Információ

A biolumineszcencia emberben is előfordul?

A biolumineszcencia emberben is előfordul?


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.

Olvastam, hogy japán kutatók nagyon érzékeny kamerát fejlesztettek ki, amely biolumineszcenciát rögzített emberekben; lehetséges-e, és ha igen, mi a mechanizmus mögött?


Az általad linkelt cikkből:

gyakorlatilag minden élő szervezet rendkívül gyenge fényt bocsát ki, spontán, külső fotogerjesztés nélkül. Ezt a biofoton emissziót a biolumineszcencia fénykibocsátásának különböző jelenségei közé sorolják, és úgy gondolják, hogy olyan biokémiai reakciók mellékterméke, amelyek során gerjesztett molekulák keletkeznek olyan bioenergetikai folyamatokból, amelyekben aktív oxigénfajok vesznek részt.

Erre a két műre hivatkoznak. Az első Popp és mtsai 1988 -as áttekintése. (1988):

Biofoton emisszió - Experientia 44:543-600. (Sajnos nem találom a linket a teljes szöveghez...)

Fritz-Albert Popp a biofizikus, aki először fejlesztette ki a biofoton elmélet.

A második mű, amelyre hivatkoznak, ugyanaz az első szerző:

A patkány agyából származó spontán ultragyenges fotonkibocsátás in vivo képalkotása korrelált az agyi energia -anyagcserével és az oxidatív stresszel. - Kobayashi M, et al.

Végül a Pubmedben végzett keresés számos más cikket tár fel különböző szerzőktől, amelyek különböző fajokat tanulmányoznak.


Miért használják a biolumineszcenciát? Miért fontos a biolumineszcencia?

Biolumineszcenciának nevezik az élő szervezet általi fénytermelést és -kibocsátást. A biolumineszcencia az élőlények széles körében megtalálható, beleértve a gerinceseket és a gerincteleneket is. A biolumineszcens organizmusok lumineszcens baktériumokkal rendelkeznek, amelyek kémiai reakciók révén képesek fényt előállítani (ez az oka annak, hogy a biolumineszcenciát a kemilumineszcencia egyik formájának tekintik). Az organizmusok két molekulát termelnek, a luciferint (pigment) és a luciferázt (enzimet). A kemilumineszcencia a sejten belül és kívül egyaránt előfordulhat.

Különböző organizmusok eltérő módon használják a biolumineszcenciát, az alábbiakban néhány felhasználási módot sorolunk fel &ndash

  • A biolumineszcencia széles körben fordul elő tengeri gerincesekben és gerinctelenekben. Biolumineszcenciát használnak a zsákmány csábítására vagy a zsákmány keresésére. Az olyan halak, mint a horgászhal ragadozó, biolumineszcenciát használva csábítják el zsákmányát.
  • A viperfish háti gerince hosszú, amelyet egy fotofor (ahol biolumineszcencia lép fel) hegyezi. Az Anglerfish -hez hasonlóan a Viperfish is biolumineszcenciát használ a zsákmány csábítására. A Viperfish továbbá biolumineszcenciát használ a ragadozók álcázására. A biolumineszcenciát a Viperfish is használja társak vonzására.
  • A víz feletti talajon lévő biolumineszcenciát a kifejlett szentjánosbogarak, más néven villámbogarak használják a párok vonzására.

Miután megértettük, hogyan használták fel az élőlények a biolumineszcenciát, nézzük meg az rsquos jelentőségét is. A biolumineszcencia létfontosságú szerepet játszik a mélytengeri állatok túlélésében. A tenger tetejéről kiszűrt ájulásos fénnyel a biolumineszcencia segíti a tengeri élőlényeket, hogy könnyen beleolvadjanak a tengerfenék felszínébe. Ez segít nekik elrejtőzni az általában felettük lévő ragadozók elől.

Az olyan halak, mint a vipera, mozdulatlanul hagyják magukat, majd biolumineszcenciával védik a ragadozókat. Ugyanakkor a biolumineszcencia segíti őket abban, hogy a kis halakat magukhoz vonzzák. Csuklós alakú fejük van, amelyet szükség esetén felfelé mozgathatnak. Amint egy kis hal magához vonzza a biolumineszcencia miatt, és elég közel kerül a halhoz, megtámadják.

A tintahal egy másik tengeri élőlény, amely bölcsen használja a biolumineszcenciát. A lumineszcens baktériumok a tintahal köpenyüregében találhatók. A tintahal ezt használja önvédelemre a mélytengerben. Úgy tartják, hogy a tintahal megzavarja és megijeszti a szervezetet, amely fekete tinta felszabadításával próbál támadni.

Sok kutató foglalkozott a biolumineszcenciával. A legfontosabb az, ahol a tudósok megpróbáltak izzó nyulat előállítani. A tudósoknak még sokat kell felfedezniük azokról a vegyi anyagokról, amelyek szintetizálnak és fényt bocsátanak ki. Úgy gondolják, hogy a reakció pontosabb megértése új ajtókat nyithat meg az orvostudományban, és úgy gondolják, hogy a biolumineszcencia olyan betegségeket is képes lenne gyógyítani, mint az AIDS. Ezeket a vizsgálatokat azonban még be kell fejezni, mivel a biolumineszcencia főként a mélytengeri tengeri élőlényekben van jelen. Ezeket az állatokat nagyon nehéz megtalálni. Ettől eltekintve, mivel természetes élőhelyük alacsony hőmérsékletű és magas víznyomásúak, nem élnek tovább, ha elfogják őket.


Biológia

BEVEZETÉS
Mi a biolumineszcencia?
A jelenlegi cikk a biolumineszcens gombákra összpontosít, de a tárgyalt biolumineszcencia alapvető jellemzői minden biolumineszcens organizmusra jellemzőek. A biolumineszcencia egyszerűen fény, amelyet élő szervezetek hoznak létre. Az észak -amerikaiak biolumineszcenciájának talán legismertebb példája a szentjánosbogár, amely a párzási időszakban meggyújtja a hasát, hogy kommunikáljon a potenciális társakkal. Ez a biolumineszcens képesség 25 különböző törzsben fordul elő, amelyek közül sok teljesen független és változatos a listán szereplő Gombák törzsével (a biolumineszcens gombák illusztrációja az 1. ábrán látható). A biológiai fény egyik jellemzője, amely megkülönbözteti a fény más formáitól, az, hogy hideg fény. A gyertya fényétől eltérően az izzó, biolumineszcens fény nagyon kevés hősugárzással jön létre. A biolumineszcencia ezen aspektusa különösen érdekelte a korai tudósokat, akik feltárták. A fény biokémiai reakció eredménye, amelyben a "Luci" nevű vegyület oxidációja következik be
ferin "és a reakciót a" luciferáz "nevű enzim katalizálta. A biokémiai reakcióból származó fényt a tudósok a tuberkulózis és a nehézfémek bioindikátoraként használták fel. A biolumineszcenciával kapcsolatos kutatások jelenleg folyamatban vannak az evolúció, az ökológia, a szövettan, a fiziológia, a biokémia és az orvosbiológiai alkalmazások területén.

A biolumineszcens gombák története
A világító fa fényét először Arisztotelész korai írásaiban jegyezték fel, amelyek Kr.e. 382 -ben fordultak elő (Johnson és Yata 1966 és Newton 1952). A fényes fa következő említése az irodalomban 1667 -ben történt Robert Boyle -nál, aki észrevette az izzó földet, és megjegyezte, hogy hő hiányzott a fényből. Számos korai tudós, például Conrad Gesner, Francis Bacon és Thomas Bartolin megfigyelte és megjelölte a világító földet (Johnson és Yata 1966 és Newton 1952). Ezek a korai megfigyelők úgy gondolták, hogy a fényt apró rovarok vagy állatok kölcsönhatásai okozzák. Az első említés, miszerint a világító fa fénye gombáknak köszönhető, Bishoff 1823-ban, a bányákban támasztékként használt világító faanyagok tanulmányozása során történt. Ez megnyitotta az utat számos más tudós számára a további tanulmányok előtt, és 1855-re Fabre megkezdte a modern kísérleti munkát. (Newton 1952). Fabre megállapította a biolumineszcens gombák alapvető paramétereit:
· A fény hő nélkül
· A fény megszűnt vákuumban, hidrogénben és szén-dioxidban
· A fény független volt a páratartalomtól, a hőmérséklettől, a fénytől, és nem égett
világosabb tiszta oxigénben

Herring (1978) munkája megállapította, hogy a mellékelt halom (sapka), himenium (kopoltyúk) és a micéliumszálak lumineszcens részei együtt vagy külön -külön (2. ábra) szintén az egyes spórákat látták lumineszcensnek. Herring azt is kijelentette, hogy ha a termőtest (gomba) biolumineszcens volt, akkor a micéliumszálak is mindig lumineszcensek voltak, de nem fordítva.

Az 1850 -es évektől a 20. század elejéig befejeződött a biolumineszcens tulajdonságokat mutató gombák többségének azonosítása. A biolumineszcens gombák kutatása az 1920-as évektől az 1950-es évekig stagnált (Newton 1952 és Herring 1978). Ezt követően kiterjedt kutatások kezdődtek a biolumineszcencia mechanizmusaival kapcsolatban, és a mai napig folynak.

A biolumineszcencia folyamata

A biolumineszcencia egy bizonyos biokémiai reakció miatt következik be. Ez kemilumineszcens reakcióként írható le, amely magában foglalja a fényenergiává alakított kémiai energia közvetlen átalakítását (Burr 1985, Patel 1997 és Herring1978). A reakció a következő elemeket tartalmazza:

· Enzimek (luciferáz) - biológiai katalizátorok, amelyek felgyorsítják és szabályozzák a sejtekben végbemenő kémiai reakciókat.
· Fotonok – fényenergia csomagok.
· ATP - adenozin -trifoszfát, minden élő szervezet energiatároló molekulája.
· Szubsztrát (Luciferin) - egy specifikus molekula, amely kémiai töltésen megy keresztül, amikor egy enzim rögzíti.
· Oxigén – katalizátorként

A biolumineszcens reakció egyszerűsített képlete:

ATP (energia) + Luciferin (szubsztrát) + Luciferáz (enzim) + O2 (oxidálószer) == == fény (protonok)

A biolumineszcens reakció két alapvető szakaszban megy végbe:

1) A reakció szubsztrátot (D-Luciferin) tartalmaz, kombinálva ATP-vel, és oxigént, amelyet az enzim (Luciferáz) szabályoz. A luciferinek és a luciferáz kémiailag különböznek a különböző szervezetekben, de mindegyikük molekuláris energiát (ATP) igényel a reakcióhoz.
2) A kémiai energia az első szakaszban egy adott molekulát gerjeszt (A lumineszcens molekula: a luciferáz és a luciferin egyesülése). Az izgalmat a lumineszcens molekula megnövekedett energiaszintje okozza. Ennek az izgalomnak az eredménye a bomlás, amely fotonkibocsátásban nyilvánul meg, ami fényt termel. A kibocsátott fény nem függ a szervezet fényétől vagy más energiájától, és csak a kémiai reakció mellékterméke, ezért hideg fény.
A gombákban a biolumineszcencia intracellulárisan megy végbe, és a spóra szintjén figyelték meg (Burr 1985, Newton 1952 és Herring 1978). Ezt néha összetéveszthetjük egy extracelluláris fényforrással, de ez a fény diffúziójának köszönhető a gomba sejtjein keresztül. Az 1. ábrán látható fénykép vizsgálatakor úgy tűnik, hogy a gomba sapkája izzik, de a vizsgálat után azt figyelték meg, hogy csak a fényt kibocsátó kopoltyúszerkezetek, és a kalap (ami vékony) diffúzió útján bocsátja ki a kopoltyúk fényét. (Hering 1978).
A fotonok energiája a fény frekvenciájától (színétől) függően változhat. Az élőlények különböző típusú szubsztrátai (luciferinek) különböző színeket termelnek. A tengeri élőlények kék fényt, a medúza zöldet, a szentjánosbogarak zöldessárgát, a vasúti férgek vöröset, a gombák pedig zöldes kékes fényt (Patel 1997).

Biolumineszcenciát mutató gombás családok
A törzsgombák a következő 5 osztályból állnak (Newton 1952):
· Myxomycetes (nyálkaformák)
· Schizomycestes (baktériumok)
· Phycomycetes (penészgombák)
· Ascomycetes (élesztőgombák, zsákgombák és néhány penészgomba)
· Basidiomycetes (smukák, rozsdák és gombák)

A fenti felosztások közül a biolumineszcencia többsége a Basidiomycetesben fordul elő, és csak egy megfigyelést végeztek az Ascomycete esetében, kifejezetten az Ascomycete Xylaria nemzetségbe (Harvey 1952). Jelenleg 42 megerősített biolumineszcens Basidiomycetes létezik világszerte, amelyek vizuálisan nem hasonlítanak egymásra, kivéve a biolumineszcenciát. E 42 megerősített faj közül 24 -et azonosítottak csak az elmúlt 20 évben, és ennélfogva sokkal több faj mutathatja ezt a tulajdonságot, de még nem található.
A két fő biolumineszcenciát mutató nemzetség a Pleurotus nemzetség, amely jelenleg 12 fajt tartalmaz, amelyek a kontinentális Európában és Ázsiában fordulnak elő. A Mycena nemzetségben jelenleg 19 fajt azonosítottak, amelyek világszerte elterjedtek. Észak-Amerikában mindössze 5 biolumineszcens baziodiomicetafajt jelentettek. Ezek közé tartozik a mézes gomba -Armillaria mellea (a 3. ábrán látható), a közönséges Mycena -Mycena galericulata (az 1. ábrán látható), a Jack O 'Latern -Ophalalotus olearius (a 4. ábrán látható), a Panus styticus és a Clitocybe illudens.
A laboratóriumi partnerem és jómagam közötti megbeszéléseken felmerült az a kérdés, hogy a biolumineszcens gomba mérgező -e. A szakirodalom és a gombaföldi útikönyv tanulmányozása után nyilvánvalóvá vált, hogy nincs összefüggés a gomba ehetősége és biolumineszcenciája között. Egyes gombák, mint például az Armillaria mellea, a mézgomba kiválóan fogyaszthatóak a listán. Míg a Jack O 'Latern - Omphalalotus olearius mérgezőként szerepel, és súlyos gyomor -bél görcsöket okoz. A közönséges Mycea ehető tulajdonságai ismeretlenek voltak, és bár a Panus stypticus mérgezőként szerepelt, azt találták, hogy véralvadást okozó szert tartalmaz, és hasznos a vérzés megállításában (Lincoff 1981, Newton 1952 és Herring 1978). Mivel az észak-amerikai gombákról csak szántóföldi útmutató állt rendelkezésre, csak az észak-amerikai fajtákat vizsgáltuk. Ha mind a 42 biolumineszcens bazidiomicétafajt bevontuk a keresésbe, akkor lehetséges összefüggést találhattak volna.

Biolumineszcencia kutatási alkalmazások

A lumineszcencia egyedülálló előnyökkel jár a tudományos vizsgálatok szempontjából, mivel ez az egyetlen biokémiai folyamat, amelynek látható mutatója van a mérhetőnél. A biolumineszcens reakció során kibocsátott fényt most luminométerrel pontosan meg lehet mérni. Ez a kis mennyiségű fény könnyű és pontos észlelésének képessége a biolumineszcens reakció használatához vezetett a biológiai folyamatokat alkalmazó tudományos kutatásokban. Az alábbiakban csak néhány alkalmazást mutatunk be, amelyek közül néhányat csak az elmúlt néhány évben fejlesztettek ki (Johnson és Yata 1966, valamint Patel 1997). Az alábbiakban két olyan példa látható, amelyekre a közelmúltban került sor.
A tuberkulózis teszt
A tuberkulózis vizsgálata régóta problémát jelent, mivel hosszú időbe telik, amíg a faj a modern orvostudomány által kimutatható méretre nő. A Mycobacterium tuberculosis tenyészetének tipikus növekedése, amely elég nagy ahhoz, hogy meghatározza az adott beteg törzsét, akár három hónapig is eltarthat. Ez persze gondot okoz, mert a beteg gyakran nem tudja megvárni a diagnózist, és olyan gyógyszereket kell adni neki, amelyeknek törzse ellenálló lehet. Ez tovább bonyolult, mivel 11 gyógyszert használnak a tbc elleni küzdelemre, a megfelelő kiválasztása a törzs meghatározása előtt 1/11 esély a sikerre. A közelmúltban találtak egy módot a biolumineszcenciának a TB-tesztekbe való beépítésére, amely jelentősen, akár 2 napra is csökkentheti a diagnózis idejét. A technika magában foglalja a luciferázt kódoló gén beépítését a betegtől vett TB baktériumtenyészet genomjába. A gént egy vírusvektoron keresztül juttatják be, és beépülése után a baktériumok termelik a luciferázt. Amikor luciferin i
s hozzáadva a kultúrához fény termelődik. Mivel kevesebb, mint 10 000 baktériumra van szükség ahhoz, hogy elegendő luciferázt kódoljon ahhoz, hogy kimutatható mennyiségű fényt állítson elő, a tenyésztési idő mindössze 2-3 napra csökken. Mivel a luciferáz-luciferin reakció ATP-t igényel, a törzs rezisztenciáját a tenyészetben egy gyógyszer hozzáadásával és a fényre figyelve lehet tesztelni. Ez jelzi, hogy a 11 gyógyszeres kezelés közül melyik lesz hatékony a tuberkulózis kezelésében. A kezeléshez szükséges gyógyszerek felírásához szükséges idő lerövidítésével a biolumineszcencia alkalmazása egyszer kész lesz megmenteni a tuberkulózis által évente elpusztított 3 millió embert (Patel 1997).
Bioszenzorok
A biolumineszcenciát sok éven keresztül számos anyag bioszenzoraként is használták. Amint a tuberkulózis példájából látható, a biolumineszcencia használható az ATP jelenlétének érzékelőjeként, mivel ATP-re van szükség a fényképző reakcióban. Más technikákat is alkalmaztak a higany- és alumíniumionok kimutatására, többek között fénygénnel rendelkező baktériumok alkalmazásával, amelyek ionrezisztens regulonjaikhoz olvadtak. Például, ha egy Hg -vel szemben rezisztens baktérium van jelen Hg jelenlétében, akkor aktiválódnak a Hg -rezisztenciáját kódoló gének. A gén aktiválása aktiválja a hozzá fuzionált luciferáz gént is, így a baktériumok luciferázt termelnek, amikor Hg jelen van. A luciferin hozzáadása és a fénytermelés luminométerrel történő tesztelése feltárja a fémion jelenlétét az oldatban. Ez a technika különösen hasznos a vízellátásban lévő szennyező anyagok vizsgálatára, amikor a koncentráció túl alacsony ahhoz, hogy hagyományos eszközökkel kimutatható legyen (Herring 1978 és Patel 1997).
Egyéb területek, amelyek jelenleg biolumineszcenciát alkalmaznak a tudományos kutatásban, az evolúció, az ökológia, a szövettan, a fiziológia, a biokémia, az orvosbiológiai alkalmazások, a citológia és a rendszertan. Bármely élő szervezetet érintő terület biolumineszcens technológiát használhat bioszenzorként.

A biolumineszcens gombák által generált izzó fény évszázadok óta felkeltette a filozófusok és a tudósok érdeklődését, és a tudomány javára vált, mivel megoldandó problémákat nyújtott -Hogyan működik és van -e gyakorlati alkalmazása? A válaszok azokra az alapvető problémákra, amelyeket ma fedeztek fel, és amelyek az emberiség javát szolgálják, javítva életünket, különösen az orvosbiológiai alkalmazások tekintetében. A biolumineszcens gombákkal folytatott további kutatásokat világszerte végeznek, beleértve Észak -Amerikát, Japánt és Európát. A jövőbeli kutatások új felfedezésekhez és felhasználásokhoz vezethetnek olyan biolumineszcens szervezetekből, mint a Fungi csoport.

Burr, G.J. 1985. Kemilumineszcencia és biolumineszcencia. Marcel Dekker, Inc. Új
York, U.S.A.

Johnson, F. H. és Yata, H. 1966. Biolumineszcencia folyamatban. Princton, új
Jersey, Princeton University Press.


Laboratóriumi módszerek a sejtbiológiában

5.2 2. lépés - szubsztrát Luciferin beadása

ÁttekintésA szubsztrát luciferint percekkel a BLI előtt kell beadni az egereknek.
IdőtartamAkár 15 percig tart.
Eljárás
2.1Miután az egeret teljesen altattuk, injekciózzuk be az egeret intraperitoneálisan (i.p.) a luciferin oldattal (40 mg/ml PBS-ben) 200 mg/testtömeg kg dózisban 5–15 perccel a képalkotás előtt.
VigyázatHa egynél több egeret is leképezünk, minden lucferin injekciót a lehető leggyorsabban kell végrehajtani, hogy minden egeret körülbelül egy időben adjunk be a szubsztráttal.
A BLI-elemzések során idővel körültekintő és következetes luciferin injekcióra van szükség az injekció mennyiségét és helyét illetően.
TippekAz injekcióhoz az egereket kézzel kell rögzíteni, hasukkal felfelé. A tűknek vízszintes oldalukkal felfelé és enyhén ferdén kell lenniük, amikor belépnek a hasüregbe. A tű hegyének csak át kell hatolnia az állat bal alsó hasi negyedének hasfalán (kb. 4-5 mm).
A lumineszcens jel intenzitása növekszik a luciferin szubsztrát bizonyos mennyiségben beadott mennyiségének növekedésével. Általában legalább 100 μg/g testtömeg luciferin szükséges ahhoz, hogy jelentős mennyiségű luciferin emissziót generáljon a máj régiójából, ahol a luciferázt expresszáló sejtek találhatók. A luciferin 100–400 μg/g testtömeg adagolása dózistól függően növeli a kibocsátott lumineszcenciát (Chen & amp; Kaufman, 2004).
A mért biolumineszcencia nagysága a luciferin injekció beadása után változott. Minden állatmodellnél Luciferin kinetikai vizsgálatot kell végezni a Luciferin beadása utáni csúcsjelidő meghatározásához. Például a luciferin beadása után már 2 perccel a luciferin beadása után kimutatható a lumineszcencia a máj régiójában az egér dorzális oldaláról. A lumineszcencia intenzitása 10 perc körül tetőzik, az első órában gyorsan csökken, és 3-4 órával teljesen eltűnik.

Az 1. és 2. lépés folyamatábráját lásd a 3. ábrán.

3. ÁBRA. A protokoll folyamatábrája 1. és 2. lépés.


Ki világít?

Legalább 1500 halfaj biolumineszcens, köztük cápa és sárkányhal - köztudott, hogy a tudósok rendszeresen felfedeznek újakat.

A legikonikusabbak közé tartoznak az olyan mélytengeri halak, mint a horgászhal, amelynek nőstényei olyan izzó húsú csalikat űznek, amely csaliként szolgál minden olyan zsákmány számára, amely elég közel van ahhoz, hogy elkapják.

A hawaii bobtail tintahal az egyik szervükben élő biolumineszcens baktériumokon keresztül világít, a fény álcázza őket a holdfény ellen a felszínen, és eltünteti árnyékukat, eltakarva őket a ragadozók elől. (Olvassa el a természet élő tűzijátékát - a biolumineszcens állatokat.)

Ha megvilágít egy fésűzselét, akkor a mozgó csillókról megtört fény meghibásodhat a biolumineszcenciával.

Valódi biolumineszcenciájuk nem látható fényben, mondja Edie Widder tengerbiológus, az Óceánkutató és Természetvédelmi Egyesület alapítója. Valódi biolumineszcenciájukat fénytermelő vegyi anyagok adják, amelyeket a különböző fajok különböző módon használnak, például a vegyszerek villogása a ragadozók elriasztására.

Aztán ott van a világ legkisebb cápája, a hat hüvelykes lámpáscápa, amely saját termékeit reklámozza a reproduktív szervei köré csoportosuló fotoforokon (vagy fénytermelő szerveken) keresztül.

A hímek és a nőstények „piszkálják a holmikat, megmutatják, hol vannak” - mondja George Burgess, korábban a floridai Természettudományi Múzeum tagja. Minden fajnak sajátos világos mintázata van, „mint egy névcímke”, így a sötét óceánmélységben is társakat találhatnak – teszi hozzá.


Miért világítanak az állatok

Táplálás

A sárga biolumineszcens gyűrű ezen a nőstény polipon vonzhatja a társakat. (Michael Vecchione/NOAA)

Az állatok a fényükkel a szájuk felé csábíthatják a zsákmányt, vagy akár megvilágíthatják a közeli területet, hogy egy kicsit jobban láthassák a következő étkezésüket. Néha a csábított zsákmány kis plankton lehet, mint amilyeneket vonz a csőr körüli biolumineszcencia. Stauroteuthis polip. De a fény nagyobb állatokat is becsaphat. A bálnákat és a tintahalakat vonzza a sütivágó cápa izzó alsó része, amely kiharapja az állatokat, amint közel vannak. A mélytengeri horgászhal egyenesen a szájába csalja a zsákmányt egy lógó biolumineszcens márnával, amelyet izzó baktériumok világítanak meg.

Társak vonzása

A syllid tűzférgek elsősorban a tengerfenéken találhatók, de planktonikus formára váltanak a szaporodáshoz, ahol a nőstények biolumineszcens jeleket használnak. (© 2010 Moorea Biocode)

Az állatoknak nem csak táplálékot kell keresniük és vonzaniuk a biolumineszcencia is szerepet játszhat a pár vonzásában. A hím karibi ostrakod, egy apró rák, biolumineszcens jeleket használ a felső ajkán, hogy vonzza a nőstényeket. Szilíd tűzférgek élnek a tengerfenéken, de a telihold kezdetével a nyílt vízbe költöznek, ahol egyes fajok nőstényei, mint pl. Odontosyllis enopla, biolumineszcenciával vonzzák a hímeket, miközben körben mozognak. Ezek az izzó férgek talán még abban is segítettek, hogy üdvözölhessék Kolumbusz Kristófot az Újvilágban. Úgy gondolják, hogy az ördöghalak, a zseblámpás halak és a pónihalak lumineszkálnak, hogy különbséget tegyenek a hímek és a nőstények között, vagy más módon kommunikáljanak a párzás érdekében.

Védelem

Ez a hal ellenvilágítást használ az eltűnéshez. A bal oldalon kiemelkedik a felette lévő lámpából. Jobb oldalon, ha biolumineszcens szerkezetek világítanak, ez beleolvad. (Smithsonian Intézet)

Az állatok gyakran erős biolumineszcenciát használnak, hogy elriassák a közelgő ragadozót. A fényes jel megdöbbentheti és elterelheti a ragadozó figyelmét, és zavart okozhat a célpont hollétével kapcsolatban. A kis kopólábúaktól a nagyobb vámpírtintahalig ez a taktika nagyon hasznos lehet a mélytengerben. A "zöld bombázó" féreg (Swima bombiviridis) és négy másik hasonló féregfaj a polichaeták családjából, amikor káros módon biolumineszcens "bombát" bocsát ki testéből. Ezek a mélytengeri férgek a tengerfenék közelében élnek, és csak 2009-ben fedezték fel őket. Néhány állat, például a mélytengeri tintahal Octopoteuthis deletron sőt leválasztják biolumineszcens karjaikat, amelyek ragadozóikhoz tapadnak és valószínűleg elvonják a figyelmüket. Mindez a felfordulás betörésjelzésként is szolgálhat, nagyobb ragadozókat vonzva a helyszínre. Bizonyos esetekben a ragadozó csak egy harapást kap a zsákmányából, és a bizonyítékok folyamatosan izzanak a gyomrából.

A biolumineszcencia az álcázás elősegítésére is használható ellenfény segítségével. Az állat alsó oldalán lévő fotoforák illeszkedhetnek a felszínről érkező gyenge fényhez, ami megnehezíti az alulról zsákmányt kereső ragadozók számára, hogy lássák, mit keresnek.


A biolumineszcencia és az emberek

A történelem során az emberek találékony módszereket dolgoztak ki a biolumineszcencia előnyös felhasználására. Az izzó gombákat a törzsek például a sűrű dzsungelben való átvilágításra használták, míg a szentjánosbogarakat a bányászok korai biztonsági lámpának használták. Talán ezektől az alkalmazásoktól ihletve a kutatók most ismét a biolumineszcenciához, mint a zöld energia lehetséges formájához fordulnak. A nem olyan távoli jövőben hagyományos utcai lámpáinkat izzó fák és épületek válthatják fel.

Ma biolumineszcencia tól Aliivibrio fischeri a víz toxicitásának ellenőrzésére szolgál. Szennyező anyagok hatásának kitéve a baktériumtenyészet fénykibocsátása csökken, jelezve a szennyeződés lehetséges jelenlétét.

A biolumineszcencia még a hadviselésben is szerepet játszott. Biolumineszcens organizmusok segítettek az utolsó német tengeralattjáró elsüllyesztésében az első világháború idején, 1918 novemberében. A tengeralattjáró a jelentések szerint biolumineszcens virágzáson ment keresztül, és izzó nyomot hagyott maga után, amelyet a szövetségesek követtek.

Védő szerepe is volt. Az amerikai polgárháború egyik legvéresebb csatája után, Shiloh -ban néhány sérült katona sebei izzani kezdtek. Ezek az izzó sebek gyorsabban és tisztábban gyógyultak, és a jelenség „Angel’s Glow” néven vált ismertté. A ragyogást valószínűleg az okozta Photorhabdus luminescens, egy talajban élő baktérium, amely antimikrobiális vegyületeket bocsát ki, és így védi a katonákat a fertőzéstől.

Talán a biolumineszcencia orvosi alkalmazásai váltották ki a legnagyobb izgalmat. 2008 -ban a kémiai Nobel -díjat a zöld fluoreszcens fehérje (GFP) felfedezéséért és fejlesztéséért ítélték oda. A GFP természetesen megtalálható a kristálymedúzákban Aequorea victoria, amely az eddig leírt biolumineszcens mechanizmustól eltérően fluoreszkáló. Ez azt jelenti, hogy a fehérjét a kék fénnyel kell gerjeszteni, mielőtt jellegzetes zöld fényt bocsát ki. Felfedezése óta a GFP -t genetikailag beillesztették különböző sejttípusokba, sőt állatokba is, hogy megvilágítsák a sejtbiológia és a betegségek dinamikájának fontos aspektusait.

Az evolúciós folyamat, amely a biolumineszcenciában csúcsosodott ki, több millió évig tartott, de tudományos alkalmazásai továbbra is forradalmasítják modern világunkat. Ne feledje, hogy amikor legközelebb szikrázó tengert lát.


Tengeri csillogás

A biolumineszcens algák egyik példája az úgynevezett dinoflagellate Világító ostoros állatka, vagy tengeri csillogás. Világító ostoros állatka olyan kicsik, hogy több ezren férnek el egyetlen csepp vízben.

Noctiluca mikroszkóppal nézve. Kép: Maria Antónia Sampayo

Az olyan helyeken, mint a biolumineszcens öböl Puerto Ricóban, egy karib-tengeri szigeten, a tengeri szikrázó víz olyan bőséges, hogy a víz neonkék szikrázóvá válik éjszaka, amikor áthúzza a kezét vagy egy kajakkal.

A tudósok úgy gondolják Világító ostoros állatka villog, hogy megijessze vagy elriasztja ragadozóit. A biolumineszcencia nagyobb ragadozókat is vonzhat enni Noctiluca ragadozók, akárcsak a betörő riasztó, amely riasztja a rendőrséget, hogy jöjjön valaki házához rablót fogni.

Bár néhány Világító ostoros állatka elég nagyok ahhoz, hogy mikroszkóp nélkül is láthatók legyenek, a legtöbb túl kicsi ahhoz, hogy lássa, ha nem veszi észre a villanásukat. Néhány apró állati plankton (zooplankton) azonban sötétben is világíthat, és elég nagyok ahhoz, hogy szabad szemmel is lássanak.


Furcsa! Az emberek látható fényben ragyognak

A tudósok szerint az emberi test szó szerint izzik, és rendkívül kis mennyiségben bocsát ki látható fényt a nap folyamán emelkedő és süllyedő szinteken.

Korábbi kutatások kimutatták, hogy a test látható fényt bocsát ki, ezerszer kevésbé intenzív, mint azok a szintek, amelyekre szabad szemünk érzékeny. Valójában gyakorlatilag minden élőlény nagyon gyenge fényt bocsát ki, amelyről úgy gondolják, hogy a szabad gyökök bevonásával járó biokémiai reakciók mellékterméke.

(Ez a látható fény különbözik az infravörös sugárzástól, és láthatatlan fényformát és testhőből származó fényt eredményez.)

Ha többet szeretne megtudni erről a halvány látható fényről, a japán tudósok rendkívül érzékeny kamerákat alkalmaztak, amelyek képesek egyetlen foton észlelésére. Öt, 20 év körüli egészséges férfi önkéntest helyeztek csupasz mellkassal a kamerák elé, teljes sötétségben, világos helyiségekben, háromóránként 20 percre délelőtt 10 és 22 óra között. három napig.

A kutatók megállapították, hogy a test fénye emelkedett és esett a nap folyamán, legalacsonyabb pontja 10 órakor, csúcspontja pedig 16 órakor, ezt követően fokozatosan csökkent. Ezek az eredmények azt sugallják, hogy fénykibocsátás kapcsolódik testünk óráihoz, valószínűleg annak köszönhető, hogy az anyagcsere ritmusunk a nap folyamán ingadozik.

Az arcok jobban izzottak, mint a test többi része. Ennek az lehet az oka, hogy az arcok jobban lebarnultak, mint a test többi része, mivel több napfény éri őket, és a bőrszín mögötti pigment, a melanin fluoreszkáló összetevőket tartalmaz, amelyek fokozhatják a test csekély fénytermelését.

Mivel ez a halvány fény összefügg a szervezet anyagcseréjével, ez a megállapítás azt sugallja, hogy a gyenge kibocsátást észlelő kamerák segíthetnek az egészségügyi állapotok észlelésében - mondta Hitoshi Okamura kutató, a japán Kiotói Egyetem cirkadián biológusa.

"Ha látja a csillogást a test felszínéről, akkor láthatja az egész test állapotát" - mondta Masaki Kobayashi kutató, a japán Sendai-i Tohoku Technológiai Intézet orvosbiológiai fotonika specialistája.

A tudósok részletesen ismertették eredményeiket július 16 -án a PLoS ONE folyóiratban.


Biolumineszcencia kérdések és válaszok

Íme a válaszok a biolumineszcenciával kapcsolatos 10 gyakori kérdésre:

Melyek azok a különféle állatok, amelyek fényt készítenek?

Bár a biolumineszcencia a fajok teljes számával mérve ritkának tekinthető, előfordulása rendkívül változatos. Sok különböző típusú organizmus létezik, amelyek biolumineszcenciát termelnek, a mikroszkopikus sejtektől a halakon és néhány cápán keresztül. De a halak feletti magasabb gerincesekben nincs lumineszcens állat. Összességében a lumineszcens organizmusok képviselik a fő törzsek többségét.

Nézzük át a lumineszcens tagokkal rendelkező csoportok rövid listáját (a ritka azt jelenti, hogy csak néhány faj lumineszcens). A leggyakoribbak csillaggal (*) vannak kiemelve:

  • Egysejtű szervezetek:
  • * Baktériumok
  • Radiolaria
  • *Dinoflagellates
  • Gombák
  • *Coelenterates és Ctenophores (medúzák): szifonoforok, medúzák, lágy korallok, (fésűzselé)
  • Gyomorlábúak: nudibranchs (ritka), kagyló (ritka), *tintahal, polip (ritka)
  • Annelidák (férgek): *polychaetes (sörteférgek), giliszták
  • *Tengeri rákfélék: miszidák (ritka), lábaslábúak, ostrakodák (tűztüzek), kétéltűek, krill, garnélarák
  • Rovarok: *bogarak (szentjánosbogarak, ragyogóférgek), legyek (ritka), százlábúak (ritka), ezerlábúak (ritka)
  • Tüskésbőrűek :, pecsétfélék, tengeri csillagok, *brittlestars, tengeri uborka
  • *Zsákállatok: piroszómák, lárvák
  • Cápák (ritka)
  • *Halak – sokféle típus

Miért biolumineszcens olyan sok állat az óceánban?

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:

  • Zsákmány megtalálása vagy vonzása
    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. Amikor a szerencsétlen zsákmány a horgászhal közelébe kerül, az egészet elnyel. 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.
  • Kommunikáció.
    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:


Nézd meg a videót: Csendes szörnyetegek - Lyme kór (Január 2023).