Hoe produceren vuurvliegjes licht?

De schemering flikkerde vuurvliegjes bevestigt dat de zomer is aangebroken. Als kind heb je die zogenaamde bliksembeestjes misschien in je holle handen gevangen en door je vingers gekeken om ze te zien gloeien, terwijl je je afvroeg hoe die fascinerende vuurvliegjes licht produceren.

Vuurvliegjes creëer licht op dezelfde manier als hoe een glowstick werkt. Het licht is het resultaat van een chemische reactie of chemiluminescentie. Wanneer een lichtproducerende chemische reactie optreedt in een levend organisme, noemen wetenschappers deze eigenschap bioluminescentie. Meest bioluminescente organismen leven in mariene omgevingen, maar vuurvliegjes behoren tot de aardse wezens die licht kunnen produceren.

Als je goed kijkt naar een volwassen vuurvlieg, zie je dat de laatste twee of drie buiksegmenten er anders uitzien dan de andere. Deze segmenten vormen het lichtproducerende orgel, een efficiënte structuur die licht produceert zonder warmte-energie te verliezen. Als je ooit een gloeilamp hebt aangeraakt nadat deze een paar minuten heeft gedraaid, weet je dat hij warm is. Als het lichtorgel van de vuurvlieg vergelijkbare warmte afgeeft, zou het insect een knapperig uiteinde krijgen.

Bij vuurvliegjes hangt de chemische reactie waardoor ze gloeien af ​​van een enzym dat luciferase wordt genoemd. Laat u niet misleiden door de naam; dit enzym is geen werk van de duivel. Lucifer komt uit het Latijn lucis, wat licht betekent, en ferre, wat betekent dragen. Luciferase is dus letterlijk het enzym dat licht brengt.

Bioluminescentie van Firefly vereist de aanwezigheid van calcium, adenosinetrifosfaat, het chemische luciferan en het enzym luciferase in het lichtorgaan. Wanneer zuurstof wordt geïntroduceerd in deze combinatie van chemische ingrediënten, veroorzaakt het een reactie die licht produceert.

Wetenschappers ontdekten onlangs dat stikstofmonoxide een sleutelrol speelt bij het toelaten van zuurstof in het lichtorgaan van de vuurvlieg en het initiëren van de reactie. Bij afwezigheid van stikstofmonoxide binden zuurstofmoleculen zich aan de mitochondriën op het oppervlak van de lichte orgaancellen en kunnen ze het orgaan niet binnengaan om de reactie te veroorzaken. Er kan dus geen licht worden geproduceerd. Indien aanwezig bindt stikstofmonoxide zich in plaats daarvan aan de mitochondriën, waardoor de zuurstof het orgel kan binnendringen, zich combineert met de andere chemicaliën en licht genereert.

De bioluminescentie is niet alleen soortmarker voor het aantrekken van paren, maar is ook een signaal voor roofdieren van vuurvliegjes, zoals vleermuizen, dat ze bitter gaan smaken. In een studie gepubliceerd in het augustusnummer van het tijdschrift Wetenschappelijke vooruitgangontdekten onderzoekers dat vleermuizen minder vuurvliegjes aten als de vuurvliegjes gloeiden.

Lichtproducerende vuurvliegjes flitsen in een patroon en kleur die uniek is voor hun soort, en deze flitspatronen kunnen worden gebruikt om ze te identificeren. Het leren herkennen van de vuurvliegsoorten in uw gebied vereist kennis van de lengte, het aantal en het ritme van hun flitsen, het interval van tijd tussen hun flitsen, de kleur van het licht dat ze produceren, hun favoriete vluchtpatronen en de tijd van de nacht wanneer ze meestal flitsen.

De snelheid van het flitspatroon van een vuurvlieg wordt geregeld door de afgifte van ATP tijdens de chemische reactie. De kleur (of frequentie) van het geproduceerde licht wordt waarschijnlijk beïnvloed door pH. De flitssnelheid van een vuurvlieg hangt ook af van de temperatuur. Lagere temperaturen resulteren in lagere flitssnelheden.

Zelfs als u goed thuis bent in de flitspatronen voor vuurvliegjes in uw omgeving, moet u rekening houden met mogelijke navolgers die proberen hun mede-vuurvliegjes voor de gek te houden. Firefly-vrouwtjes staan ​​bekend om hun vermogen om bootsen de flitspatronen van andere soorten na, een truc die ze gebruiken om nietsvermoedende mannen dichterbij te lokken, zodat ze een gemakkelijke maaltijd kunnen scoren. Om niet te worden overtroffen, kunnen sommige mannelijke vuurvliegjes ook de flitspatronen van andere soorten kopiëren.

Luciferase is een waardevol enzym voor biomedisch onderzoek, met name als marker voor genexpressie. Onderzoekers kunnen letterlijk een gen aan het werk zien of de aanwezigheid van een bacterie wanneer het luciferase wordt getagd. Luciferase wordt veel gebruikt om voedselbesmetting door bacteriën te helpen identificeren.

Vanwege zijn waarde als onderzoeksinstrument is luciferase erg in trek bij laboratoria en de commerciële oogst van levende vuurvliegjes had in sommige gebieden een negatieve invloed op de vuurvliegpopulaties. Wetenschappers hebben echter met succes het luciferasegen van één vuurvliegsoort gekloond, Photinus pyralisin 1985, waardoor de grootschalige productie van synthetische luciferase mogelijk werd.

Helaas halen sommige chemische bedrijven luciferase nog steeds uit vuurvliegjes in plaats van de synthetische versie te produceren en te verkopen. Dit heeft effectief een premie op de hoofden van vuurvliegjes gebracht in sommige regio's, waar mensen worden aangemoedigd om ze met duizenden te verzamelen tijdens de piek van hun zomer paartijd.

In een enkele provincie in Tennessee in 2008, wilden mensen graag de vraag van een bedrijf naar vuurvliegjes opvangen en ongeveer 40.000 mannen vangen en bevriezen. Computermodellering door één onderzoeksteam suggereert dat dit oogstniveau mogelijk onhoudbaar is voor een dergelijke vuurvliegpopulatie. Met de beschikbaarheid van synthetische luciferase tegenwoordig, zijn dergelijke oogsten van vuurvliegjes voor winst volkomen overbodig.

• Capinera, John L. Encyclopedie van entomologie. Springer, 2008.
• “Firefly Watch.” Museum of Science, Boston.
• “Hoe en waarom lichten vuurvliegjes op?” Wetenschappelijke Amerikaan, 5 sept. 2005.
• “Vuurvliegjes lichten op om vrienden aan te trekken, maar ook om roofdieren af ​​te schrikken.” American Association for the Advancement of Science, 21 aug. 2018.
• _{Lee, John. "Basisbioluminescentie. "Afdeling Biochemie en Moleculaire Biologie, Universiteit van Georgia.}
• _{"Modelleringseffecten van oogst op Firefly-populatiepersistentie," Ecologische modellering, 2013.}