sisir, dan makhluk tak berdaya dan lembut lainnya. Untuk tujuan yang sama, karang dan hewan kolonial lainnya yang tumbuh di air dangkal bersinar sebagai respons terhadap rangsangan mekanis, dan tetangga mereka, yang tidak disentuh siapa pun, juga mulai berkedip. Karang laut dalam mengubah cahaya dengan panjang gelombang pendek yang lemah yang mencapainya menjadi radiasi dengan panjang gelombang yang lebih panjang, mungkin untuk memungkinkan alga simbiosis yang menghuni jaringan mereka untuk berfotosintesis.

Pancing dengan bola lampu

Urutan anglerfish (Lophiiformes) adalah yang paling beragam (16 keluarga, lebih dari 70 genera dan lebih dari 225 spesies) dan, mungkin, yang paling menarik dari ikan laut dalam. (Banyak yang akrab dengan pemancing laut bukan dari buku teks zoologi, tetapi dari kartun "Finding Nemo").

Pemancing betina adalah pemangsa dengan mulut besar, gigi kuat, dan perut yang sangat buncit. Terkadang anglerfish mati ditemukan di permukaan laut, mencekik ikan lebih dari dua kali ukurannya: pemangsa tidak dapat melepaskannya karena struktur giginya. Sinar pertama sirip punggung berubah menjadi "pancing" (illicium) dengan "cacing" (eska) bercahaya di ujungnya. Ini adalah kelenjar berisi lendir yang mengandung bakteri bioluminescent. Karena perluasan dinding arteri yang memberi makan escu dengan darah, ikan dapat secara sewenang-wenang menyebabkan pendaran bakteri yang membutuhkan pasokan oksigen untuk ini, atau menghentikannya, mempersempit pembuluh darah.

Biasanya, pancaran terjadi dalam bentuk serangkaian kilatan, individu untuk setiap spesies. Illicium dalam spesies Ceratias holboelli mampu bergerak maju dan menarik ke dalam saluran khusus di bagian belakang. Memikat mangsanya, pemancing ini secara bertahap menggerakkan umpan bercahaya ke mulutnya hingga menelan mangsanya. Dan Galatheathauma axeli memiliki umpan tepat di mulut.

Lokasi fosfor dan bahkan sifat kedipan bintik-bintik bercahaya dapat berfungsi untuk komunikasi - misalnya, untuk menarik pasangan. Dan betina kunang-kunang Amerika Photuris versicolor, setelah kawin, mulai "mengalahkan kode Morse" betina dari spesies lain, menarik jantan mereka bukan untuk asmara, tetapi untuk tujuan gastronomi.

Di lepas pantai Jepang, pernikahan massal dirayakan oleh umitoharu (kunang-kunang laut) - kecil, panjang 1-2 mm, krustasea dari genus Cypridina - dan cumi-cumi Watasenia scintellans. Tubuh Vatazenia dengan panjang sekitar 10 cm, bersama dengan tentakel, dihiasi dengan mutiara fotofor dan menerangi area dengan diameter 25-30 cm - bayangkan seperti apa laut dengan seluruh kumpulan cumi-cumi ini!

Di banyak cephalopoda laut dalam, tubuhnya dicat dengan pola bintik-bintik cahaya berwarna-warni, dan fotofornya sangat kompleks, seperti lampu sorot yang hanya bersinar ke arah yang benar dengan reflektor dan lensa (terkadang ganda dan berwarna).

Banyak udang plankton laut dalam memiliki kemampuan bersinar. Di anggota badan, di sepanjang sisi dan di sisi perut tubuh, mereka memiliki hingga 150 fotofor, kadang-kadang ditutupi dengan lensa. Lokasi dan jumlah fotofor untuk setiap spesies sangat konstan dan dalam kegelapan kedalaman laut membantu jantan menemukan betina dan semuanya bersama-sama - untuk berkumpul dalam kawanan.