Luminescența la insecte
Insectele se numără printre animalele în care cel mai adesea pot fi găsite fenomene de bioluminiscență , adică emisiile de lumină cauzate de anumite reacții biochimice.
Posibilitatea de a emite radiații luminoase este tipică pentru un număr modest de specii cu obiceiuri nocturne sau care trăiesc în locuri întunecate. Poate proveni atât din cauză că insecta are organe fotogene speciale [1] , cât și ca efect secundar al metabolismului său [2] , și din cauză că este cauzată de bacterii patogene și, prin urmare, este un simptom al bolii (de exemplu larvele Mamestra atacate de Bacterium haemosphoreum ), și pentru că găzduiește bacterii luminiscente simbiotice .
Speciile strălucitoare se găsesc predominant în ordinea gândacilor ( viermi de sârmă, drilidi, lampiridi, fengoidi), dar și între Collembola , Hemiptera Homoptera cicadoidei și larvele de Diptera . În larvele unor dipteri fungivori lumina provine din corpul adipos sau din extremitatea mărită a trompelor malpighiene [3] , în gândacii fenoizi din grupuri de enocite. În gândacii menționați mai sus, care au organe luminoase diferențiate, lumina poate fi emisă în toate etapele dezvoltării; în ouă este difuz și iradiază suprafața acestora, arătându-se uneori prin pereții abdominali ai femelei care îi conține; la larve, pupe și adulți este concentrat în zone specifice, diferite în funcție de specie, și prezent la ambele sexe sau chiar numai, sau în principal, la unul [4] .
În larvele lampiridelor , de exemplu, există două zone ventrale rotunjite în a 8-a urită sau chiar patru zone (2 în prima urită și 2 în a 6-a); la adulți benzi ventrale în a 6-a și a 7-a urită. În larvele elateridelor piroforice există chiar zone în protorax; la adulți două zone latero-posterioare pronotale și una medială în primul urosterno. La adulții cu anumite fenoide zonele luminescente (11-12 perechi segmentare) sunt plasate în serie laterală pe abdomen.
Lumina apare uneori fixată și menținută pentru o anumită perioadă de timp, uneori emisă la intervale ritmice, cu frecvență, durată și intensitate variate. Lungimile de undă ale luminilor emise oscilează între albastru-verde și portocaliu roșiatic, dar aceeași insectă poate emite lumini diferite sau chiar de culori diferite de la aparate diferite și la momente diferite [5] . Această lumină nu este polarizată și acționează asupra tuturor fenomenelor chimice și fiziologice, cum ar fi cel solar. Deși intensitatea sa luminoasă este modestă, omului i se pare foarte plin de viață, deoarece are o intensitate maximă la lungimea de undă de 5000-6000 Ångström , la care ochiul uman este foarte sensibil [6] [7] .
Organe fotogene
Organele fotogene au dimensiuni variabile; unele la fel de mari ca un cap de pin și altele, dimpotrivă, atât de extinse încât să formeze mase care ocupă întreaga suprafață ventrală internă a mai multor segmente abdominale.
În lampiridii organele luminoase derivă dintr-o transformare a țesutului adipos mezodermic și sunt formate dintr-un strat fotogen care se sprijină pe cuticulă care a devenit transparent ( fereastră ); este format din celule mari producătoare de lumină ( fotocite ), care au o organizare citologică neobișnuită: fiecare fotocit este bogat în mitocondrii , ATP și o proteină de rezervă ( luciferină ) [8] , din a cărei oxidare, catalizată de o enzimă ( luciferază ), lumina este eliberată.
Fotocitele sunt grupate în lobuli în formă de rozetă în jurul cilindrilor care conțin ramuri traheale mari care se ramifică direct din ele. Deasupra stratului menționat există un strat fotoreflectant sau izolator , care conține celule mici neregulate, opace, conținând un număr foarte mare de granule de urat și glicogen .
Ambele straturi sunt traversate perpendicular de tubuli cilindrici în care rulează ramuri ale traheei abdominale și ramuri ale nervilor periferici. Cei tracheas se pot deplasa prin stratul dorsal fără a modifica comportamentul lor, dar, odată ce acestea au ajuns la stratul ventral, se diferențiază un sistem bogat de tracheoles laterale care penetrează între photocites și , uneori , au tracheoblasts .
Organele luminoase sunt deservite de mușchi speciali care controlează accesul hemolimfei și, mai ales, al aerului. Toate acestea permit o ajustare voluntară și reflectată a luminozității bazată mai ales pe alimentarea cu oxigen .
Mecanismul de bio-chimio-luminescență
Prin urmare, lumina este produsă de oxidarea luciferinei de oxigen liber, în prezența apei și sub acțiunea catalitică a luciferazei găsite în hemolimfă . Energia necesară se obține cu reacții preliminare care implică ATP . Este luminiscența datorată unui proces biochimic și nu prezenței bacteriilor fotogene, așa cum se credea în trecut [9] . Cantitatea de lumină emisă ( fotoni ) poate fi evaluată cu proceduri fotometrice; este strâns legat de ATP, care este conținut în cantități destul de constante în celulele vii; prin intermediul unui factor de conversie ATP este posibil să se determine numărul de celule care au participat la reacție. Testul de bioluminiscență (test Firefly sau test licurici ) este utilizat în laborator pentru un număr rapid de celule în hematologie (de exemplu: enumerarea globulelor roșii), în microbiologie (număr bacterian), precum și pentru evaluarea poluării bacteriene în deșeuri apă (prin izotiocianat de fluoresceină ) sau pentru controlul fermentației sau pentru orice evaluare a bogăției celulare (în semințe , embrioni etc.).
Sensuri
Funcția bioluminiscenței, în cele mai primitive forme, pare să nu aibă nicio semnificație biologică, fiind un efect secundar al metabolismului; în larvele luminoase ale unor dipteri fungivori servește probabil ca un atractiv pentru pradă; la gândacii lampiridae, fenoid și elateridae este o atracție sexuală evidentă. La licurici, împerecherea are loc atunci când femela răspunde sincronizând propriul semnal luminos (intermitent de durată diferită, în funcție de specie) cu cel al propriului său mascul. Speciile nord-americane din genul Photuris , după împerecherea cu propriul lor mascul, devin puternic carnivore și sunt capabile să răspundă la semnalul luminos al masculilor din alte specii, care fug și ajung să fie devorate; este vorba de mimetism luminos, care ajunge până la, dacă se abordează un Photinus , o specie foarte mică cu un semnal slab, pentru a combina reglarea cu o reducere a luminozității, pentru a face imitarea cât mai probabilă.
Notă
- ^ Acestea sunt organe neuroeficiente pentru care s-a dovedit că, cel puțin pentru flash-urile ultra-rapide, există o stimulare nervoasă directă a celulelor fotogene. Experimental s-a observat că licuriciul european încetează imediat să emită lumină dacă este decapitat; dar dacă fasciculul nervos tăiat este stimulat electric, acesta este reaprins.
- ^ În cazul unor cozi de primăvară, un fel de strălucire ușoară difuză și ușoară (fosforescență) emise continuu
- ^ Un fenomen similar se găsește la Bolitophila luminous , un țânțar micetofil troglodit din Noua Zeelandă , care trăiește în peșteri din numeroase colonii și ale cărui capcane constau dintr-o rețea matasoasă întinsă orizontal.
- ^ La Lampyris noctiluca L. femela este cea care emite lumină, în timp ce la Luciola italica L. sunt ambele sexe. Acestea sunt singurele două specii de lampiride prezente în Italia și emit lumină intermitentă. În ele toate etapele sunt luminoase, inclusiv ouăle , și posedă organe fotogene speciale vizibile pe fața ventrală a primelor urite.
- ^ Phryxothrix , de exemplu, un elaterid brazilian, emite o lumină roșie pe cap și lumini verzi și galbene pe părți.
- ^ Aceste caracteristici ale luminii emise de insecte i-au determinat pe nativii din regiuni non-europene ( China , Japonia , Indonezia , America Centrală și de Sud etc.) să folosească gândaci luminescenți pentru a citi, a ilumina încăperile și grădinile, a împodobi oamenii și lucrurile etc. ., închizându-le. în vaze, felinare, cuști de diferite forme și dimensiuni. 35-40 de exemplare ale elateridului neotropic Pyrophorus noctilucus L., luminoase în toate etapele, sunt suficiente pentru a ilumina o cameră cu aceeași intensitate ca o lumânare .
- ^ Cele mai complexe sisteme intermitente sunt observate în licuricii din Birmania și Siam ; insectele se adună cu miile pe frunzele copacilor, răspândindu-se pe sute de metri și încep să clipească la unison. Pulsurile lor sincronizate pot continua ore întregi, noapte după noapte săptămâni și chiar luni. Condițiile climatice nu au nicio influență, cu excepția faptului că strălucirea încetează în timpul nopților cu lună plină .
- ^ O substanță formată din produse albuminoide de rezervă.
- ^ Aceste bacterii, care la insecte sunt în general prezente ca agenți patogeni și, prin urmare, este, în acest caz, o fosforescență patologică, intră în schimb într-o reală simbioză doar în cazuri foarte rare cu insecte, dar mai ales cu animale marine luminoase (moluște, pești) , Protozoare etc.); dar și în acest caz bacteriile fotogene emit lumină cu reacția luciferin + luciferază + ATP . Prin urmare, toate aceste fenomene pot fi urmărite înapoi la un singur mecanism de bioluminiscență care este, în esență, un proces de chemiluminescență . Aceste reacții au o eficiență excepțională (92-98%), deoarece diagrama de emisii este limitată în principal la cele mai vizibile radiații, iar temperatura, în timpul fenomenului, nu depășește mediul de 1/1000 de grad.
