تصاویری دیدنی از «بيو لومينسانس» موجودات زنده

زیست نیوز: شب‌ تابي پديده ی توليدوانتشار نور توسط  موجودات زنده است. اين پديده  دربعضي  از حشرات خصوصا در كرم شب تاب به خوبي ديده شده است.شب تابي نتيجه واكنشهاي شيميايي ساده و ابتدايي بين رنگدانه شب تاب ويك آنزيم به نام لوسيفراز واكســــيژن ميباشد.لوسيفرين ماده مقاوم به حرارت ومنبع توليد نور است.لوسيفراز آنزيم راه انداز واكنش مي باشد واكسيژن به عنوان سوخت مصرف ميشود.حشرات شب تاب از نور به عنوان عاملي براي جذب جفت يا مقابله با دشمنان خود استفاده ميكنند.

دانشمندان ازاين حشرات در تحقيقات پزشكي،مبارزه با حشرات آفت وتحقيقات بيوتكنولوژي استفاده مي كنند.

اهمیت تکاملی بیولومینسانس

بیولومینسانس در موجوداتی که از این ویژگی بهره مندهستند دارای اهمیت تکاملی است و می‌توان کاربردهای زیر را به طور عمده برای آن برشمرد:

1. وسیله‌ای برای استتاروشکار- برای مثال کوسه‌ی کوکیکاتر با لومینسانس سرتاسر بدن خود را نورانی می‌کند جز ناحیه‌ای در زیر شکمش که تاریک باقی می‌ماند. این قسمت تاریک همانند ماهی تُن به نظر می‌رسد و باعث جلب ماهی‌های شکارچی می‌شود و به این ترتیب با این طعمه‌ی فریبنده، ماهی شکارچی خود طعمه‌ی کوسه‌ی کوکیکاتر می‌شود.

2. به عنوان وسیله‌ی دفاعی- دینوفلاژله‌ها(گروهی ازتاژکداران) زمانی که حمله‌ی شکارچی‌هایشان را حس می‌کنند با لومینسانس باعث جلب شکارچی‌‌های بزرگتر نیز می‌شوند که شکارچی‌های اولیه را شکار می‌کنند و دیانوفلاژلت‌ها را از خورده شدن نجات می‌دهند.

3. جلب جفت- کرم‌های شب تاب در فصل جفتگیری با تابش نور جلب جفت می‌کنند.

4. برای برقراری ارتباط- این استفاده از بیولومینسانس بیشتر در کلونی‌های باکتری‌های لومینسانس کننده دیده می‌شود.

شب تابي اولين باردربعضي ارگانيسمهاي  دريايي ديده شد واين موجودات منبع اصلي توليد نوردر اعماق تاريك دريا هستند.

شب تابي نتيجه واكنشهاي شيميايي است وازاين جهت  نورتابي شيميايي نيز ناميده ميشود.

اين پديده در بعضي باكتريها،قارچها،ماهيهاي ژله اي،جلبكها،حشرات،دو كفه ايها،حلزونها وخرچنگها ديده شده است.

.بعضي ازقارچها مي توانند نور ساطع كنند همانندقارچهاي   Armillaria mellea

درقارچها توليد نور درون هاگدان وميسليوم به صورت ممتد انجام ميشود.اعتقاد براين است كه پديده نوردهي درقارچها جهت جذب بعضي حشرات براي عمل گرده افشاتي هاگهاي آنها صورت مي گيرد.درنتيجه توانايي توليد مثل آنها افزايش مي يابد.

بعضي نماتودها(كرم هاي لوله اي) به واسطه همزيستي كه با بعضي باكتري ها دارند مي توانند نور توليد كنند.

نما تودهاي جنس Neoaplectanaو, Steinernema وHeterorhabditis   با باكتريهاي جنس Xenorhabdus luminescens  جهت توليد نور رابطه همزيستي دارند.

تاكنون درطبيعت درگياهان گلدار،پرندگان،خزندگان،دوزيستان وپستانداران پديده نور تابي مشاهده نشده است.

اين پديده به طورپيشرفته درحشرات ديده شده است وخصوصا درراسته هاي دو بالان ،قاب بالان ونيم بالا ن به طور مشخص ديده شده است.

راسته قاب بالان شامل بزرگترين گروه حشرات شب تاب است كه چندصد گونه شناخته شده دارند وداراي اندامهاي توليد كننده نورپيشرفته هستند.بهترين حشرات شناخته شده شب تاب به خانواده هاي  Lampyridae, Elateridae وPhengodidae تعلق دارند.

اعضا خانواده Lampyridae  شب تاب يا حشرات نوراني ناميده ميشوند.اين حشرات درحالت نابالغ كرم شب تاب ودرحالت بلوغ حشره شب تاب ناميده ميشوند. 

اندامهاي توليد نوردرحشرات

پديده نوردهي  عموما به باكتري هايي كه دربدن موجودات زنده زندگي ميكنند نسبت داده ميشود.اما حشرات داراي اندام هاي اختصاصي توليد نورهستند.اين اندامها ممكن است درهردوجنس نر وماده وجودداشته باشند يا فقط محدود به جنس ماده وحالت نوزادي  باشند به خصوص درحشره شب تاب. درحشرات اندامهاي توليد نور درنزديك سطح بدن ودررير پوست نيمه شفاف قرار گرفته اند.اين اندامها ممكن است به صورت پراكنده درناحيه سروسينه وشكم وجودداشته باشند.ومعمولادرحشرات بالغ اين اندامها درسطح زيرين سينه وشكم قرار گرفته اند.

درحشره اي به نام Photuris   ازخانواده  Lampyridae    نرها داراي دو جفت اندام نورده ولي ماده ها فقط داراي يك اندام نورده هستند.  

كرم railroad worm  داراي 11 جفت اندام نورده  درسطح جانبي سينه وشكم  ويك جفت اندام در سر مي باشد.

در Fulgora  ازخانواده Homoptera  اندام نورده فقط درناحيه سر قرار گرفته است.

ساختمان اندامهاي توليد كننده نور

اندام هاي توليد كننده نور داراي سلولهاي اختصاصي به نام   photocytes   هستند كه به صورت استوانه اي درگوشه هاي زير پوست قرار گرفته اند

در پشت سلولها يك سطح اصلي منعكس كننده نوروجوددارد كه از دانه هاي اورات درست شده است.فتو سيتها اكسيژن راازلوله هاي هوايي سطح شكم دريافت ميكنند وهمچنين  داراي تعداد زيادي ميتوكندري هستند تا انرژي مورد نياز را براي واكنشهاي شيميايي آنها به صورت ATP  دراختيارشان قراردهد.                

بيوشيمي واكنشهاي توليد نور

Thomas Bartholin  فيزيكدان دانماركي اولين كسي بود كه دراين رابطه كتابي را به نام ‘Animal Lights’  درسال 1647نوشت.اما درسال 1885 يك فيزيولوژيست فرانسوي به نام Raphael Dubois اثبات كرد كه  سه ماده اصلي موثردرتوليد نور لوسیفرين،آنزيم لوسیفرازومولكولهاي اكسيژن هستند.

واكنش توليد نور با ايجاد پيوند بين آنزيم لوسيفراز با لوسيفرين درون سيتوپلاسم سلولها رابطه مستقيم دارد واين مجموعه لوسيفرين-لوسيفراز درگونه هاي مختلف حشرات از نظر ساختمان تفاوت دارد ويكسان نيست. در این جانوران انتشار نور تحت کنترل سیستم عصبی است و نور بر اساس نیاز یا باتحریک عصبی آزاد می‌شود. 

لوسيفرين كه راز توليد نوراست مولكولي است كوچك (62كيلو دالتون) كه ممكن است يك آلدئيد يا پلي پپتيد يا پروتئين باشد.توليد نور بوسيله اكسيداسيون لوسيفرين درحضور آنزيم لوسيفراز انجام ميشود.

ابتدا ،ATP لوسيفرين رادرحضور آنزيم ويون منيزيم فعال ميكند ومولكولي به نام   adenylluciferin توليد ميشود  سپس اين ماده به  فرم تحريك شده  oxyluciferin  اكسيد ميشود.

درهنگام واكنشهاي اكسيداسيون آنزيماتيك لوسيفرين 40 تا80 كيلو كالري انرژي به ازاي هر مولكول دريك مرحله  در دسترس مي باشد و انرژی به وسیله‌ی ملکول ساتع کننده‌ی نور جذب می‌شود و سبب برانگیخته‌ شدن مولکول می‌شود. زمانی که مولکول به حالت پایه یا اولیه‌ی خود بر می‌گردد انرژی اضافی به صورت نورآزاد می‌شود. ودراين واكنش 98% انرژي به صورت نور آزاد ميشود وگرما هم توليد نمي شود.

انواع رنگهاي نور توليد شده درحشرات

دراكثر حشرات نور توليد شده درمحدوده زرد-سبز ميباشد مانند Photinus وLampyris ودرلارو وماده بالغ   rail road worm  درسينه وشكم نور نارنجي يا سبز ودرسر نور قرمز راايجاد ميكنند. نور توليد شده توسط Arachnocampa  آبي وسبز ودر Fulgora سفيد مي باشد.

به هر حال رنگ نور توليد شده به گونه حشره يا به محيط زندگي حشره يا به علت اختلاف در ساختمان آنزيم لوسيفراز درگونه هاي مختلف بستگي دارد.

اهميت توليد نور درحشرات

1-جفت يابي:درحشره شب تاب نور عاملي براي جفت يابي است.ونور عاملي براي جذب جفت مي باشد.در تعدادي ازگونه هاي خانواده  Lampyridae  جنس ماده فاقد بال مي باشد وتوانايي پرواز ندارد بنابراين بيو لومينسانس براي آنها عامل بسيار مهمي درجذب حشره هاي نربالدار مي باشد.

الگوي تابش نور بين گونه هاي مختلف وجنسهاي مختلف متفاوت مي باشد.مثلا دريك شب نسبتا خنك ،بعضي گونه ها سيگنال هاي كوتاه نوراني با 5.5 ثانيه تاخير ازيكديگر توليد مي كنند.بعضي ديگر ازگونه ها پس ازيك ثانيه وقفه سيگنال  نوررا براي چند ثانيه توليد كنند.دربعضي گونه هاي مناطق گرمسيري حشرات درنقطه اي جمع ميشوند وسپس با هم توليد نور مي كنند.

نرها وماده هاي گونه شب تاب    Photuris pyralis  درهواي تاريك وروشن  شروع به توليد نوربا سيگنالهاي كوتاه ولي با فواصل منظم ميكنند.

دراين گونه جنس نر پرتوهاي نور رابراي جذب جنس ماده توليد ميكند ونسبت نر ها به ماده ها 50 به 1 مي باشد.يعني به ازاء هرماده 50نر وجود دارد.

ماده ها ازيك برگ بالا مي روند وبافاصله 10تا12 فوت ازجنس  نرشروع به توليد نور مي كند واين تبادل نور بين جنس نر وماده5 الي 10 بار ادامه پيدا مي كند تا عمل جفت گيري انجام شود.

2-شكاركردن: مهمترين مثال كه درآن نور به عنوان عاملي براي به تله انداختن صيد استفاده مي شود در حشره شب تاب   Arachnocamp luminasa

درنيو زيلند ديده شده است. حشره ماده درون يك غار تاريك تخم گذاري ميكند و لارو حشره پس ازبيرون آمدن ازتخم بوسيله توليد تار چسبناك ازسقف قار آويزان ميشود واين لاروها درشب شروع به توليد نور ميكنند ودرون غارراروشن مي كنند واين باعث جلب ساير حشرات وبه دام افتادن آنها توسط لارو حشرات مي شود.اين غارهاي محل سكونت حشرات درنظر مردم "غارهاي درخشان" ناميده مي شوند ويكي از جاذبه هاي طبيعي براي جلب توريستها درنيوزيلند مي باشند.

3-دفاع دربرابر دشمنان: دركرم شب تاب كه توليد نور درناحيه سر هنگام حركت كرم صورت مي گيرد. دانشمندان معتقدند كه توليد نور توسط اندامهاي جانبي كرم شب تاب عاملي براي مقابله با دشمنان مي باشد.دانشمندان معتقدند كه توليد ناگهاني فلاشهاي نور عاملي براي دفع دشمنان مي باشد.

كرم شب تاب در مكانهاي كوچك وتاريك زندگي ميكند وتوليد ناگهاني نور عاملي براي وحشت وفراردشمنان ميباشد.