Bioluminescens

Stor ildflue ( Lampyris noctiluca )

Som bioluminescens ( gresk βιός BIOS 'og' Life in Latin lumen , light ') er i biologi refererer til evnen til levende organismer, eller ved hjelp av symbionter til å produsere lys. Når det gjelder høyorganiserte organismer, genereres ofte lys i spesielle lysorganer , i eukaryote enkeltceller i spesielle organeller og i bakterier i cytoplasmaet . Den er basert på kjemiske prosesser der frigjort energi avgis i form av lys, så det er kjemiluminescens . Det skilles i bioluminescens mellom primær og sekundær belysning . Det normale tilfellet er den primære gløden, der et dyr er i stand til å gløde av seg selv. Hvis gløden i stedet er forårsaket av symbiotiske bakterier, som f.eks B. kjent fra fisk, snakker man om sekundær glød.

Biologisk funksjon

Bioluminescens kan ha flere funksjoner:

  • Å tiltrekke seg byttedyr eller partnere
  • kommunikasjon
  • Advarsel eller truende funksjon
  • Avskrekkende eller distraksjonsfunksjon
  • Kamuflasje ved å tilpasse ditt eget lys til omgivelsene

fordeling

Bioluminescerende arter finnes i nesten alle riker av organismer , men ikke blant høyere planter og terrestriske virveldyr .

Spredning av bioluminescens
rik primær eller sekundær glød
Dyr (flere stammer ) primær glød ( bare sekundær glød hos virveldyr )
Sopp (få arter) primær glød
høyere planter ingen glød
Encellede organismer (noen) primær glød
Bakterier (få) primær glød

Dyr

Photinus pyralis i flukt

Insektbioluminescens med for eksempel firefly (firefly; Lampyridae) og selvlysende bille (slektene Cucujo og Pyrophorus ). Det er også glødende collembola (springtails).

Lette organer fra havfisken Photostomias guernei (bak øyet)

Bioluminescens er spesielt utbredt blant det marine livet, spesielt i dypvannet (opptil 90 prosent av dypvannsorganismer), men også i kystnære farvann (rundt fem prosent). Forskjellige spruter som Vampyr blekksprut ( Vampyroteuthis infernalis ), den magiske lamper ( Lycoteuthis ) og andre blekksprut (Teuthida) euphausiid ( krill , Euphausiacea), luminiserende maneter ( luminiserende maneter Pelagia noctiluca , Aequorea Victoria , hjelm maneter Periphylla periphylla ), polychaete ( børstemark ) som Eusyllis blomstrandi i Helgoland Felswatt ( Helgoland ), Chaetopterus variopedatus , som lever skjult i sanden, og den fritt svømmende Tomopteris helgolandica , koraller som Renilla reniformis og diverse dyphavsfisk . Blant nudibranchia , sjølivende nudibranchs, er det også flere bioluminescerende arter, som: B. Plocamopherus imperialis og Phylliroe bucephalum .

Sopp

Mycena chlorophos i Hachijojima botaniske hage

Av mer enn 100.000 undersøkte sopparter er bare 71 bioluminescerende. Disse omfatter honning gul honning sopp ( Armillaria mellea ), den lysende oliven sopp ( Omphalotus Olearius ) og noen arter av slektene dverg kuler ( Panellus , f.eks Panellus stipticus ), side sopp ( Pleurotus , f.eks Pleurotus japonicus ) og hjelmer ( Mycena , f.eks Mycena citricolor , Mycena lux-coeli ).

Bioluminescens utviklet seg i fire nedstigningslinjer. Det kan vises at bioluminescensfenomenene er basert på de samme prinsippene i alle fire linjer.

Encellede organismer

Dinoflagellatbioluminescens forårsaket av å bryte bølgene

Den såkalte havglød er forårsaket av plankton , for eksempel av encellede dinoflagellater ( Noctiluca scintillans ), som reagerer på strømningsendringer ved å avgi lys. Sjølys kan observeres på mange kyster.

bakterie

Det er noen selvlysende bakterier som lever gratis i sjøvann som også finnes på matvarer som fisk, kjøtt og egg. Disse inkluderer for eksempel Aliivibrio fischeri og fotobakterier . Aliivibrio fischeri reproduserer på død saltvannsfisk og kan lett observeres hvis en død, fersk saltet sild holdes kjølig i noen tid, som deretter lyser i mørket.

Det er også symbiotisk levende selvlysende bakterier som forekommer i spesielle organer av marine dyr; Sargassoulker og lanterne fisk i særlig lever i symbiose med lysende bakterier.

generasjon

Det skilles mellom to former for bioluminescens: primær og sekundær glød. Det kalles primær glød når organismen genererer selve luminiscensen. Sekundær glød, derimot, er når en organisme inngår en symbiose med andre levende vesener (f.eks. Med selvlysende bakterier), som har muligheten for primærglød.

Symbioser

Det er ofte symbioser mellom dyr og lysbakterier. Bakteriene tilføres mat og oksygen av vertene og lever ofte i spesielle hudlommer eller deler av kroppen. Et eksempel er havfiskerfisk .

Luciferin / luciferase

En hyppig anvendt bioluminescent kjemisk reaksjon er den exergonic oksydasjon av luciferiner som D- luciferin med molekylært oksygen (O 2 ), katalysert av enzymer av luciferase . Dette skaper dioksetaner eller dioksetanoner , som brytes ned ved frigjøring av karbondioksid og frigjør den lagrede energien i form av lys.

Både luciferinene og luciferasene er arts- eller gruppespesifikke, det vil si karakteristiske for hver gruppe organismer. Luciferasene kom tydeligvis fra andre enzymer, oksygenasene , i løpet av evolusjonen . Endringen, hovedsakelig splittelse av undergrupper på luciferin, skaper energi som frigjøres som et lyskvantum .

Aequorin / coelenterazine / coelenteramide

Aequorin katalyserer oksydasjonen av coelenterazin (til venstre) til coelenteramid ; når et energirikt mellomtrinn forfaller, skapes lys.

En annen måte å generere lys på, nemlig fotoproteiner, brukes av maneten Aequorea victoria . Dette coelenterate ( hule dyret ) bruker aequorin , et Ca 2+ -avhengig primært fotoprotein. Siden den ikke blir kjemisk omdannet i løpet av reaksjonen som andre luciferiner , men går tilbake til sin opprinnelige tilstand etter lysutslipp, kan den brukes på ubestemt tid. Den blågrønne gløden til disse manetene er forårsaket av kombinasjonen av aequorin med det grønne fluorescerende proteinet (GFP), som nå også brukes som en integrert del av (celle) biologisk forskning.

Foxfire bioluminescens

Sopp bruker Foxfire bioluminescens , hvorved enzymet superoxide dismutase (SOD) fører til generering av bioluminescens.

applikasjon

Bioluminescens ble brukt allerede i middelalderen i form av bakterielamper . Det var også instruksjoner om hvordan du skal male bokstaver som lyser om natten og som er usynlige om dagen. Bioluminescens er ikke bare av interesse for grunnleggende forskning. Ulike tekniske anvendelser av bioluminescens har blitt brukt rutinemessig i noen tid. For eksempel brukes bioluminescens som en lavrisikomerkingsmetode i molekylærbiologi som sammen med fluorescerende merking i stor grad har erstattet den radioaktive merkemetoden . Bioluminescens brukes også som en påvisningsmetode i økotoksikologi for å oppdage og kvantifisere giftstoffer. Bruk av dinoflagellater i strømningsforskning for å oppdage turbulens er diskutert. Noen forskere kunngjør allerede selvlysende skjermer basert på bioluminescens.

I 1999 rapporterte britiske aviser - og deretter medier i andre land - om påstått arbeid med selvlysende juletrær. Dette skjedde imidlertid aldri.

I den siste tiden lyktes bioingeniørene til det amerikanske selskapet BioGlow i å dyrke et autoluminescerende anlegg ved hjelp av genetisk manipulasjon og bioluminescerende enzymer. Målet med utviklingen var å generere et rent, bærekraftig og rimelig plantebasert alternativ for lyskilder. Denne nye egenskapen til planten oppnås ved å integrere marine bakterier i kloroplastgenomet til ornamental tobakksarter Nicotiana alata . Disse produserer naturlig lys som en del av deres induserte metabolisme. I 2020 lyktes forskere å få planter til å skinne uavhengig og permanent lysere enn noen gang før ved hjelp av genredigering . For å gjøre dette, satte de inn gener fra en bioluminescerende sopp for produksjon av luciferin i plantegenomet.

litteratur

  • Osamu Shimomura : Bioluminescens. Kjemiske prinsipper og metoder . Word Scientific Publishing Company, New Jersey 2006, ISBN 981-256-801-8 .
  • EA Væren: Bioluminescens i havet. Opprinnelsen til biologisk, kjemisk og økologisk mangfold . I: Vitenskap . teip 328 , nr. 5979 , 7. mai 2010, s. 704-708 , doi : 10.1126 / science.1174269 , PMID 20448176 .
  • Aldo Roda (red.): Kjemiluminescens og bioluminescens. Fortid, nåtid og fremtid . RSC Publishing, Cambridge 2011, ISBN 978-1-84755-812-1 .
  • Thérèse Wilson, J. Woodland Hastings: Bioluminescens. Levende lys, lys for å leve . Harvard University Press, Cambridge (Massachusetts) 2013, ISBN 978-0-674-06716-5 .

Individuelle bevis

  1. ↑ Bill Rudman: Plocamopherus imperialis. I: seaslugforum.net. Australian Museum, Sydney, 21. desember 1998; Hentet 17. juli 2016 .
  2. ↑ Bill Rudman: Phylliroe bucephalum. I: seaslugforum.net. Australian Museum, Sydney, 9. august 2000; Hentet 17. juli 2016 .
  3. ↑ a b Osamu Shimomura : Rollen til superoksiddismutase i reguleringen av lysutslipp fra selvlysende sopp . I: Journal of Experimental Botany . teip 43 , nei 11 , 1992, s. 1519–1525 , doi : 10.1093 / jxb / 43.11.1519 .
  4. Erson Anderson G. Oliveira, Dennis E. Desjardin, Brian A. Perry, Cassius V. Stevani: Bevis for at et enkelt bioluminescerende system deles av alle kjente bioluminescerende sopplinjer . I: Fotokjemisk og fotobiologisk vitenskap . teip 11 , nei 5 , 2012, s. 848-852 , doi : 10.1039 / C2PP25032B .
  5. ↑ Jonathan M. Kendall, Michael N. Badminton: Aequorea victoria Bioluminescens flytter inn en spennende ny æra . I: Trender i bioteknologi . teip 16 , nr. 5. mai 1998, s. 216-224 , doi : 10.1016 / S0167-7799 (98) 01184-6 , PMID 9621461 .
  6. ↑ Dennis E. Desjardin, Anderson G. Oliveira, Cassius V. Stevani: Fungi bioluminescence revisited . I: Fotokjemisk og fotobiologisk vitenskap . teip 7 , nei. 2 , januar 2008, s. 170-182 , doi : 10.1039 / B713328F .
  7. ↑ Gerhard Eis : Bakterielamper i middelalderen. I: Sudhoffs arkiv . Volum 40, 1956, s. 289-294.
  8. ↑ Gundolf Keil : Notater om "Stockholm Pharmacopoeia". I: Studia neophilologica. Volum 44, nr. 2, 1972, s. 238-262, her: s. 249.
  9. ↑ Genmodifisert juletre vil lyse. I: BBC News. 25. oktober 1999, åpnet 17. juli 2016 .
  10. ↑ Marcel Robischon: Green Glow and Fantasy. Historier om genetisk konstruerte juletrær . I: Juletrær . Januar 2006, ISSN  0199-0217 , OCLC 1711451 , s. 23-26 .
  11. ↑ Starlight Avatar. BioGlow, arkivert fra originalen 14. april 2016 ; Hentet 17. juli 2016 .
  12. ↑ Bærekraftig lys oppnådd i levende planter (en) . I: phys.org . Hentet 18. mai 2020. 
  13. ↑ Forskere bruker sopp-DNA til å produsere planter som lyser permanent . I: New Atlas , 28. april 2020. Hentet 18. mai 2020. 
  14. ↑ Forskere lager glødende planter ved hjelp av soppgener (en) . I: The Guardian , 27. april 2020. Hentet 18. mai 2020. 
  15. ^ Forskere lager glød-i-mørke planter . I: CNN . Hentet 23. mai 2020. 
  16. ↑ Tatiana Mitiouchkina, Alexander S. Mishin, Louisa Gonzalez Somermeyer, Nadezhda M. Markina, Tatiana V. Chepurnyh, Elena B. Guglya, Tatiana A. Karataeva, Kseniia A. Palkina, Ekaterina S. Shakhova, Liliia I. Fakhranurova, Sofia V Chekova, Aleksandra S. Tsarkova, Yaroslav V. Golubev, Vadim V. Negrebetsky, Sergey A. Dolgushin, Pavel V. Shalaev, Dmitry Shlykov, Olesya A. Melnik, Victoria O. Shipunova, Sergey M. Deyev, Andrey I. Bubyrev, Alexander S. Pushin, Vladimir V. Choob, Sergey V. Dolgov, Fyodor A. Kondrashov, Ilia V. Yampolsky, Karen S. Sarkisyan: Planter med genetisk kodet autoluminescens . I: Nature Biotechnology . 38, nr. 8, 27. april 2020, s. 944-946. doi : 10.1038 / s41587-020-0500-9 . PMID 32341562 .

weblenker

Wiktionary: bioluminescence  - forklaringer på betydninger, ordets opprinnelse, synonymer, oversettelser
Commons : Bioluminescence  - samling av bilder, videoer og lydfiler