Bioluminescentie
Bioluminescentie is het vermogen van levende wezens om licht te produceren. Vaak gebeurt dit door symbiose. Hierbij bevat het grotere organisme, vaak in een speciaal orgaan, micro-organismen die het licht maken. Eukaryote protisten hebben speciale organellen, en sommige bacteriën produceren ook licht. Bioluminescentie is het resultaat van chemische processen, waarbij de geproduceerde energie als zichtbaar licht vrijkomt. Bioluminescentie is in de loop van de evolutie vele malen voorgekomen.
ATP (adenosinetriofosfaat), de biologische energiebron, reageert met luciferine met behulp van het enzym luciferase om een tussenliggend complex op te leveren. Dit complex combineert met zuurstof om een sterk chemiluminiserende (fel glanzende) verbinding te produceren.
De rol van Gamma Proteobacteriën bij de productie van licht wordt in detail besproken in naslagwerken. Het vermogen om licht te produceren is een uitbreiding van het normale metabolisme: alle chemische reacties produceren een paar fotonen. Zichtbaar licht wordt geproduceerd wanneer de fotonproductie toeneemt. In het geval van bacteriën was de oorspronkelijke functie van de reactie waarschijnlijk het ontgiften van overtollige zuurstof.
Vliegende en gloeiende Photinus pyralis, een vuurvliegje.
Omphalotus nidiformis
Voorbeeld van een bioluminescente paddenstoelsoort...
...gloeien met de lichten uit.
De oceanen
Bioluminescentie is vooral een marien fenomeen.
"Het is de overheersende lichtbron in het grootste deel van het bewoonbare volume van de aarde, de diepe oceaan. Bioluminescentie daarentegen is (op enkele uitzonderingen na) in zoet water in wezen afwezig, zelfs in het Baikalmeer".
Bioluminescentie komt in de zee voor op alle niveaus: plankton, pelagische en benthische organismen. Sommige planktonische groepen, zoals dinoflagellaten en ctenoforen (kamgeleien) gebruiken het in de meeste soorten. De meeste diepzeedieren gebruiken bioluminescentie in de een of andere vorm. Meestal hoort de mariene lichtemissie bij het blauwe en groene lichtspectrum, de golflengten die het gemakkelijkst door zeewater kunnen worden uitgezonden.
Functies van bioluminescentie
Voor een lijst, zie Biolum webpagina.
Tegenlichtcamouflage
Bij sommige pijlinktvissoorten wordt de bacteriële bioluminescentie gebruikt voor tegenverlichting, zodat het dier overeenkomt met het omgevingslicht van onderaf gezien. Bij deze dieren regelen de lichtorganen het contrast van deze verlichting om een optiminele matching te creëren. Meestal zijn deze lichtorganen gescheiden van het weefsel dat de bioluminescente bacteriën bevat.
Attractie
Bioluminescentie wordt gebruikt als lokmiddel om prooi aan te trekken door verschillende diepzeevissen zoals de zeeduivel. Een bungelend kunstaas op de kop van de vis trekt kleine dieren aan op opvallende afstand. Sommige vissen gebruiken echter een niet-bioluminescente plug.
De koekoekshaai gebruikt bioluminescentie voor camouflage, maar een kleine vlek op zijn onderbuik blijft donker en verschijnt als een kleine vis voor grote roofvissen zoals tonijn en makreel die eronder zwemmen. Wanneer deze vissen proberen de "kleine vissen" te verorberen, worden ze gebeten door de haai, die kleine cirkelvormige "koekjeskotter"-vormige brokjes vlees uit zijn gastheer gutst.
Dinoflagellaten hebben een interessante draai aan dit mechanisme. Wanneer een roofdier van plankton door beweging in het water wordt waargenomen, worden de dinoflagellaten uitgelicht. Dit trekt op zijn beurt nog grotere roofdieren aan die het roofdier van de dinoflagellate zullen verorberen.
Het aantrekken van partners is een belangrijke functie van bioluminescentie. Dit is te zien bij vuurvliegjes, die gebruik maken van periodieke flitsen in hun buik om paren aan te trekken in het voortplantingsseizoen. In het mariene milieu is dit alleen goed gedocumenteerd bij bepaalde kleine ostracod schaaldieren, maar het kan heel gewoon zijn.
Afstoting
Bepaalde pijlinktvissen en kleine schaaldieren gebruiken bioluminescentie zoals veel pijlinktvissen inkt gebruiken. Een wolk van luminescentie wordt uitgestoten, verwart of stoot een potentieel roofdier af terwijl de pijlinktvis of het schaaldier naar de veiligheid ontsnapt. Elke soort vuurvlieg heeft larven die gloeien om roofdieren af te weren.
Vrouwtje van Lampyris noctiluca, de glimworm.
Vuurvlieglarve
Biotechnologie
Bioluminescente organismen zijn een doelwit voor vele onderzoeksgebieden. Luciferase-systemen worden op grote schaal gebruikt op het gebied van gentechnologie. Ze worden ook gebruikt in biomedisch onderzoek, om sommige cellen een zichtbaar label te geven. Luciferine kan worden toegevoegd aan moleculen en cellen om ze zichtbaar te maken onder de microscoop. "Deze markt is nu ongeveer 20 miljard pond waard. Als je naar een ziekenhuis gaat en een bloedtest doet die virale proteïnen, kankerproteïnen, hormonen, vitaminen, bacteriële proteïnen, medicijnen meet, zal het vrijwel zeker deze techniek gebruiken".
De structuur van fotoforen, de lichtproducerende organen in bioluminescente organismen, worden door industriële ontwerpers onderzocht.
Artistieke weergave van bioluminescente Antarctische krill
Bioluminescente organismen
Dit is een lijst van organismen die een zichtbare bioluminescentie hebben:
Aardse organismen
Dieren:
- Geleedpotigen
- vuurvliegen
- klikkevers
- glimwormen
- spoorwegwormen
- bepaalde mycetofiele vliegen
- bepaalde duizendpoten, zoals Geophilus carpophagus.
- bepaalde miljoenpoten zoals Motyxia.
- een landweekdier (een tropische landslak)
- Quantula striata
- Annelids
- Schimmels - In totaal 71 soorten zijn bioluminescent, waaronder soorten Armillaria, Omphalotus, Mycena, Gerronema, Pleurotus.
- Champignons (zie Foxfire)
- Jack O'Lantern paddestoel (Omphalotus olearius)
- spookschimmel (Omphalotus nidiformis)
- Honing paddestoel
- Panellus stipticus
Vis
- Zeeduivel
- Cookie-cutter haai
- Zaklantaarnvis
- Goelpaling
- Lantaarnvis
- Marinebroedvissen
- Adelborstvissen
- Pineconefish
- Dwergvis
Vuurvliegjes
Ondanks hun naam zijn vuurvliegjes eigenlijk kevers die gebruik maken van een enzymatische reactie met een chemische verbinding genaamd luciferine om hun typische groenachtige knipperlicht te produceren. Naast het waarschuwen van roofdieren voor hun giftigheid, wordt gedacht dat het belangrijkste doel van hun knipperende buik is om partners aan te trekken.
Ongewervelde dieren op zee
- veel Cnidaria
- Zeehokken
- koralen
- Aequorea victoria, een kwal
- bepaalde Ctenoforen of "kamgeleien"
- bepaalde stekelhuidigen (bijv. Ophiurida)
- bepaalde schaaldieren
- ostracoden
- roeipootkreeften
- krill
- twee soorten chaetognaten
- bepaalde weekdieren
- bepaalde mosselen en andere tweekleppigen
- bepaalde naaktslakken, zeeslakken
- Octopoden
- Bolitaenidae
- Teuthida bestellen
- Kolossale inktvis
- Mastigoteuthidae
- Sepiolidae
- Sprankelende Enope-inktvis
- Vampierinktvis
Micro-organismen
- Dinoflagellaten (b.v. Noctiluca scintillans, Pyrodimium bahamense).
- Vibrionaceae (bv. Vibrio fischeri, Vibrio harveyi, Vibrio phosphoreum)
- Leden van de mariene bacteriefamilie Shewanellaceae, Shewanella hanedai en Shewanella woodyi zijn bioluminescent.
Vragen en antwoorden
V: Wat is bioluminescentie?
A: Bioluminescentie is de productie van licht door levende wezens.
V: Hoe werkt bioluminescentie?
A: Bioluminescentie werkt via chemische processen, waarbij de geproduceerde energie vrijkomt als zichtbaar licht.
V: Welke organismen produceren bioluminescentie?
A: Eukaryote protisten hebben speciale organellen die bioluminescent licht produceren, en sommige bacteriën produceren ook dit soort licht.
V: Waar komt het vermogen om bioluminescent licht te produceren vandaan?
A: Het vermogen om bioluminescent licht te produceren is een uitbreiding van het normale metabolisme; alle chemische reacties produceren van nature een paar fotonen, en wanneer de fotonproductie toeneemt, kan zichtbaar licht worden gezien.
V: Wat was de oorspronkelijke functie van de productie van biolumineus licht in bacteriën?
A: De oorspronkelijke functie van de productie van lichtgevend licht in bacteriën was waarschijnlijk het ontgiften van overtollige zuurstof.
V: Wat zijn luciferine en luciferase?
A: Luciferine en luciferase zijn componenten die betrokken zijn bij de reactie tussen ATP (adenosinetrifosfaat) en zuurstof die een sterk chemiluminescente (helder schijnende) verbinding produceert.
