Biyolüminesans – canlı organizmalar tarafından ışığın yayılması

Biyolüminesans, canlı organizmaların kimyasal reaksiyon yoluyla ışık ürettiği bir olgudur. İki veya daha fazla kimyasalın uyarılmış (yüksek enerjili) bir ara madde oluşturmak üzere reaksiyona girdiği ve daha sonra bozunarak enerjinin bir kısmını ışık fotonları şeklinde saldığı bir kemilüminesans şeklidir. Yayılan elektromanyetik radyasyon görünür, ultraviyole veya kızılötesi olabilir. Tabii ki, örneğin bir ateş böceği parladığında gözlemlenebilen biyolüminesansa daha aşinayız, ancak diğer birçok tür – ve hatta insanlar – şu veya bu şekilde ışık yayar. Peki nasıl oluyor?

Kırmızı gelgit sırasında biyolüminesans. Scripps Oşinografi Enstitüsü, California Üniversitesi, San Diego.

Biyolüminesansa ne sebep olur?

Burada durup termodinamiğin ikinci yasasını hatırlamalıyız. Bu yasa, kapalı sistemlerde entropinin her zaman arttığını belirtir. Bunun nedeni, hiçbir termodinamik sürecin %100 verimli olmamasıdır – her zaman işe dönüştürülemeyen belirli bir miktarda enerji vardır. Bu “işe yaramaz” enerji, çevreye ısı olarak salınır ve sistemin moleküler düzensizliğini (entropisini) arttırır.

Bununla birlikte, biyolüminesans sırasında meydana gelen kimyasal enerjiyi ışığa dönüştürme işlemi o kadar verimlidir ki, çevreye çok az ısı salınır. Bu nedenle buna “biyolüminesans” denir – çünkü lüminesans, belirli maddelerin nispeten soğukken ışık yaymasıdır. Bu yüzden “soğuk ışık” olarak kabul edilebilir.

Canlılar bu ışığı nasıl üretir? Türlere bağlıdır.

Normalde biyolüminesansla sonuçlanan kimyasal reaksiyon iki kimyasal madde gerektirir: lusiferin ve ya bir lusiferaz ya da bir fotoprotein. Luciferin, ışık üreten bir bileşiktir ve rengi, lusiferin moleküllerinin düzenine bağlıdır.

Bazı biyolüminesan organizmalar, lusiferini kendi başlarına sentezleyebilir, diğerleri ise onu diğer organizmalar yoluyla, ya onları yiyerek ya da lusiferin üreten bir organizma ile simbiyotik bir ilişki içinde olarak elde eder. Örneğin, kalamar, kalamarın hafif organlarında yaşayan biyolüminesan bakterilerle bir simbiyoza sahiptir. Lusiferaz enzimi, oksitlenmiş lusiferin ile etkileşime girerek oksilusiferin adı verilen bir yan ürün oluşturur ve ışığı oluşturan da bu kimyasal reaksiyondur.

Çoğu biyolüminesan reaksiyon, lusiferin ve lusiferaz içermesine rağmen, bazı durumlarda fotoprotein adı verilen bir kimyasal söz konusudur. Işık elde etmek için fotoprotein, lusiferin ve oksijenin yanı sıra başka bir maddeyle – bir kalsiyum iyonu ile birleşir.

Aequorea Victoria, Monterey Bay Akvaryumu, Monterey, California’da bulunan bir kristal denizanasıdır. Kaynak: Adam Fagen/Flickr

Örneğin, Kuzey Amerika’nın batı kıyısında yaşayan kristal denizanası (Aequorea victoria), kalsiyum iyonları tarafından aktive edilen aequorin adlı bir fotoprotein kullanır. Kalsiyum bir katalizördür ve o kadar hızlıdır ki çok kısa ışık parlamaları oluşturur.

Öte yandan, belki de en iyi bilinen biyolüminesan canlı organizmalar olan ateş böcekleri, ışık üretmek için lusiferaz varlığında oksijeni kalsiyum, adenosin trifosfat (ATP) ve lusiferin ile birleştirir. Bu reaksiyon, karın boşluğunda bulunan özel organlarda meydana gelir.

Işık yayan bakteriler de vardır. En sık deniz ortamında bulunurlar. Dinoflagellat adı verilen tek hücreli canlılar, okyanus yüzeyinde parıldayan veya parıldayan etkiyi yaratmaktan sorumlu olan tek hücreli planktonlardır.

Biyolüminesansın pratik kullanımı

Ama canlılar neden ışık yayar? Ateşböceklerinin ışıklarını eşlerini çekmek için kullandığını muhtemelen duymuşsunuzdur, ancak bunu yapan tek biyolüminesan tür onlar değildir. Bazı solucanlar ve minik kabuklular da akrabalarını bu şekilde cezbeder. Örneğin erkek ostrakodlar, dişileri etkilemek için biyolüminesan sümük kusar.

Kabuklu deniz ürünleri Ostracoda (Arthropoda, Ostracoda)

Diğer hayvanlar, avlanmak, yırtıcılardan korunmak ve diğer hayati süreçler için biyolüminesans kullanır. Güneş ışığı okyanusa yaklaşık 200 metre derinliğe kadar nüfuz eder. Güneş ışığının çarptığı bu ilk katmana fotozon denir ve deniz yaşamının yaklaşık %90’ı burada yaşar.

Daha derine ve daha derine indikçe, okyanus daha da karanlıklaşıyor. Yakında sürekli, neredeyse tamamen karanlığa inanılmaz bir uyum gösteren deniz yaşamını göreceğiz. Bu uyarlamanın bir biçimi, avlarını cezbetmek için ışık yayma yeteneğidir. Diğer hayvanlar, düşmanları şaşırtmak için biyolüminesans kullanır. Örneğin, birçok kalamar türü, yırtıcıları ışık parlamalarıyla uzaklaştırır. Kalamar, hızlı bir kaçış yapmak için saldırganın anlık kafa karışıklığını kullanır.

Ateş böceği kalamar karşı ışıldayan kamuflaj

Ateş böceği kalamar gibi bazı deniz hayvanları türleri, karşı ışık efekti oluşturmak için ışıldayan bakterilerin parıltısını kullanır. Bu, hayvanların çevrelerine karışırken görünmez olma etkisi yaratmak için arka planın parlaklığını ve dalga boyunu taklit etmek için ışığı kullandığı bir tür aktif kamuflaj tekniğidir.

Bunu yaparak, fark edilmeden giderler veya gerçekte olduklarından daha büyük veya daha küçük görünürler, avcıların kafasını karıştırır veya avları için tuzaklar kurarlar. Çoğu zaman bu, hala loş ışığın olduğu çok büyük derinliklerde olmaz.

Fener balığı, karşı aydınlatma yöntemini kullanan başka bir hayvandır. Işık üreten organları aşağı doğru yönlendirilir. Vücudunun alt kısmından gelen ışığın miktarını ayarlayarak, yolundaki herhangi bir yırtıcı tarafından neredeyse görünmez kalırken ışığın yoğunluğunu ayarlayabilir.

İnsanlarda biyolüminesans

Yakın tarihli bir araştırmaya göre, aslında, insanlar da dahil olmak üzere çoğu hayvanın ışık yaydığı ortaya çıktı. Biz onu görmüyoruz çünkü çıplak gözle tespit edilebilecek olandan 1000 kat daha zayıf.

2009 yılında Tohoku Teknoloji Enstitüsü tarafından yürütülen bir çalışmada, bilim adamları beş gönüllüden ışık geçirmeyen bir odaya girmelerini ve bireysel fotonları alabilen ultra hassas bir kamera ile onları gözlemlemelerini istedi. Sonuç olarak, gönüllülerin gün boyunca ışık yaydıklarını buldular.

Işık emisyonunun zirvesi 16:00’daydı ve azaldığı geceye daha yakındı, bundan bilim adamları bu fenomenin insan vücudunun iç saati ile ilişkili olduğu sonucuna vardılar. Bunu test etmek için gönüllülerin uyku düzenini bozarak parlama döngüsünün de değişmesine neden oldular.

Fotonların çoğu, aşağıdaki resimlerde gösterildiği gibi yüz bölgesinde yayınlandı:

İnsan vücudundan gelen ultra zayıf foton radyasyonunun görüntüsü. Radyasyon yoğunluğu gün boyunca değişir. Kaynak: PlosOne

Bilim adamları bunun neden olduğunu tam olarak bilmiyorlar, ancak vücudun sirkadiyen ritimleriyle olan bağlantı, vücudun metabolizmasıyla ilgili bir şey olduğu konusunda spekülasyon yapmalarına neden oluyor.

Biyolüminesansın metabolik reaksiyonların bir yan etkisi olması muhtemeldir, çünkü hücresel solunum sırasında üretilen oldukça reaktif serbest radikaller serbest yüzen lipidler ve proteinler ile etkileşime girer. Ortaya çıkan “uyarılmış” moleküller, fotonlar yayan florofor adı verilen kimyasallarla reaksiyona girebilir. Geceleri, bu metabolik reaksiyonlar daha az sıklıkla meydana gelir ve daha az yoğundur, bu nedenle daha az ışık yayılır.

Kyoto Üniversitesi’nde biyolog olan araştırmacı Hitoshi Okamura, durum buysa, insan vücudunun yaydığı ışığı gözlemlemenin tıbbi hastalıkları tanımlamaya yardımcı olabileceğini söylüyor. Ultra hassas kameralar gelecekte bir teşhis aracı olacak mı? Sadece zaman gösterecek.

Similar Posts

Leave a Reply

Your email address will not be published.