A bioluminescência é a luz produzida por uma reação química dentro de um organismo vivo . A bioluminescência é um tipo de quimioluminescência , que é simplesmente o termo para uma reação química em que a luz é produzida. ( A bioluminescência é a quimioluminescência que ocorre dentro de um organismo vivo .)
A bioluminescência é uma " luz fria ". Luz fria significa que menos de 20% da luz gera radiação térmica ou calor.
A maioria dos organismos bioluminescentes são encontrados no oceano. Essas espécies marinhas bioluminescentes incluem peixes, bactérias e geléias. Alguns organismos bioluminescentes, incluindo vaga-lumes e fungos, são encontrados em terra. Quase não há organismos bioluminescentes nativos de habitats de água doce .
Química
A reação química que resulta em bioluminescência requer dois produtos químicos únicos: luciferina e luciferase ou fotoproteína . A luciferina é o composto que realmente produz luz. Em uma reação química, a luciferina é chamada de substrato . A cor bioluminescente (amarelo nos vaga-lumes, esverdeada nos peixes-lanterna) é resultado do arranjo das moléculas de luciferina.
Alguns organismos bioluminescentes produzem ( sintetizam ) luciferina por conta própria. Os dinoflagelados , por exemplo, bioluminescem em uma cor verde-azulada. Os dinoflagelados bioluminescentes são um tipo de plâncton – minúsculos organismos marinhos que às vezes podem fazer com que a superfície do oceano brilhe à noite.
Alguns organismos bioluminescentes não sintetizam luciferina. Em vez disso, eles o absorvem por meio de outros organismos, seja como alimento ou em uma relação simbiótica . Algumas espécies de peixes aspirantes, por exemplo, obtêm luciferina através da "semente do camarão" que consomem . Muitos animais marinhos, como lulas, abrigam bactérias bioluminescentes em seus órgãos de luz. As bactérias e lulas têm uma relação simbiótica.
Luciferase é uma enzima . Uma enzima é uma substância química (chamada catalisador ) que interage com um substrato para afetar a velocidade de uma reação química. A interação da luciferase com a luciferina oxidada (com adição de oxigênio) cria um subproduto chamado oxiluciferina. Mais importante, a reação química cria luz. Os dinoflagelados bioluminescentes produzem luz usando uma reação luciferina-luciferase. A luciferase encontrada nos dinoflagelados está relacionada com a clorofila química verde encontrada nas plantas.
Os ecossistemas de dinoflagelados bioluminescentes são raros, formando-se principalmente em lagoas de águas quentes com aberturas estreitas para o mar aberto. Dinoflagelados bioluminescentes se reúnem nessas lagoas ou baías, e a abertura estreita os impede de escapar . Toda a lagoa pode ser iluminada à noite. Biólogos identificaram um novo ecossistema de dinoflagelados bioluminescentes na Reserva Natural de Humacao, Porto Rico, em 2010.
A maioria das reações bioluminescentes envolve luciferina e luciferase. Algumas reações, no entanto, não envolvem uma enzima (luciferase). Essas reações envolvem uma substância química chamada fotoproteína. As fotoproteínas se combinam com luciferinas e oxigênio, mas precisam de outro agente, geralmente um íon do elemento cálcio, para produzir luz.
As fotoproteínas foram identificadas apenas recentemente, e biólogos e químicos ainda estão estudando suas propriedades químicas incomuns. As fotoproteínas foram estudadas pela primeira vez em geleias de cristal bioluminescentes encontradas na costa oeste da América do Norte. A fotoproteína em geleias de cristal é chamada de "proteína fluorescente verde" ou GFP .
No entanto, a bioluminescência não é a mesma coisa que a fluorescência . A fluorescência não envolve uma reação química. Na fluorescência, uma luz estimulante é absorvida e reemitida . A luz fluorescente só é visível na presença da luz estimulante. A tinta usada nas canetas marca-texto é fluorescente. A fosforescência é semelhante à fluorescência, exceto que a luz fosforescente é capaz de reemitir luz por períodos de tempo muito mais longos. Os adesivos que brilham no escuro são fosforescente.
Luz Bioluminescente
A aparência da luz bioluminescente varia muito, dependendo do habitat e do organismo em que é encontrada.
A maior parte da bioluminescência marinha, por exemplo, é expressa na parte verde-azulada do espectro de luz visível . Essas cores são mais facilmente visíveis no oceano profundo. Além disso, a maioria dos organismos marinhos é sensível apenas às cores verde-azuladas. Eles são fisicamente incapazes de processar cores amarelas, vermelhas ou violetas.
A maioria dos organismos terrestres também exibe bioluminescência verde-azulada. No entanto, muitos brilham no espectro amarelo, incluindo vaga-lumes e o único caracol terrestre conhecido por bioluminescência, Quantula striata , nativo dos trópicos do Sudeste Asiático.
Poucos organismos podem brilhar em mais de uma cor. O chamado verme ferroviário (na verdade, a larva de um besouro) pode ser o mais familiar. A cabeça do verme ferroviário brilha em vermelho, enquanto seu corpo brilha em verde. Diferentes luciferases fazem com que a bioluminescência seja expressa de forma diferente.
Alguns organismos emitem luz continuamente. Algumas espécies de fungos presentes na madeira em decomposição , por exemplo, emitem um brilho bastante consistente, chamado foxfire .
A maioria dos organismos, no entanto, usa seus órgãos de luz para piscar por períodos de menos de um segundo a cerca de 10 segundos. Esses flashes podem ocorrer em pontos específicos, como os pontos em uma lula. Outros flashes podem iluminar todo o corpo do organismo.
Adaptações
A bioluminescência é usada pelos seres vivos para caçar presas , defender-se contra predadores , encontrar parceiros e executar outras atividades vitais .
Adaptações defensivas
Algumas espécies luminescem para confundir os atacantes. Muitas espécies de lulas, por exemplo, piscam para assustar predadores, como peixes. Com o peixe assustado pego de surpresa, a lula tenta escapar rapidamente.
A lula vampiro exibe uma variação desse comportamento defensivo. Como muitas lulas do fundo do mar, a lula vampiro carece de bolsas de tinta. (As lulas que vivem perto da superfície do oceano ejetam tinta escura para deixar seus predadores no escuro.) Em vez disso, a lula vampiro ejeta muco bioluminescente pegajoso , que pode assustar, confundir e atrasar os predadores, permitindo que a lula escape.
Muitas espécies marinhas usam uma técnica chamada contra-iluminação para se proteger. Muitos predadores, como tubarões, caçam por baixo. Eles olham para cima, onde a luz do sol cria sombras sob a presa. A contrailuminação é um tipo de camuflagem contra esse comportamento predatório.
Hatchetfish usa contra-iluminação. Hatchetfish tem órgãos produtores de luz que apontam para baixo. Eles ajustam a quantidade de luz que vem de baixo para combinar com a luz que vem de cima. Ao ajustar sua bioluminescência, eles disfarçam suas sombras e se tornam praticamente invisíveis para os predadores que olham para cima.
Alguns animais bioluminescentes, como estrelas quebradiças, podem destacar partes do corpo para distrair os predadores. O predador segue o braço brilhante da estrela quebradiça, enquanto o resto do animal rasteja no escuro. (As estrelas quebradiças, como todas as estrelas do mar , podem voltar a crescer seus braços.)
Quando alguns animais se desprendem de partes do corpo, eles se desprendem de outros animais. Quando ameaçadas, algumas espécies de pepino-do-mar podem quebrar as partes luminescentes de seus corpos nos peixes próximos. O predador seguirá o brilho do peixe, enquanto o pepino do mar rasteja para longe.
Os biólogos acham que algumas espécies de tubarões e baleias podem tirar proveito da bioluminescência defensiva, embora eles próprios não sejam bioluminescentes. Um cachalote, por exemplo, pode procurar um habitat com grandes comunidades de plâncton bioluminescente, que não fazem parte da dieta da baleia. À medida que os predadores do plâncton (peixes) se aproximam do plâncton, no entanto, seu brilho alerta a baleia. A baleia come o peixe. O plâncton então apaga suas luzes.
Algumas larvas de insetos (apelidadas de "vermes luminosos") acendem para alertar os predadores de que são tóxicas . Sapos, pássaros e outros predadores sabem que consumir essas larvas resultará em doenças e possível morte.
Adaptações Ofensivas
A bioluminescência pode ser usada para atrair presas ou procurar por presas.
O predador mais famoso a usar bioluminescência pode ser o tamboril, que usa bioluminescência para atrair presas. O tamboril tem uma cabeça enorme, dentes afiados e um crescimento longo, fino e carnudo (chamado de filamento ) no topo de sua cabeça. Na ponta do filamento há uma bola (chamada de esca) que o tamboril pode acender. Peixes menores, curiosos sobre o ponto de luz, nadam para ver mais de perto. Quando a presa avistar as enormes mandíbulas escuras do tamboril atrás da esca brilhante, pode ser tarde demais.
Outros peixes, como um tipo de peixe-dragão chamado loosejaws, usam a bioluminescência para procurar presas. Loosejaws se adaptaram para emitir luz vermelha; a maioria dos peixes só consegue ver a luz azul, então os maxilares soltos têm uma enorme vantagem quando iluminam uma área ao redor. Eles podem ver suas presas, mas suas presas não podem vê-los.
Atração
Vaga-lumes adultos, também chamados de vaga-lumes, são bioluminescentes. Eles acendem para atrair parceiros. Embora os vaga-lumes machos e fêmeas possam luminescer, na América do Norte a maioria dos vaga-lumes são machos. O padrão de seus flashes diz às fêmeas próximas que espécie de vaga-lume elas são e que estão interessadas em acasalar.
Outra bioluminescência
Organismos podem luminescer quando são perturbados. Mudanças no ambiente, como uma queda na salinidade , podem forçar algas bioluminescentes a brilhar, por exemplo. Essas lanternas vivas podem ser vistas como manchas rosa ou verdes no oceano escuro.
" Mares leitosos " são outro exemplo de bioluminescência. Ao contrário das algas bioluminescentes, que piscam quando seu ambiente é perturbado, os mares leitosos são brilhos contínuos, às vezes brilhantes e grandes o suficiente para serem visíveis de satélites em órbita acima da Terra.
Os cientistas acreditam que os mares leitosos são produzidos por bactérias bioluminescentes na superfície do oceano. Milhões de bactérias devem estar presentes para que os mares leitosos se formem, e as condições devem ser adequadas para que as bactérias tenham produtos químicos suficientes para se iluminar. Imagens de satélite de mares leitosos foram capturadas em águas tropicais, como o Oceano Índico.
Bioluminescência e Pessoas
Biólogos e engenheiros estão estudando os produtos químicos e as circunstâncias envolvidas na bioluminescência para entender como as pessoas podem usar o processo para tornar a vida mais fácil e segura.
A proteína verde fluorescente (GFP), por exemplo, é um valioso " gene repórter ". Os genes repórteres são substâncias químicas (genes) que os biólogos anexam a outros genes que estão estudando. Os genes repórter GFP são facilmente identificados e medidos, geralmente por sua fluorescência. Isso permite que os cientistas rastreiem e monitorem a atividade do gene estudado – sua expressão em uma célula ou sua interação com outras substâncias químicas.
Outros usos são mais experimentais. Árvores bioluminescentes, por exemplo, podem ajudar a iluminar ruas e rodovias da cidade. Isso reduziria a necessidade de eletricidade . Culturas bioluminescentes e outras plantas podem luminescer quando precisam de água ou outros nutrientes , ou quando estão prontas para serem colhidas . Isso reduziria os custos para os agricultores e para o agronegócio .
