Kako zasvetijo kresnice?

Encim, imenovan luciferaza, povzroči, da te žuželke žarijo

Getty Images/James Jordan Photography

Utripanje somraka kresničke potrjuje, da je poletje prišlo. Kot otrok ste morda v svoje stisnjene dlani ujeli te tako imenovane hrošče strele in pokukali skozi prste, da bi opazovali, kako svetijo, in se spraševali, kako fascinantne kresničke proizvajajo svetlobo.

Bioluminiscenca pri kresnicah

kresnice ustvarite svetlobo na podoben način, kot deluje svetilka. Svetloba je posledica kemične reakcije ali kemiluminiscence. Ko v živem organizmu pride do kemične reakcije, ki proizvaja svetlobo, znanstveniki to lastnost imenujejo bioluminiscenca. večina bioluminiscentni organizmi živijo v morskih okoljih, vendar so kresnice med kopenskimi bitji, ki lahko proizvajajo svetlobo.

Če pozorno pogledate odraslo kresnico, boste videli, da se zadnja dva ali trije trebušni segmenti zdijo drugačni od ostalih. Ti segmenti sestavljajo organ za proizvodnjo svetlobe, učinkovito strukturo, ki proizvaja svetlobo brez izgube toplotne energije. Če ste se kdaj dotaknili žarnice z žarilno nitko, potem ko je svetila nekaj minut, veste, da je vroča. Če bi svetlobni organ kresničke oddajal primerljivo toploto, bi žuželka doživela hrustljav konec.

Zaradi luciferaze se svetijo

Pri kresnicah je kemična reakcija, ki povzroči, da žarijo, odvisna od encima, imenovanega luciferaza. Naj vas ime ne zavede; ta encim ni hudičevo delo. Lucifer prihaja iz latinščine svetlobe , kar pomeni svetloba, in prenesti , kar pomeni prenašati. Luciferaza je torej dobesedno encim, ki prinaša svetlobo.

Bioluminiscenca kresničke zahteva prisotnost kalcija, adenozin trifosfata, kemikalije luciferan in encima luciferaze v svetlobnem organu. Ko se tej kombinaciji kemičnih sestavin doda kisik, sproži reakcijo, ki proizvaja svetlobo.

Znanstveniki so nedavno odkrili, da igra dušikov oksid ključno vlogo pri omogočanju kisiku, da vstopi v svetlobni organ kresničke in sproži reakcijo. V odsotnosti dušikovega oksida se molekule kisika vežejo na mitohondrije na površini celic svetlobnega organa in ne morejo vstopiti v organ, da bi sprožile reakcijo. Torej svetlobe ni mogoče proizvesti. Ko je prisoten, se dušikov oksid namesto tega veže na mitohondrije in omogoči kisiku vstop v organ, se združi z drugimi kemikalijami in ustvari svetlobo.

Poleg tega, da je bioluminiscenca označevalec vrste za privlačnost partnerja, je tudi signal plenilcem kresnic, kot so netopirji, da bodo grenkega okusa. V študiji, objavljeni v številki revije avgusta 2018 Znanstveni napredek , so raziskovalci ugotovili, da so netopirji pojedli manj kresnic, ko so kresnice svetile.

Različice načinov utripanja kresnic

Kresnice, ki proizvajajo svetlobo, utripajo v vzorcu in barvi, ki sta edinstvena za njihovo vrsto, in te vzorce bliskov je mogoče uporabiti za njihovo identifikacijo. Da bi se naučili prepoznati vrste kresnic na vašem območju, morate poznati dolžino, število in ritem njihovih bliskov, časovni interval med njihovimi bliski, barvo svetlobe, ki jo proizvajajo, njihove najljubše vzorce letenja in uro ponoči, ko običajno bliskavico.

Hitrost vzorca bliskanja kresničke je nadzorovana s sproščanjem ATP med kemično reakcijo. Na barvo (ali frekvenco) proizvedene svetlobe verjetno vpliva pH . Hitrost bliskanja kresničke se prav tako spreminja glede na temperaturo. Nižje temperature povzročijo počasnejše bliskanje.

Tudi če ste dobro seznanjeni z vzorci bliskanja kresnic na vašem območju, morate biti pozorni na morebitne posnemovalce, ki poskušajo preslepiti svoje sorodnike kresnice. Samice kresnikov so znane po svoji sposobnosti, da posnemajo bliskovite vzorce drugih vrst , trik, ki ga uporabljajo, da nič hudega sluteče samce privabijo bližje, da si lahko privoščijo lahek obrok. Da ne bi zamudili, nekateri samci kresnic lahko posnemajo tudi bliskovite vzorce drugih vrst.

Luciferaza v biomedicinskih raziskavah

Luciferaza je dragocen encim za biomedicinske raziskave, zlasti kot marker izražanja genov. Raziskovalci lahko dobesedno vidijo gen na delu ali prisotnost bakterije, ko je luciferaza označena. Luciferaza se pogosto uporablja za pomoč pri prepoznavanju kontaminacije hrane z bakterijami.

Zaradi svoje vrednosti kot raziskovalnega orodja je luciferaza v laboratorijih veliko povpraševanje, komercialna žetev živih kresnic pa je negativno vplivala na populacije kresnic na nekaterih območjih. Vendar so znanstveniki uspešno klonirali gen luciferaze ene vrste kresnic, Photinus pyralis , leta 1985, kar je omogočilo obsežno proizvodnjo sintetične luciferaze.

Na žalost nekatera kemična podjetja še vedno pridobivajo luciferazo iz kresnic, namesto da proizvajajo in prodajajo sintetično različico. To je dejansko nagradilo glave kresnic v nekaterih regijah, kjer ljudi spodbujajo, da jih zbirajo na tisoče na vrhuncu poletna sezona parjenja .

V enem samem okrožju Tennesseeja so leta 2008 ljudje, ki so želeli zaslužiti na povpraševanju enega podjetja po kresnicah, ujeli in zamrznili približno 40.000 samcev. Računalniško modeliranje, ki ga je opravila ena raziskovalna skupina, kaže, da je ta stopnja žetve morda nevzdržna za tako populacijo kresnic. Ker je danes na voljo sintetična luciferaza, so takšne žetve kresnic za dobiček popolnoma nepotrebne.

Viri

• Črna kapica, John L. Enciklopedija entomologije . Springer, 2008.
• Firefly Watch . Muzej znanosti, Boston.
• Kako in zakaj kresnice svetijo? Scientific American , 5. september 2005.
• Kresnice se prižgejo, da pritegnejo partnerje, a tudi odvrnejo plenilce . Ameriško združenje za napredek znanosti , 21. avgust 2018.
• _{Lee, John. ' Osnovna bioluminiscenca .' Oddelek za biokemijo in molekularno biologijo, Univerza v Georgii.}
• _{' Modeliranje učinkov žetve na obstojnost populacije kresnikov ,' Ekološko modeliranje , 2013.}