Kā Fireflies rada gaismu?

Krēslas mirgošana ugunspuķes apstiprina, ka ir pienākusi vasara. Kā bērns, jūs, iespējams, esat saķēris sauktajās zibens kļūdu savās saputotajās rokās un palūrējis caur pirkstiem, lai noskatītos, kā tās mirdz, domājot tikai par to, kā aizraujoši ugunsdzēsēji ražot gaismu.

Fireflies radīt gaismu līdzīgi kā kvēlspuldze darbojas. Gaisma rodas ķīmiskas reakcijas vai ķīmiski luminiscences rezultātā. Kad dzīvā organismā notiek gaismu radoša ķīmiska reakcija, zinātnieki šo īpašību sauc par bioluminiscenci. Lielākā daļa bioluminiscējoši organismi dzīvo jūras vidē, bet tauriņi ir vieni no sauszemes radījumiem, kas spēj radīt gaismu.

Ja jūs rūpīgi aplūkosit pieaugušo tauriņu, redzēsit, ka pēdējie divi vai trīs vēdera segmenti izskatās savādāk nekā citi. Šajos segmentos ietilpst gaismu radošs orgāns, efektīva struktūra, kas rada gaismu, nezaudējot siltumenerģiju. Ja kādreiz esat pieskāries kvēlspuldzei pēc dažām minūtēm, jūs zināt, ka tā ir karsta. Ja tauriņa vieglais orgāns izstarotu salīdzināmu siltumu, kukainis saskartos ar kraukšķīgu galu.

Fireflies ķīmiskā reakcija, kas izraisa to mirdzumu, ir atkarīga no fermenta, ko sauc par luciferāzi. Neļaujiet sevi maldināt ar tā vārdu; šis ferments nav velna darbs. Lucifers nāk no latīņu valodas lucis, kas nozīmē gaismu, un ferre, nozīmē nest. Luciferase burtiski ir enzīms, kas rada gaismu.

Firefly bioluminiscencei nepieciešama gaismas kalpošanas laikā kalcija, adenozīna trifosfāta, ķīmiskās luciferāna un enzīma luciferāzes klātbūtne. Kad skābeklis tiek ievadīts šajā ķīmisko sastāvdaļu kombinācijā, tas izraisa reakciju, kas rada gaismu.

Zinātnieki nesen atklāja, ka slāpekļa oksīdam ir galvenā loma, ļaujot skābeklim iekļūt Firefly gaismas orgānā un ierosināt reakciju. Ja nav slāpekļa oksīda, skābekļa molekulas saistās ar mitohondrijiem uz gaismas orgānu šūnu virsmas un nevar iekļūt orgānā, lai izraisītu reakciju. Tātad gaismu nevar ražot. Kad slāpekļa oksīds ir klāt, tā vietā saistās ar mitohondrijiem, ļaujot skābeklim iekļūt orgānā, apvienojas ar citām ķīmiskajām vielām un rada gaismu.

Papildus bioluminiscencei, kas ir sugu marķieri mate pievilināšanai, ir arī signāls ugunsdzēsēju plēsējiem, piemēram, sikspārņiem, ka viņiem būs rūgta garša. Pētījumā, kas publicēts žurnāla 2018. gada augusta numurā Zinātnes sasniegumi, pētnieki atklāja, ka sikspārņi apēda mazāk tauriņus, kad kvēloja tauriņi.

Gaismas producējoši ugunsdzēsības mirgo pēc to sugai raksturīgā modeļa un krāsas, un šos zibspuldzes modeļus var izmantot, lai tos identificētu. Lai iemācītos atpazīt tauriņu sugas savā apkārtnē, ir jāzina par to uzliesmojumu ilgumu, skaitu un ritmu, laiks starp to zibspuldzēm, to radītā gaismas krāsa, vēlamie lidojuma modeļi un nakts laiks, kad tie parasti mirgo.

Firefly uzliesmojuma ātrumu kontrolē ar ATP izdalīšanos ķīmiskās reakcijas laikā. Izgatavotās gaismas krāsu (vai frekvenci), iespējams, ietekmē pH. Firefly zibspuldzes ātrums arī mainīsies atkarībā no temperatūras. Zemāka temperatūra rada lēnāku zibspuldzes ātrumu.

Pat ja jūs labi pārzināt sava apgabala ugunsdzēsēju zibspuldzes modeļus, jums jāpatur prātā iespējamie atdarinātāji, kas mēģina apmānīt savus kolēģus tauriņus. Firefly mātītes ir pazīstamas ar savām spējām imitēt citu sugu zibspuldzes modeļus, triks, ko viņi izmanto, lai pievilinātu nenojaušos tēviņus tuvāk, lai viņi varētu gūt vieglas maltītes. Nevarētu pārspēt, daži vīriešu dzimuma ugunsdzēsēji var arī nokopēt citu sugu zibspuldzes modeļus.

Luciferāze ir vērtīgs enzīms biomedicīnas pētījumiem, jo ​​īpaši kā gēnu ekspresijas marķieris. Pētnieki var burtiski redzēt gēnu darbā vai baktērijas klātbūtni, kad ir iezīmēta luciferāze. Luciferase ir plaši izmantota, lai palīdzētu noteikt pārtikas piesārņojumu ar baktērijām.

Tā kā tā ir izpētes rīka vērtība, laboratorijās ir liels pieprasījums pēc luciferāzes, un dzīvu Fireflies komerciālā raža negatīvi ietekmēja Firefly populācijas dažos apgabalos. Tomēr zinātnieki veiksmīgi klonēja vienas Firefly sugas luciferāzes gēnu, Photinus pyralis, 1985. gadā, dodot iespēju sintētiskās luciferāzes ražošanai plašā mērogā.

Diemžēl daži ķīmisko vielu ražošanas uzņēmumi joprojām iegūst luciferāzi no ugunsdzēsēju mušām, nevis ražo un pārdod sintētisko versiju. Tas dažos reģionos faktiski ir devis velti ugunsdzēsēju galvām, kur cilvēki tiek mudināti tos savākt tūkstošiem cilvēku dzīves laikā. vasaras pārošanās sezona.

Vienā Tenesī apgabalā 2008. gadā cilvēki labprāt iepērka naudu viena uzņēmuma pieprasījumā pēc ugunsdzēsējiem, kas sagūstīja un iesaldēja aptuveni 40 000 vīriešu. Vienas pētnieku grupas veiktā datormodelēšana liek domāt, ka šāds ražas līmenis šādām tauriņu populācijām nav ilgtspējīgs. Tā kā mūsdienās ir pieejama sintētiskā luciferāze, šāda peļķu raža peļņas gūšanai ir pilnīgi nevajadzīga.

• Kapinera, Džons L Entomoloģijas enciklopēdija. Springers, 2008. gads.
• “Firefly pulkstenis.” Zinātnes muzejs, Bostona.
• “Kā un kāpēc iedegas ugunspuķes?” Zinātniskais amerikānis, 5. septembris 2005.
• “Fireflies iedegas, lai piesaistītu biedrus, bet arī lai novērstu plēsoņus.” Amerikas zinātnes attīstības asociācija, 21. aug. 2018.
• _{Lī, Džons. "Pamata bioluminiscenceDžordžijas Universitātes Bioķīmijas un molekulārās bioloģijas katedra.}
• _{"Ražas modelēšanas ietekme uz Firefly populācijas noturību," Ekoloģiskā modelēšana, 2013.}