Βιοφωταύγεια: Η περίπτωση της πυγολαμπίδας

0

Η πυγολαμπίδα είναι ένα νυχτόβιο κολεόπτερο έντομο με ένα ειδικό φωτογόνο όργανο στο κάτω τμήμα της κοιλιάς του, από το οποίο παράγονται ρυθμικές λάμψεις συνήθως πράσινου / κίτρινου χρώματος. Πρόκειται για πολύ φωτεινά σήματα, κατά τη δημιουργία των οποίων χημική ενέργεια μετατρέπεται σε ακτινοβολία με απόδοση που αγγίζει το 100% (με ελάχιστη παραγωγή θερμότητας δηλαδή).  

Το φαινόμενο της εκπομπής φωτός από ζώντες οργανισμούς ή από in vitro βιοχημικά συστήματα ονομάζεται βιοφωταύγεια. Πρόκειται, κατά κύριο λόγο, για ένα μηχανισμό άμυνας ή σεξουαλικής επικοινωνίας μεταξύ των δύο φύλων ενός είδους. Ειδικά στην περίπτωση των πυγολαμπίδων, η βιοφωταύγεια αφορά κυρίως την αναπαραγωγή τους.  

Τα αρσενικά έντομα του είδους πετούν κατά το σούρουπο ή κατά τη διάρκεια της νύχτας και φωτοβολούν εκπέμποντας λάμψεις. Μόλις τα θηλυκά αντιληφθούν τις λάμψεις αυτές, «απαντούν» επίσης με λάμψεις, οι οποίες ανιχνεύονται από τα αρσενικά. Το όλο αυτό φαινόμενο δεν είναι καθόλου απλό, αφού τα αρσενικά θα πρέπει να αναγνωρίσουν τα σωστά σήματα είτε, για παράδειγμα, μέσω ενός σύνθετου «κώδικα αναγνώρισης φύλου», ο οποίος θέλει τα θηλυκά να εκπέμπουν φωτεινό σήμα με μια καθυστέρηση συγκεκριμένης διάρκειας, είτε μέσω της ανίχνευσης χρωματικών διαφορών.

Για να παραχθούν οι λάμψεις, θα πρέπει από το οργανικό μόριο «λουσιφερίνη» να προκύψει συγκεκριμένο διεγερμένο σύμπλοκο, το οποίο θα εκπέμψει φως κατά την αποδιέγερσή του. Απαραίτητη προϋπόθεση για να γίνει αυτό είναι η λουσιφερίνη να οξειδωθεί μέσω μιας διαδικασίας που απαιτεί την ύπαρξη του ένζυμου-καταλύτη «λουσιφεράση», αλλά και την ύπαρξη ιόντων μαγνησίου, προφανώς οξυγόνου, αλλά και ATP (αδενοσινοτριφωσφορικό οξύ), το οποίο λειτουργεί ως «αποθήκη χημικής ενέργειας» και είναι απαραίτητο και για τις αντιδράσεις βιοφωταύγειας. Το επίσης απαραίτητο για τη βιοχημική αντίδραση μοριακό οξυγόνο μεταφέρεται στο φωτογόνο όργανο μέσω τραχειακών διακλαδώσεων που αποτελούν το σύστημα αερισμού του εν λόγω οργάνου. Ο έλεγχος της όλης διαδικασίας γίνεται από το νευρικό σύστημα του εντόμου.

Η βιοφωταύγεια γενικότερα και το ζεύγος λουσιφερίνη-λουσιφεράση ειδικότερα έχουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον και για τις επιστήμες της βιοτεχνολογίας και της ιατρικής. Για παράδειγμα, λουσιφεράσες έχουν ενσωματωθεί σε κύτταρα ποντικιών, τα οποία in vivo άρχισαν να φωτοβολούν, αφού προηγουμένως είχε χορηγηθεί στα ποντίκια λουσιφερίνη (in vivo cell tracking with bioluminescence imaging, βλ. Prescher and Contag, 2010; Kaskova et al., 2016).

Μάιπας Γ. Σ.

Επιλεγμένες βιβλιογραφικές αναφορές

Kaskova, Z. M., Tsarkova, A. S.,  Yampolsky, I. V. (2016). 1001 lights: luciferins, luciferases, their mechanisms of action and applications in chemical analysis, biology and medicine. Chemical Society Reviews, 45(21), 6048-6077.

Prescher, J. A., Contag, C. H. (2010). Guided by the light: visualizing biomolecular processes in living animals with bioluminescence. Current Opinion in Chemical Biology, 14(1), 80-89.

Cronin, T. W., Järvilehto, M., Weckström, M., Lall, A. B. (2000). Tuning of photoreceptor spectral sensitivity in fireflies (Coleoptera: Lampyridae). Journal of Comparative Physiology A: Neuroethology, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology, 186(1), 1-12.

Greenfield, M. D. (2001). Missing link in firefly bioluminescence revealed: NO regulation of photocyte respiration. BioEssays, 23(11), 992-995.

Vieira, J., da Silva, L. P., da Silva, J. C. E. (2012). Advances in the knowledge of light emission by firefly luciferin and oxyluciferin. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 117, 33-39.

Oba, Y., Ojika, M., Inouye, S. (2003). Firefly luciferase is a bifunctional enzyme: ATP‐dependent monooxygenase and a long chain fatty acyl‐CoA synthetase. FEBS Letters, 540(1-3), 251-254.

Εγκυκλοπαίδεια ΠΑΠΥΡΟΣ ΛΑΡΟΥΣ ΜΠΡΙΤΑΝΝΙΚΑ (Έκδοση 1996). Αθήνα: Εκδοτικός Οργανισμός Πάπυρος (λήμματα: βιοφωταύγεια, βιοφωσφορισμός, πυγολαμπίδα, λαμπυρίς).

Print

ΑΦΗΣΤΕ ΜΙΑ ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Please enter your comment!
Please enter your name here