Naši oceani so polni svetlikajočega se življenja. A v delu oceana, kamor ne prodre nobena svetloba s površja, bioluminiscenca ni le magičen pojav, temveč nujna strategija preživetja. Svetlikajoče se živali pa ne živijo le v morskih globinah, ampak tudi na kopnem. Kaj povzroča ta skrivnostni sij?
Poleti lahko na travnikih in ob gozdnih robovih opazujemo kresničke, ki s svojim utripajočim sijem osvetljujejo noč. V toplih morskih krajih pa valovi včasih zažarijo v skrivnostnih modrikastih odtenkih. Oba pojava sta rezultat bioluminiscence – naravne »žive svetlobe«, ki jo oddajajo nekateri organizmi. Razširjena je po vsem svetu in se pojavlja pri številnih bitjih, od globokomorskih bakterij, planktona, mehkužcev, ožigalkarjev, klobučnjakov, iglokožcev, koralnjakov in rib do nekaterih kopenskih rastlin in gliv.
Bioluminiscenca nastane zaradi kemične reakcije, ki pri večini organizmov poteka v posebnih svetlobnih organih. Nekateri organizmi lahko svetijo s celotnim telesom, drugi le z določenimi deli, medtem ko so nekateri organizmi pravi mojstri skrivalnic – na svojem telesu »gojijo« svetleče bakterije, ki jih s premišljenih gibom kožne gube pokrijejo in ugasnejo. Najpogosteje se bioluminiscentna bitja odenejo v modre, zelene ali oranžne odtenke, saj se te barve v vodi najdlje ohranijo. Barve, kot sta rdeča in vijolična, se pri tem pojavu redkeje znajdejo.
Bioluminiscenca se pri organizmih pojavi kot ključni mehanizem preživetja. V temačnih globinah oceanov in nočnih pokrajinah jo uporabljajo kot svojevrsten jezik – nekateri jo izkoriščajo za prikrivanje in beg pred plenilci, drugi z njo privabljajo plen ali partnerje. Kot pojasnjujejo Reeve in sodelavci v svoji raziskavi o bioluminiscenci, svetloba lahko služi tudi kot opozorilo, način sporazumevanja z drugimi organizmi ali celo kot zvijačna mimikrija.
Prvi zapisi že v antiki
Prvi zapisi o bioluminiscenci segajo že v antiko, ko sta jo v svojih delih omenjala starorimska avtorja Dioskorid in Plinij starejši. Nekateri so celo verjeli, da imajo bioluminiscentni organizmi zdravilne lastnosti. Eden prvih znanstvenikov moderne dobe, ki je opisal ta pojav, je bil slavni britanski naravoslovec in oče teorije evolucije Charles Darwin. Leta 1832 je s krova svoje raziskovalne ladje Beagle med plovbo ob obali Tenerifov opazoval, kako ocean ob stiku z ladjo zažari v mlečno beli barvi. Kot poroča BBC, je verjetno videl dinoflagelate – drobne planktonske organizme, ki ob stiku oddajajo svetlobo. Čeprav so poročila o bioluminiscenci obstajala že stoletja, so se znanstveniki njenega temeljitega preučevanja lotili šele v 20. stoletju, navajata Aditya Srivastava in Kalpna Katiyar v Ekologiji bioluminiscence.
Da bi razumeli ta osupljivi pojav, moramo najprej pogledati kemično ozadje bioluminiscence. Bioluminiscenca nastane zaradi kemične reakcije, v kateri sodelujeta dve posebni molekuli: luciferin in bodisi luciferaza bodisi fotoprotein. Luciferin je substrat, ki se poveže z encimom luciferazo, pri tem pa odda svetlobo. Slednja je odvisna od strukture luciferina posameznega organizma. Nekateri bioluminiscentni organizmi lahko sami proizvedejo luciferin tako, kot to naredijo dinoflagelati, preostali pa ga pridobijo s prehrano ali s simbiotskim odnosom z drugimi bitji.
Luciferaza je encim, ki sodeluje pri tej kemični reakciji. Ko luciferaza reagira z oksidiranim luciferinom, nastane stranski produkt oksiluciferin, ob tem pa tudi svetloba. Čeprav večina bioluminiscentnih reakcij vključuje luciferin in luciferazo, pa nekateri organizmi uporabljajo fotoproteine, ki encima ne vključujejo. Ti delujejo tako, da se združijo z luciferinom in kisikom, vendar pa pri tem potrebujejo še druge snovi (npr. kalcijev ion), ki povzročijo svetlobo.
Evolucija oddajanja svetlobe
Med bioluminiscentnimi organizmi najdemo več različnih vrst molekul luciferina, kar kaže na to, da se je sposobnost oddajanja svetlobe v evoluciji razvila neodvisno v številnih ločenih primerih. Znanstveniki ocenjujejo, da se je bioluminiscenca pojavila vsaj 40-krat v različnih vejah evolucijskega drevesa. Čeprav je kemični proces pri vseh bioluminiscentnih organizmih podoben, pa vsak od njih to sposobnost uporablja na svoj edinstveni način.
Do zdaj so odkrili okrog sto vrst gliv, ki oddajajo lastno svetlobo. Med njimi je tudi trpki zgručevec.
Predstavljajte si globoko temo oceana, ki jo nenadoma prebode drobna svetlobna pika – vabljiv signal, s katerim plenilec privablja svojo naslednjo žrtev. Ali pa tople poletne noči, ko kresničke s svojimi utripajočimi lučkami pričarajo pravljično vzdušje. Poleg tega, da nam bioluminiscenca podarja ene od najlepših prizorov v naravi, je to ključen mehanizem organizmov. Oglejmo si nekaj najbolj fascinantnih primerov.
Svetleče lovke
Nekatere živali s pomočjo bioluminiscence vodijo svoj plen naravnost v svoja usta. Ena takih je bioluminiscentna hobotnica (Stauroteuthis syrtensis), ki jo najdemo v globinah severnega Atlantskega oceana. Ta vrsta živi blizu oceanskega dna, na globinah med 500 in 4000 metri, pri čemer je njen življenjski prostor močno odvisen od temperature vode. S svojimi svetlečimi lovkami privablja ceponožce – drobne rake – naravnost k svojim ustom. Posebni svetlobni organi, imenovani fotofori, se vijejo po njenem telesu in lovkah. Za razliko od drugih hobotnic ta vrsta nima priseskov, ki bi delovali kot oprijemalne blazinice, pač pa so se razvili v svetlobne organe, ki proizvajajo utripajočo modro-zeleno svetlobo. Njeno telo doseže velikost okoli 15 cm, kraki pa so različno dolgi. Hobotnica je rdečkasto rjava in polprozorna, kar pomeni, da ima vidne notranje organe.
Podobo trnkarice (Melanocetus), te nenavadne ribe, poznamo skoraj vsi – z velikimi, ostrimi zobmi in svetilko na glavi je postala simbol strašljivih globokomorskih bitij. Razširjene so po vsem svetu in običajno živijo v globinah med 400 in 2000 metri. Kljub temu je bil po poročanju BBC opažen primerek tudi v plitvejših vodah blizu Kanarskih otokov.
Svetleča ribiška palica
Samice trnkaric so prepoznavne po kratkem, zaobljenem telesu ter velikem in mehkem trebuhu, ki se lahko močno razširi. Zaradi te prilagoditve lahko požrejo plen, ki je veliko večji od njih samih, tudi če niso hitre plavalke. Njihova široka usta, oborožena z ostrimi zobmi, so obrnjena navzgor. Najbolj značilna prilagoditev trnkaric je svetlobni organ na podaljšani prvi hrbtni plavutni bodici, imenovani ilicij. Ta del telesa deluje kot ribiška palica z vabo (eska), ki sveti zaradi prisotnosti bioluminiscentnih bakterij. Te živijo v posebnih cevastih žlezah v vabi in proizvajajo svetlobo, ki privablja plen v temi globokega morja.
Podobo trnkarice poznamo skoraj vsi – z velikimi, ostrimi zobmi in svetilko na glavi je postala simbol strašljivih globokomorskih bitij.
Samci so bistveno manjši od samic – merijo lahko le nekaj centimetrov. Nimajo velike glave, močnih zob ali raztegljivega želodca, saj ne lovijo in se ne prehranjujejo samostojno. Kot pojasnjuje Thomas Pietsch, raziskovalec globokomorskih rib, lahko samci v mladosti nekaj časa živijo neodvisno, vendar njihova edina življenjska naloga kmalu postane iskanje samice. Ko jo najdejo, se nanjo pritrdijo z zobmi, sčasoma pa se telesi spojita (tudi krvna obtoka se združita). Samec izgubi večino svojih organov, vključno s prebavili. Samici tako v življenju zaplodi več legel jajčec.
Svetlobni vrtiljaki
Globokomorska kronasta meduza (Atolla sp.) je vrsta, ki jo najdemo v tropskih in subtropskih oceanih, predvsem v globinah med 1000 in 4000 metri. Njeno telo je rdeče barve, vendar zaradi odsotnosti svetlobe v njenem habitatnem območju ostaja nevidna za plenilce. Kot vse meduze tudi ta vrsta nima zapletenih prebavnih, dihalnih ali cirkulacijskih sistemov, prav tako nima možganov.
S svojimi lovkami ujame različne organizme, ki se pojavijo v njeni bližini. Po poročanju morskega portala Scuba.com je zanimiva značilnost kronaste meduze njena sposobnost ustvarjanja svetlobnih vrtiljakov, ki se sprožijo ob napadu. Ta svetlobni učinek lahko privabi še večje plenilce, ki se nato lotijo organizmov, ki so napadli meduzo.
Vampirski ligenj
V globokih in temnih vodah tropskih ter zmernih morij po vsem svetu prebiva skrivnostni vampirski ligenj (Vampyroteuthis infernalis). Ta nenavadni organizem, ki živi na globinah med 600 in 1200 metri, se prilagodi ekstremnim razmeram, kjer je voda ledeno mrzla, temperature pa se gibljejo med 2 in 6 °C. Njegovo telo je želatinasto in spreminja barvo od črne do bledo rdeče. Lovke, ki so povezane z mrežasto kožo, so opremljene s številnimi kožastimi izrastki, na distalnem koncu pa vsebujejo priseske. Nad velikimi očmi so majhne plavuti.
Značilnost kronaste meduze je njena sposobnost ustvarjanja svetlobnih vrtiljakov, ki se sprožijo ob napadu.
Vampirski ligenj je znan po svoji bioluminiscentni sposobnosti. Medtem ko številne vrste lignjev svoje napadalce popršijo s črnilom, se je to globokomorsko bitje na drugačno okolje prilagodilo tako, da so lovke opremljene s fotofori, ki izlivajo svetlečo sluz. Ta zamoti napadalca in se nanj tudi prilepi, ligenj pa lahko pobegne.
Svetleča odpadla vaba
Kačjerepi (Amphiura filiformis) so bližnji sorodniki morskih zvezd. Razširjeni so po vsem svetu na globinah do 200 metrov. To bitje ima v sredini diskasto manjše telo, iz katerega se razteza pet dolgih gibljivih lovk. Ta vrsta je še posebej zanimiva zaradi svojih izjemnih sposobnosti regeneracije, kar je tudi dobra obrambna strategija. Ko je kačjerep napaden, lahko žrtvuje eno izmed lovk. Ta odpade, zasveti, plenilec pa sledi vabi. Kačjerep tako odnese celo glavo, manjkajoča lovka pa mu kmalu spet zraste in postane funkcionalna v nekaj tednih.
Magični prizori kresničk, ki jih lahko opazujemo v poletnih nočeh, so prava posebnost narave. Kresnice so razširjene po vsem svetu, predvsem v tropskih in zmernih območjih, vendar so prisotne tudi v nekaterih subtropskih predelih. V Evropi je najbolj znana vrsta velika kresnica (Lampyris noctiluca), ki jo najdemo v večini držav.
Kresnice so del družine bioluminiscenčnih hroščev Lampyridae, ki so znani po svojih svetlobnih organih. Ti organi so na spodnji strani zadnjega dela telesa. Kresnice imajo sposobnost uravnavanja utripanja svetlobe s pomočjo svojih svetlečih organov. Samci so krilati, pri čemer je prvi par kril trši, drugi par pa je opnast. Samice nimajo kril, so rjave barve in imajo velike oči.
Ko je kačjerep napaden, lahko žrtvuje eno izmed lovk.
Svetlobo oddaja okrog sto vrst gliv
V svetu bioluminiscence tudi glive niso nobena izjema. Do zdaj so odkrili okrog sto vrst gliv, ki oddajajo lastno svetlobo. Goba, kot je trpki zgručevec (Panellus stipticus), je ena izmed njih. Ta bioluminiscentna goba je prisotna skoraj vse leto, od marca do novembra, in raste predvsem na panjih, odpadlih vejah ter štorih listavcev.
V temi lahko opazujemo, kako nekatere žuželke neprestano letajo proti viru svetlobe. Znanstveniki menijo, da je to tudi ena izmed vlog pojavljanja bioluminiscence pri glivah – verjetno služi za privabljanje žuželk. Ko se žuželka sprehaja po glivi, jo prekrijejo njeni trosi. Te žuželka odnese s seboj in po svoji nadaljnji poti s trosi glivo razširja drugam.
Svetleči črvi
V skrivnostnih globinah jam na Novi Zelandiji se skriva naravni čudež, ki očara obiskovalce z neverjetnim svetlobnim spektaklom – ustvarjajo ga svetleči črvi (Arachnocampa luminosa). Strop teh jam se svetlika kot nočno nebo, saj ličinke te vrste mušic izredno svetijo, kar ustvarja iluzijo zvezdnega neba. Ta svetloba nastane zaradi lepljivih mrež, ki jih črvi oblikujejo iz vrvic, ki odbijajo svetlobo in na katere so nanizane svetleče »perlice«. Znanstveniki verjamejo, da ta svetlobni pojav privabi žuželke, s katerimi se ličinke kasneje prehranjujejo, kar jim pomaga preživeti v temnem okolju.
Kako znanost izkorišča naravno svetlobo
Bioluminiscenca je že od nekdaj pritegovala človeško pozornost in bila v različnih obdobjih domiselno uporabljena. Ljudstva so si skozi zgodovino pripovedovala zgodbe in številna prepričanja o svetlikajočih se organizmih, v 19. stoletju pa so britanski rudarji uporabljali kresnice in svetlečo kožo bioluminiscentnih rib za osvetljevanje temnih rudnikov.
V skrivnostnih globinah jam na Novi Zelandiji se skriva naravni čudež, ki očara obiskovalce z neverjetnim svetlobnim spektaklom – ustvarjajo ga svetleči črvi.
Med prvo svetovno vojno so ponoči vojaki v jarkih včasih uporabljali kresnice za branje zemljevidov, saj so se tako izognili uporabi umetne svetlobe, ki bi jih lahko izdala sovražniku. Bioluminiscenca je pomagala tudi britanski mornarici potopiti nemško podmornico, saj je plankton oddajal dovolj svetlobe, da je izdal njen položaj. Podobno so tudi japonski vojaki med drugo svetovno vojno izkoriščali bioluminiscenco. V bitke so nosili posušene morske kresnice, ki so jih zmešali z vodo, da so oddajale ravno toliko svetlobe, da so lahko brali zemljevide, ne da bi jih pri tem opazil sovražnik.
Bioluminiscenca odpira številne možnosti za uporabo v znanosti, tehnologiji in medicini. Znanstveniki in inženirji preučujejo kemične procese in pogoje, ki omogočajo ta pojav, da bi ga izkoristili za izboljšanje vsakdanjega življenja in povečanje varnosti. Ena izmed najpomembnejših aplikacij je uporaba zelenega fluorescenčnega proteina (GFP) za tako imenovani »poročevalski gen« (angl. reporter gene). Ta protein omogoča raziskovalcem, da ga pritrdijo na druge gene, ki jih preučujejo, saj zaradi svoje fluorescence olajša sledenje in merjenje aktivnosti določenega gena. Na ta način lahko znanstveniki spremljajo izražanje genov v celicah ter njihovo interakcijo z drugimi kemičnimi spojinami.
Britanska raziskovalka dr. Siouxsie Wiles, ustanoviteljica laboratorija za bioluminiscentne supermikroorganizme, uporablja bioluminiscenco pri razvijanju novih zdravil za nalezljive bolezni. Pri raziskavah znanstveniki s pomočjo bioluminiscentnih genov označijo škodljive bakterije, ki povzročajo bolezen. Dokler so bakterije žive, oddajajo svetlobo, ob odmrtju pa svetlikanje preneha.
Na ta način lahko raziskovalci testirajo učinkovitost zdravil – če bakterije po uporabi zdravila izgubijo sposobnost svetlikanja, to pomeni, da je zdravljenje uspešno. Ta metoda, imenovana bioluminiscentno prikazovanje, se ne uporablja le pri iskanju zdravil za nalezljive bolezni, temveč tudi pri raziskovanju rakavih obolenj in nevrodegenerativnih motenj, kot je Alzheimerjeva bolezen.
Bioluminiscentne bakterije so koristne tudi pri preverjanju onesnaženosti voda. Znanstveniki v laboratoriju vzorce blatne vode iz rečnih strug pomešajo z bioluminiscentnimi bakterijami. Če je voda onesnažena s strupenimi snovmi, bakterije začnejo izgubljati svetlobo – hitrejše bledenje pomeni večjo prisotnost škodljivih kemikalij in večjo nevarnost za ekosistem.
Nekatere uporabe bioluminiscence so še v fazi eksperimentiranja, vendar obetajo izjemne možnosti. Kot navajajo Benjamin Reeve in sodobniki v svojem delu o aplikaciji bioluminiscence, bi bioluminiscentna drevesa lahko nekoč osvetljevala ulice in ceste, s čimer bi zmanjšali porabo električne energije. Prav tako bi lahko razvili svetleče kmetijske rastline, ki bi oddajale svetlobo, ko bi jim primanjkovalo vode ali hranil, ali pa bi signalizirale, kdaj so zrele za obiranje. Takšne inovacije bi lahko zmanjšale stroške kmetijstva in povečale učinkovitost pridelave hrane.
Svet bioluminiscence je osupljiv in poln presenečenj. Od svetlikajočih se gob v naših gozdovih do kresnic, ki plešejo v poletnih nočeh, in skrivnostnih svetlečih črvov v jamah Nove Zelandije – narava nam ponuja spektakel, ki še vedno buri domišljijo znanstvenikov in raziskovalcev. A bioluminiscenca ni le čudovit naravni pojav; njena uporabnost sega daleč preko tega – ima pomembno vlogo v naravi in vse večjo vrednost za človeka. S tem, ko raziskujemo svet naravne svetlobe, odkrivamo ne le skrivnosti bioloških procesov, temveč tudi nove možnosti za prihodnost.
Članek je bil objavljen v reviji Gea
Gea spodbuja dejaven življenjski slog in vseživljenjsko radovednost ter navdušuje z aktualnimi raznolikimi temami o dogajanju okrog nas.
Več o reviji Gea >
