كيف تنتج اليراعات الضوء؟

وميض الشفق اليراعات يؤكد أن الصيف قد وصل. عندما كنت طفلاً ، ربما تكون قد التقطت ما يسمى بق الحشرات الخاطفة في يديك المقربة ونظرة خاطفة من خلال أصابعك لمشاهدتها تتوهج ، وتتساءل كيف اليراعات الرائعة تنتج الضوء.

اليراعات يخلق الضوء بطريقة مشابهة لكيفية عمل عصا مضيئة. ينتج الضوء عن تفاعل كيميائي أو بريق كيميائي. عندما يحدث تفاعل كيميائي منتج للضوء داخل كائن حي ، يطلق العلماء على هذه الخاصية تلألؤ بيولوجي. معظم الكائنات الحية المضيئة تعيش في البيئات البحرية ، لكن اليراعات هي من بين المخلوقات الأرضية القادرة على إنتاج الضوء.

إذا نظرت عن كثب إلى اليراع البالغ ، سترى أن آخر جزءين أو ثلاثة من أجزاء البطن يظهران مختلفين عن الآخرين. تتكون هذه الأجزاء من العضو المنتج للضوء ، وهي بنية فعالة تنتج الضوء دون فقدان الطاقة الحرارية. إذا لمست مصباحًا متوهجًا من قبل بعد أن يكون في بضع دقائق ، فأنت تعلم أنه ساخن. إذا انبعث عضو ضوء اليراع حرارة مماثلة ، فإن الحشرة ستقابل نهاية متموجة.

في اليراعات ، يعتمد التفاعل الكيميائي الذي يتسبب في توهجها على إنزيم يسمى luciferase. لا تنخدع باسمها. هذا الإنزيم ليس من عمل الشيطان.

يتطلب التلألؤ البيولوجي اليراع وجود الكالسيوم ، الأدينوزين ثلاثي الفوسفات ، اللوسيفران الكيميائي وإنزيم لوسيفراز داخل العضو الخفيف. عندما يتم إدخال الأكسجين إلى هذا المزيج من المكونات الكيميائية ، فإنه يثير رد فعل ينتج الضوء.

اكتشف العلماء مؤخرًا أن أكسيد النيتريك يلعب دورًا رئيسيًا في السماح للأكسجين بدخول عضو ضوء اليراع وبدء التفاعل. في غياب أكسيد النيتريك ، ترتبط جزيئات الأكسجين بالميتوكوندريا على سطح خلايا الأعضاء الضوئية ولا يمكنها دخول العضو لتحفيز التفاعل. لذلك لا يمكن إنتاج ضوء. عند وجوده ، يرتبط أكسيد النيتريك بالميتوكوندريا بدلاً من ذلك ، مما يسمح للأكسجين بدخول العضو ، ويجمع مع المواد الكيميائية الأخرى ، ويولد الضوء.

بالإضافة إلى كونها علامات للأنواع لجاذبية رفيقة ، فإن التلألؤ البيولوجي هو أيضًا إشارة إلى الحيوانات المفترسة اليراعات ، مثل الخفافيش ، أنها ستكون ذات مذاق مرير. في دراسة نشرت في عدد أغسطس 2018 من المجلة تقدم العلموجد الباحثون أن الخفافيش أكلت عددًا أقل من اليراعات عندما كانت اليراعات متوهجة.

وميض اليراعات المنتجة للضوء في نمط ولون فريد لأنواعها ، ويمكن استخدام أنماط الفلاش هذه للتعرف عليها. تعلم كيفية التعرف على أنواع اليراع في منطقتك يتطلب معرفة طول ، وعدد ، وإيقاعات ومضاتها ، وفترة الوقت بين ومضاتهم ، ولون الضوء الذي ينتجونه ، وأنماط طيرانهم المفضلة ، والوقت الليلي الذي تومض فيه عادةً.

يتم التحكم في معدل نمط وميض اليراع من خلال إطلاق ATP أثناء التفاعل الكيميائي. من المحتمل أن يتأثر لون (أو تردد) الضوء الناتج الرقم الهيدروجيني. سيختلف أيضًا معدل فلاش اليراع مع درجة الحرارة. تؤدي درجات الحرارة المنخفضة إلى معدلات فلاش أبطأ.

حتى إذا كنت على دراية جيدة بأنماط الفلاش لليراعات في منطقتك ، فأنت بحاجة إلى الانتباه إلى المقلدين المحتملين الذين يحاولون خداع زملائهم اليراعات. أنثى اليراع معروفة بقدرتها على تحاكي أنماط وميض الأنواع الأخرى، وهي خدعة يستخدمونها لجذب الذكور غير المشتبه فيهم عن قرب حتى يتمكنوا من الحصول على وجبة سهلة. حتى لا يتفوق عليها ، يمكن لبعض اليراعات الذكور أيضًا نسخ أنماط الفلاش للأنواع الأخرى.

Luciferase هو إنزيم قيم للبحوث الطبية الحيوية ، وخاصة كعلامة للتعبير الجيني. يمكن للباحثين رؤية الجين في العمل أو وجود بكتيريا عندما يتم وضع علامة على luciferase. تم استخدام Luciferase على نطاق واسع للمساعدة في تحديد تلوث الطعام بالبكتيريا.

بسبب قيمته كأداة بحثية ، فإن الطلب على luciferase مطلوب بشكل كبير من قبل المختبرات ، وقد أثر الحصاد التجاري لليراعات الحية سلبًا على مجموعات اليراع في بعض المناطق. ومع ذلك ، نجح العلماء في استنساخ جين luciferase لأحد أنواع اليراع ، Photinus pyralis، في عام 1985 ، مما مكن من إنتاج luciferase الاصطناعية على نطاق واسع.

لسوء الحظ ، لا تزال بعض الشركات الكيميائية تستخلص luciferase من اليراعات بدلاً من إنتاج وبيع النسخة الاصطناعية. وقد أدى ذلك إلى وضع مكافأة كبيرة على رؤوس اليراعات في بعض المناطق ، حيث يتم تشجيع الناس على جمعها بالآلاف خلال ذروة موسم التزاوج الصيفي.

في مقاطعة تينيسي واحدة في عام 2008 ، يتوق الناس إلى الاستفادة من طلب شركة واحدة على اليراعات التي تم تجميدها وتجميد ما يقرب من 40،000 من الذكور. تشير النمذجة الحاسوبية من قبل فريق بحثي إلى أن هذا المستوى من الحصاد قد لا يكون مستدامًا لمثل هذا النوع من اليراع. مع توفر luciferase الاصطناعي اليوم ، فإن حصاد اليراعات من أجل الربح غير ضروري تمامًا.

• كابينيرا ، جون ل. موسوعة علم الحشرات. سبرينغر ، 2008.
• “مشاهدة اليراع.” متحف العلوم ، بوسطن.
• “كيف ولماذا تضيء اليراعات؟” مجلة Scientific American، 5 سبتمبر 2005.
• “اليراعات تضيء لجذب الاصحاب ، ولكن أيضا لردع الحيوانات المفترسة.” الرابطة الأمريكية لتقدم العلوم، 21 أغسطس 2018.
• _{لي ، جون. "التلألؤ البيولوجي الأساسي. "قسم الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية ، جامعة جورجيا.}
• _{"آثار النمذجة على الحصاد على استمرار السكان اليراع," النمذجة البيئية, 2013.}