Być może widziałeś zdjęcia niebieskich, świecących plaż pod ciemnym niebem. Ten blask nazywany jest bioluminescencją. Jest ona emitowana przez maleńkie organizmy zwane bioluminescencyjnymi algami, które żyją w wodzie.
Algi bioluminescencyjne to świecące algi, które występują w oceanach na całym świecie. Pojawiają się one jak błyski niebiesko-zielonego światła, gdy w wodzie, w której żyją, występują jakiekolwiek zakłócenia.
Oto wszystko, co musisz wiedzieć o bioluminescencyjnych algach i dlaczego świecą.
Co to jest bioluminescencja?
Bioluminescencja to rodzaj chemiluminescencji: czyli reakcji chemicznej, w wyniku której powstaje światło. Bioluminescencja występuje, gdy reakcja chemiczna zachodząca w żywym organizmie wytwarza światło jako produkt uboczny. W ten sposób powstaje efekt świecenia lub migotania.
Jest to rodzaj mechanizmu obserwowanego u zwierząt morskich, takich jak algi czy kałamarnice. Pomaga on niektórym zwierzętom przyciągać pożywienie w celu przetrwania.
Jest znane jako "zimne światło", ponieważ wydaje się niebieskawe i generuje mało ciepła. Bioluminescencyjne organizmy morskie, w tym ryby, bakterie, meduzy i algi, występują w wodach oceanów. Organizmy bioluminescencyjne, takie jak muchy i niektóre grzyby, można znaleźć na lądzie.
W reakcji chemicznej powodującej bioluminescencję biorą udział związki chemiczne lucyferyna i lucyferaza. Niektóre organizmy bioluminescencyjne same wytwarzają te związki chemiczne, podczas gdy niektóre otrzymują je poprzez swój pokarm.
Lucyferyna jest złożoną substancją, która wytwarza światło. Lucyferaza to enzym lub substancja chemiczna, która pomaga przyspieszyć reakcję. Pozwala ona cząsteczkom tlenu wiązać się z lucyferyną. Ta reakcja nazywana jest utlenianiem. Kiedy lucyferyna wiąże się z tlenem, wytwarza oksylucyferynę i emituje energię w postaci światła. Kolor i intensywność światła różnią się w zależności od tego, jak cząsteczki lucyferyny są rozmieszczone w organizmie i w zależności od rodzaju enzymu lucyferazy.
Niektóre organizmy posiadają substancje chemiczne zwane fotoproteinami, które łączą się z lucyferyną i tlenem. Nie wymagają one lucyferazy do wydzielania światła jako produktu ubocznego. Zamiast tego wytwarzają światło, gdy wchodzą w kontakt z jonami wapnia.
Bioluminescencji nie wolno mylić z fluorescencją. Fluorescencja zachodzi w obecności światła stymulującego, które jest absorbowane, a następnie emitowane przez długi czas.
Czym są bioluminescencyjne algi?
Algi bioluminescencyjne to małe, morskie algi, które wytwarzają niebiesko-zielone światło. Są to organizmy jednokomórkowe. Dinoflagellaty są najczęstszym typem bioluminescencyjnych alg, które rosną na powierzchni oceanu. Noctiluca scintillans, znana również jako sea sparkle, jest jednym z takich bioluminescencyjnych dinoflagellatów.
Dlaczego bioluminescencyjne algi świecą?
Bioluminescencyjne algi produkują lucyferynę i lucyferazę. Luciferaza w dinoflagellatach jest podobna do zielonej substancji chemicznej roślin zwanej chlorofilem. Reakcja chemiczna zachodząca między lucyferyną a lucyferazą jest wyzwalana, gdy bioluminescencyjne glony są zakłócane przez ruch lub zmiany w środowisku.
U dinoflagellatów enzym lucyferaza i cząsteczka lucyferyny są obecne wewnątrz okrągłej struktury zwanej scyntylem. Zaburzenia lub zmiany w środowisku prowadzą do stresu na pokryciu lub zewnętrznej błonie komórki dinoflagellaty, co stymuluje pewne reakcje wewnątrz komórki. To powoduje zmiany w scyntylu, czyniąc go bardziej kwaśnym.
Zmiany te aktywują enzym lucyferazę i przyspieszają wiązanie lucyferyny z tlenem. W wyniku reakcji chemicznej powstaje oksylucyferyna, a produktem ubocznym jest światło.
Glony bioluminescencyjne świecą przez krótki czas, gdy są zaburzone. Jednak zmiany w środowisku, takie jak spadek zasolenia wody, mogą zmusić algi bioluminescencyjne do ciągłego świecenia.
W takich przypadkach wyglądają one jak mieniące się niebieskie lub zielone plamy w ciemnym oceanie.
Czy glony bioluminescencyjne są szkodliwe?
Bioluminescencyjne algi wyglądają hipnotyzująco na tle ciemnych wód. Patrzenie na bioluminescencję może być najpiękniejszym doświadczeniem. Jednak może to być znak ostrzegawczy, ponieważ wiele gatunków bioluminescencyjnych dinoflagellatów jest toksycznych.
Mogą być trujące dla ryb, które pływają w ich pobliżu. Jeśli wejdziesz w kontakt z takimi bioluminescencyjnymi algami, mogą one być szkodliwe również dla Ciebie. Niektóre gatunki, takie jak iskrzyca morska, nie są bardzo trujące, ale nadal mogą mieć nieprzyjemne skutki uboczne.
Dowody wskazują również, że bioluminescencja może być oznaką zmian w środowisku, w tym zanieczyszczenia i globalnego ocieplenia. Zmiany środowiskowe mogą powodować niski poziom tlenu i wysoki poziom azotu i fosforu w wodzie. Toksyczne dinoflagellaty mają tendencję do rozmnażania się i szybkiego wzrostu w takich warunkach, co prowadzi do szkodliwego zakwitu glonów. Może to dodatkowo prowadzić do zjawiska zwanego "czerwonymi pływami". Miliony przerośniętych toksycznych alg zmieniają kolor wody na czerwony w świetle dziennym i powodują jej iskrzenie w nocy.
Podczas czerwonych pływów zwierzęta morskie, takie jak ryby czy krewetki, które żywią się algami, również stają się trujące, ponieważ w ich ciałach gromadzą się toksyny z dinoflagów. Jeśli wejdziesz w kontakt z algami lub zjesz te toksyczne stworzenia morskie, możesz mieć efekty uboczne, takie jak problemy z jelitami lub zatrucie pokarmowe. Niektóre dinoflagellaty wytwarzają neurotoksyny, które mogą wpływać na funkcjonowanie mózgu i pamięć.
Czy można bezpiecznie pływać w wodzie bioluminescencyjnej?
Niektóre bioluminescencyjne algi produkują toksyny, które są szkodliwe dla morskich zwierząt, ludzi i wszystkiego, co wejdzie z nimi w kontakt, więc dotykanie alg lub pływanie w bioluminescencyjnej wodzie może nie być bezpieczne. Możesz odwiedzić brzegi morza, na których występują bioluminescencyjne algi, ale najlepiej unikać kontaktu z algami i obserwować ich blask z bezpiecznej odległości.
Gdzie można znaleźć bioluminescencyjne algi?
Bioluminescencyjne algi kwitną w miesiącach letnich w wodach wzdłuż lądu stałego USA. Często gromadzą się w ciepłowodnych lagunach lub zatokach z wąskimi otworami. Zapobiega to wydostawaniu się glonów na otwarte morze. W nocy cała laguna wydaje się iskrząca i podświetlona.
Bioluminescencja nie jest widoczna w świetle dziennym. Jeśli próbujesz ją dostrzec gołym okiem, może być słaba, zwłaszcza jeśli w pobliżu znajdują się światła. Na ciemnej plaży w bezksiężycową noc można jednak dostrzec bioluminescencję dinoflagellatów w falach, które rozbijają się o brzeg. Gdy zostaną one wyrzucone na brzeg, możesz dostrzec niektóre z nich podczas spaceru wzdłuż plaży. Można je również zobaczyć w śladzie łodzi lub jako kształt w wodzie.
Bieżące badania
Naukowcy badają zastosowanie bioluminescencyjnych alg w architekturze. Ponieważ algi te potrafią wytwarzać światło, mają potencjalne zastosowanie jako zrównoważone, ekologiczne źródło światła. Wykorzystanie ich może wyeliminować potrzebę korzystania z energii elektrycznej, która jest zasilana paliwami kopalnymi, i pomóc w ochronie planety.
Oprócz tego projektanci interakcji człowiek-komputer próbują zbadać i zrozumieć, w jaki sposób biologiczne stworzenia mogą poprawić komunikację cyfrową. Bioluminescencyjne algi są jak maleńkie, samowystarczalne komputery i pozwalają naukowcom badać, jak przetwarzają informacje i wchodzą w interakcje z otoczeniem. Może to pomóc w tworzeniu nowych i unikalnych systemów cyfrowych dla wygody człowieka.
