Hvordan lyser ildfluer?

Et enzym, kalt luciferase, får disse lynene til å gløde

Getty Images/James Jordan Photography

Skumringen flimrer av ildfluer bekrefter at sommeren har kommet. Som barn kan du ha fanget de såkalte lynfeilene i de skålede hendene dine og kikket gjennom fingrene dine for å se dem gløde, og lurte på hvordan de fascinerende ildfluer produsere lys.

Bioluminescens hos ildfluer

Ildfluer skape lys på en lignende måte som en glowstick fungerer. Lyset er et resultat av en kjemisk reaksjon, eller kjemiluminescens. Når en lysproduserende kjemisk reaksjon oppstår i en levende organisme, kaller forskerne denne egenskapen for bioluminescens. Mest bioluminescerende organismer lever i marine miljøer, men ildfluer er blant de landbaserte skapningene som er i stand til å produsere lys.

Hvis du ser nøye på en voksen ildflue, vil du se at de to eller tre siste abdominalsegmentene ser annerledes ut enn de andre. Disse segmentene omfatter det lysproduserende orgelet, en effektiv struktur som produserer lys uten å miste varmeenergi. Hvis du noen gang har rørt en glødepære etter at den har vært på noen minutter, vet du at den er varm. Hvis ildfluens lysorgan avga tilsvarende varme, ville insektet fått en sprø ende.

Luciferase får dem til å lyse

Hos ildfluer avhenger den kjemiske reaksjonen som får dem til å gløde av et enzym som kalles luciferase. Ikke la deg villedet av navnet; dette enzymet er ikke djevelens verk. Lucifer kommer fra latin av lys , som betyr lys, og å holde ut , som betyr å bære. Luciferase er bokstavelig talt, altså enzymet som bringer lys.

Ildfluebioluminescens krever tilstedeværelse av kalsium, adenosintrifosfat, det kjemiske luciferanet og enzymet luciferase i lysorganet. Når oksygen introduseres til denne kombinasjonen av kjemiske ingredienser, utløser det en reaksjon som produserer lys.

Forskere oppdaget nylig at nitrogenoksid spiller en nøkkelrolle i å la oksygen komme inn i ildfluens lysorgan og sette i gang reaksjonen. I fravær av nitrogenoksid binder oksygenmolekyler seg til mitokondriene på overflaten av de lette organcellene og kan ikke komme inn i organet for å utløse reaksjonen. Så det kan ikke produseres lys. Når det er tilstede, binder nitrogenoksid seg til mitokondriene i stedet, slik at oksygenet kommer inn i organet, kombineres med de andre kjemikaliene og genererer lys.

I tillegg til å være artsmarkører for kameratattraksjon, er bioluminescensen også et signal til ildfluenes rovdyr, som flaggermus, om at de kommer til å smake bittert. I en studie publisert i august 2018-utgaven av tidsskriftet Vitenskapens fremskritt , fant forskere at flaggermus spiste færre ildfluer når ildfluene glødet.

Variasjoner i måtene Fireflies Flash

Lysproduserende ildfluer blinker i et mønster og en farge som er unik for deres art, og disse blinkmønstrene kan brukes til å identifisere dem. Å lære å gjenkjenne ildflueartene i ditt område krever kunnskap om lengden, antallet og rytmen til blinkene deres, tidsintervallet mellom blinkene, fargen på lyset de produserer, deres foretrukne flymønster og tidspunktet på natten når de blinker vanligvis.

Hastigheten til en ildflues blinkmønster kontrolleres av frigjøringen av ATP under den kjemiske reaksjonen. Fargen (eller frekvensen) på lyset som produseres er sannsynligvis påvirket av pH . En ildflues blinkhastighet vil også variere med temperaturen. Lavere temperaturer resulterer i langsommere blitzhastigheter.

Selv om du er godt kjent med blitzmønstrene for ildfluer i ditt område, må du være oppmerksom på mulige imitatorer som prøver å lure andre ildfluer. Firefly hunner er kjent for sin evne til etterligne blinkmønstrene til andre arter , et triks de bruker for å lokke intetanende hanner nærmere så de kan få et enkelt måltid. For ikke å bli overgått, kan noen ildfluer også kopiere blinkmønstrene til andre arter.

Luciferase i biomedisinsk forskning

Luciferase er et verdifullt enzym for biomedisinsk forskning, spesielt som en markør for genuttrykk. Forskere kan bokstavelig talt se et gen i arbeid eller tilstedeværelsen av en bakterie når luciferasen er merket. Luciferase har blitt mye brukt for å identifisere matforurensning av bakterier.

På grunn av sin verdi som et forskningsverktøy, er luciferase etterspurt av laboratorier, og kommersiell høsting av levende ildfluer påvirket ildfluepopulasjoner negativt i noen områder. Imidlertid klonet forskere luciferasegenet til en ildflueart, Photinus pyralis , i 1985, som muliggjorde storskala produksjon av syntetisk luciferase.

Dessverre trekker noen kjemiske selskaper fortsatt ut luciferase fra ildfluer i stedet for å produsere og selge den syntetiske versjonen. Dette har effektivt satt en dusør på hodene til ildfluer i enkelte regioner, hvor folk oppfordres til å samle dem i tusenvis når de er på topp. sommer parringssesong .

I et enkelt Tennessee-fylke i 2008, fanget og frøs folk som var ivrige etter å tjene penger på ett selskaps etterspørsel etter ildfluer, rundt 40 000 hanner. Datamodellering av et forskerteam antyder at dette nivået av høsting kan være uholdbart for en slik ildfluepopulasjon. Med tilgjengeligheten av syntetisk luciferase i dag, er slike høstinger av ildfluer for profitt helt unødvendige.

Kilder

• Blackcap, John L. Encyclopedia of Entomology . Springer, 2008.
• Firefly Watch . Museum of Science, Boston.
• Hvordan og hvorfor lyser ildfluer? Vitenskapelig amerikansk , 5. september 2005.
• Ildfluer lyser opp for å tiltrekke seg kamerater, men også for å avskrekke rovdyr . American Association for the Advancement of Science , 21. august 2018.
• _{Lee, John. ' Grunnleggende bioluminescens .' Institutt for biokjemi og molekylærbiologi, University of Georgia.}
• _{' Modelleringseffekter av høsting på ildfluebestandens utholdenhet ,' Økologisk modellering , 2013.}