Hoe lichten vuurvliegjes op?
Share
Het schemerende flikkeren van vuurvliegjes bevestigt dat de zomer is aangebroken. Als kind heb je misschien die zogenaamde blikseminsecten in je holle handen gevangen en door je vingers gekeken om ze te zien gloeien, je afvragend hoe die fascinerende vuurvliegjes licht produceren.
Bioluminescentie bij vuurvliegjes
Vuurvliegjes creëren licht op dezelfde manier als hoe een glowstick werkt. Het licht is het gevolg van een chemische reactie of chemiluminescentie. Wanneer een lichtproducerende chemische reactie optreedt in een levend organisme, noemen wetenschappers deze eigenschap bioluminescentie. De meeste bioluminescente organismen leven in mariene omgevingen, maar vuurvliegjes behoren tot de terrestrische wezens die in staat zijn om licht te produceren.
Als je goed kijkt naar een volwassen vuurvlieg, zie je dat de laatste twee of drie buiksegmenten er anders uitzien dan de andere. Deze segmenten omvatten het lichtproducerende orgaan, een efficiënte structuur die licht produceert zonder warmte-energie te verliezen. Als je ooit een gloeilamp hebt aangeraakt nadat deze een paar minuten aan is geweest, weet je dat hij heet is. Als het lichtorgel van de vuurvlieg vergelijkbare hitte zou uitzenden, zou het insect een knapperig einde hebben.
Luciferase maakt ze gloeien
In vuurvliegjes hangt de chemische reactie waardoor ze gloeien af van een enzym dat luciferase wordt genoemd. Laat u niet misleiden door de naam; dit enzym is geen werk van de duivel. Lucifer komt uit het Latijn Lucis, betekenis licht, en ferre, zin om te dragen. luciferase is letterlijk het enzym dat licht brengt.
Firefly bioluminescentie vereist de aanwezigheid van calcium, adenosinetrifosfaat, de chemische luciferan en het enzym luciferase in het lichtorgaan. Wanneer zuurstof in deze combinatie van chemische ingrediënten wordt geïntroduceerd, veroorzaakt dit een reactie die licht produceert.
Wetenschappers hebben onlangs ontdekt dat stikstofoxide een belangrijke rol speelt bij het binnendringen van zuurstof in het lichtorgaan van de vuurvlieg en het initiëren van de reactie. Bij afwezigheid van stikstofoxide binden zuurstofmoleculen aan de mitochondriën op het oppervlak van de lichte orgaancellen en kunnen ze het orgaan niet binnenkomen om de reactie te activeren. Er kan dus geen licht worden geproduceerd. Indien aanwezig bindt stikstofoxide in plaats daarvan aan de mitochondriën, waardoor de zuurstof het orgaan binnendringt, combineert met de andere chemicaliën en licht genereert.
De bioluminescentie is niet alleen soortmarkering voor partneraantrekkelijkheid, maar is ook een signaal voor de roofdieren van vuurvliegjes, zoals vleermuizen, dat ze bitter gaan proeven. In een studie gepubliceerd in het augustusnummer van het tijdschrift Wetenschap gaat vooruit, onderzoekers ontdekten dat vleermuizen minder vuurvliegjes aten toen de vuurvliegjes gloeiden.
Variaties op de manieren Vuurvliegjes Flash
Lichtproducerende vuurvliegjes flitsen in een patroon en kleur die uniek is voor hun soort, en deze flitspatronen kunnen worden gebruikt om ze te identificeren. Het leren herkennen van de vuurvliegensoort in uw omgeving vereist kennis van de lengte, het aantal en het ritme van hun flitsen, het tijdsinterval tussen hun flitsen, de kleur van het licht dat ze produceren, hun favoriete vluchtpatronen en de tijd van de nacht wanneer ze meestal flitsen.
De snelheid van het flitspatroon van een vuurvlieg wordt geregeld door de afgifte van ATP tijdens de chemische reactie. De kleur (of frequentie) van het geproduceerde licht wordt waarschijnlijk beïnvloed door de pH. De flitssnelheid van een vuurvlieg hangt ook af van de temperatuur. Lagere temperaturen resulteren in lagere flitssnelheden.
Zelfs als je goed thuis bent in de flitspatronen voor vuurvliegjes in je omgeving, moet je bedacht zijn op mogelijke navolgers die proberen hun mede-vuurvliegjes voor de gek te houden. Vrouwtjes met vuurvliegjes staan bekend om hun vermogen om de flitspatronen van andere soorten na te bootsen, een truc die ze gebruiken om nietsvermoedende mannen dichterbij te lokken, zodat ze een eenvoudige maaltijd kunnen scoren. Om niet te overtreffen, kunnen sommige mannelijke vuurvliegjes ook de flitspatronen van andere soorten kopiëren.
Luciferase in biomedisch onderzoek
Luciferase is een waardevol enzym voor biomedisch onderzoek, met name als marker voor genexpressie. Onderzoekers kunnen letterlijk een gen aan het werk zien of de aanwezigheid van een bacterie wanneer de luciferase wordt getagd. Luciferase wordt veel gebruikt om voedselbesmetting door bacteriën te helpen identificeren.
Vanwege zijn waarde als een onderzoeksinstrument, is luciferase erg in trek bij laboratoria, en de commerciële oogst van levende vuurvliegjes had in sommige gebieden een negatieve invloed op de vuurvliegpopulaties. Wetenschappers hebben echter met succes het luciferase-gen van een vuurvliegsoort gekloond, Photinus pyralis, in 1985, waardoor grootschalige productie van synthetische luciferase mogelijk is.
Helaas halen sommige chemische bedrijven nog steeds luciferase uit vuurvliegjes in plaats van de synthetische versie te produceren en verkopen. Dit heeft effectief een premie op de hoofden van vuurvliegjes in sommige regio's, waar mensen worden aangemoedigd om ze te verzamelen door duizenden tijdens de piek van hun zomer paartijd.
In een enkele county in Tennessee in 2008, wilden mensen graag de vraag van een bedrijf naar vuurvliegjes verzilveren en ongeveer 40.000 mannen bevriezen. Computermodellering door één onderzoeksteam suggereert dat dit oogstniveau voor een dergelijke vuurvliegpopulatie onhoudbaar kan zijn. Met de beschikbaarheid van synthetische luciferase vandaag, zijn dergelijke oogsten van vuurvliegjes voor winst volledig onnodig.
bronnen
- Capinera, John L. Encyclopedia of Entomology. Springer, 2008.
- "Firefly horloge." Museum of Science, Boston.
- "Hoe en waarom lichten vuurvliegjes op?" Wetenschappelijke Amerikaan, 5 september 2005.
- "Vuurvliegjes lichten op om vrienden aan te trekken, maar ook om roofdieren af te schrikken." Amerikaanse vereniging voor de vooruitgang van de wetenschap, 21 augustus 2018.
- Lee, John. "Basic Bioluminescence." Afdeling Biochemie en Moleculaire Biologie, Universiteit van Georgia.
- "Modelleringseffecten van oogst op Firefly-populatiepersistentie," Ecologische modellering, 2013.
