Marea a fost luminată pestriț în urma navei, cu o culoare uniformă și ușor lăptoasă. Când apa a fost pusă într-o sticlă, ea a generat scântei …
Prima inregistrare în jurnalul zoologic a lui Charles Darwin, a fost scrisă în timp ce se afla la bordul navei Beagle pe coasta insulei Tenerife, la 6 ianuarie 1832. Ceea ce a văzut Darwin erau in fapt creaturi marine bioluminescente, ce produceau lumină care pâlpâia ca reacție la perturbațiile fizice.
Bioluminescența, producția și emisia de lumină de către organismele vii, a devenit o fundatură pentru Darwin. El a încercat să explice de ce acest fenomen a apărut la specii separate într-o manieră aparent aleatoare. Acum știm însă că bioluminescența a evoluat independent de cel puțin 40 de ori pe uscat și în mare.
Darwin nu a fost primul care a studiat bioluminescența. Filosoful grec Aristotel a observat că bioluminiscența este un tip de lumină “rece” – prin faptul că nu produce căldură – în jurul anului 350 î.Hr. Cercetătorii au descoperit că această formă de chemiluminescență produce lumină albastră-verde, ca rezultat al oxidării unui compus numit luciferină (“aduce-lumina”) de către o enzimă numită luciferază.
Mai mult de 75% din creaturile de adâncime sunt estimate că produc lumină proprie. Peștele, de exemplu, folosește momeli bioluminescente, asemănătoare cu tijele de pescuit, pentru a atrage prada spre gurile lor mari. Intrigant, lumina peștelui pescar (Lophiiformes) este de fapt produsa de Photobacterium, o bacterie care traieste in simbioza cu pestele din interiorul escalei sale.
Calmarul Hawaiian – Euprymna scolopes – care trăiește în ape puțin adânci, are de asemenea o relație simbiotică cu o bacterie bioluminescentă, Aliivibrio fischeri. Noaptea, aceste bacterii încep să strălucească, iar calmarul folosește lumina lor pentru a se camufla în cerul de noapte. Această strategie de contra-iluminare este asemănătoare cu o mantie de invizibilitate.
În zori, calmarul expulzează aproximativ 95% din bacteriile strălucitoare de pe organele sale ușoare și hrănește restul de 5% cu cantități suficiente de nutrienți pentru a crește pe parcursul zilei. Masă critică este atinsă iar odată cu lăsarea serii, moment în care lumina se reaprinde.
Studiul acestei bacterii a condus la descoperirea unor fenomene microbiologice numite “cvorum sensing”. Această “limbă chimică” este folosită de Aliivibrio fischeri pentru a-și număra vecinii. Făcând acest lucru se asigură că nu se pierde nici o energie în transformarea genelor bioluminescente înainte de a exista suficiente celule prezente în organele luminoase ale calmarului (în mod obișnuit, în jur de 10m celule pe mililitru).
Mai aproape de suprafața mării, bioluminescența este generată de un plancton numit Noctiluca scintillans, cunoscut sub numele de “scânteie mare”. Acest organism microscopic produce blituri de lumină ca răspuns la perturbații fizice, când valurile se sparg pe țărm sau când o piatră este aruncată în apa. Reacția bioluminescentă ca răspuns la stimuli este numită efectul de “alarmă anti-efracție”. Când este atacat de un prădător, blițul colectiv de lumină sperie atacatorul și-i marchează poziția, alertând prădătorii de rang supperior.
Bioluminiscența și oamenii
De-a lungul istoriei, oamenii au inventat modalități ingenioase de a folosi bioluminescența în avantajul lor. Câmpurile strălucitoare au fost folosite de triburi pentru a lumina drumul prin jungle dense, de exemplu, în timp ce licuricii au fost folosiți de mineri ca o lampă de siguranță timpurie. Poate că inspirați de aceste aplicații, cercetătorii se îndreaptă din nou spre bioluminescență ca o formă potențială de energie verde. În viitorul nu atât de îndepărtat, lămpile tradiționale stradale pot fi înlocuite cu arbori și clădiri bioluminiscente.
Astăzi, bioluminiscența de la Aliivibrio fischeri este utilizată pentru monitorizarea toxicității apei. Atunci când este expus la poluanți, producția de lumină din cultura bacteriană scade, semnalizând posibila prezență a unui contaminant.
Bioluminiscența a jucat un rol important chiar și în război. Organismele bioluminescente au ajutat la scufundarea ultimei nave germane din Germania în timpul celui de-al doilea război mondial, în noiembrie 1918. Submarinul a fost raportat că a navigat printr-o floare bioluminescentă, lăsând un tremur strălucitor, urmărit de aliați.
A avut insă și un rol protector. În urma uneia dintre cele mai sângeroase bătălii ale războiului civil american, la Shiloh, rănile unora dintre soldații răniți au început să strălucească. Aceste răni strălucitoare s-au vindecat mai rapid și mai curat, iar fenomenul a devenit cunoscut sub numele de “Strălucirea lui Angel”. Stralucirea a fost probabil produsă de Photorhabdus luminescens, o bacterie care locuiește în sol și care a eliberat compuși antimicrobieni protejându-i astfel pe soldați de infecție.
Aplicațiile medicale ale bioluminescenței sunt însă cele care au atras cel mai mult entuziasm. În 2008, Premiul Nobel pentru Chimie a fost acordat pentru descoperirea și dezvoltarea proteinei fluorescente verde (GFP). GFP se găsește în mod natural în meduza de cristal Aequorea victoria, care, spre deosebire de mecanismul de bioluminescență descris până acum, este fluorescent. Aceasta înseamnă că proteina trebuie să fie excitată de lumina albastră înainte de a emite lumină verde caracteristică. De la descoperirea sa, GFP a fost introdus genetic in diferite tipuri de celule si chiar animale pentru a arunca o lumină asupra aspectelor importante ale biologiei celulare si ale dinamicii bolii.
Procesul evolutiv care a culminat cu bioluminescența a luat milioane de ani, dar aplicațiile sale științifice continuă să revoluționeze lumea noastră modernă.
