Hvordan producerer brandmænd lys?

Skumringen flimrer af ildfluer bekræfter, at sommeren er ankommet. Som barn har du muligvis fanget de såkaldte lynbugs i dine kuppede hænder og kiggede gennem fingrene for at se dem gløde, og spekulerer på, hvordan de fascinerende ildfluer producerer lys.

Fireflies skab lys på en lignende måde som hvordan en glowstick fungerer. Lyset er resultatet af en kemisk reaktion eller kemiluminescens. Når der opstår en lysproducerende kemisk reaktion i en levende organisme, kalder forskere denne egenskab bioluminescens. Mest bioluminescerende organismer lever i marine miljøer, men ildfluer er blandt de jordiske væsener, der er i stand til at producere lys.

Hvis du ser nøje på en voksen ildflu, ser du, at de sidste to eller tre mavesegmenter forekommer anderledes end de andre. Disse segmenter omfatter det lysproducerende organ, en effektiv struktur, der producerer lys uden at miste varmeenergi. Hvis du nogensinde har rørt ved en glødepære, efter at den har været på et par minutter, ved du, at den er varm. Hvis ildfluens lysorgan udsender en tilsvarende varme, ville insektet møde en sprød ende.

I ildfluer afhænger den kemiske reaktion, der får dem til at glød, af et enzym kaldet luciferase. Bliv ikke vildledt af dens navn; dette enzym er intet værk af djævelen. Lucifer stammer fra latin Lucis, hvilket betyder lys, og Ferre, hvilket betyder at bære. Luciferase er bogstaveligt talt det enzym, der bringer lys.

Firefly-bioluminescens kræver tilstedeværelse af calcium, adenosintrifosfat, den kemiske luciferan og enzymet luciferase i det lette organ. Når ilt introduceres til denne kombination af kemiske ingredienser, udløser det en reaktion, der producerer lys.

Forskere opdagede for nylig, at nitrogenoxid spiller en nøglerolle i at lade ilt komme ind i ildfluens lysorgan og igangsætte reaktionen. I fravær af nitrogenoxid binder iltmolekyler sig til mitokondrierne på overfladen af ​​de lette organceller og kan ikke komme ind i organet for at udløse reaktionen. Så intet lys kan produceres. Når det er til stede, binder nitrogenoxid sig til mitokondrierne i stedet, hvilket tillader ilt at komme ind i organet, kombineres med de andre kemikalier og genererer lys.

Ud over at være artsmarkører for makker tiltrækning, er bioluminescensen også et signal til ildfluer 'rovdyr, såsom flagermus, at de vil blive bitter smagende. I en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet fra august 2018 af tidsskriftet Videnskabelige fremskridt, forskere fandt, at flagermus spiste færre ildfluer, når ildfluer glødede.

Lysproducerende ildfluer blinker i et mønster og en farve, der er unik for deres arter, og disse blitzmønstre kan bruges til at identificere dem. At lære at genkende ildfluen arter i dit område kræver viden om længden, antallet og rytmen af ​​deres blink, intervallet af tid mellem deres blink, den farve på lys, de producerer, deres foretrukne flyvemønster, og tidspunktet om natten, når de typisk blinker.

Hastigheden for et ildflues flashmønster styres af frigivelsen af ​​ATP under den kemiske reaktion. Farven (eller hyppigheden) af det producerede lys påvirkes sandsynligvis af pH. En ildflys flashhastighed varierer også med temperaturen. Lavere temperaturer resulterer i langsommere blitzhastigheder.

Selv hvis du er velbevandret i flashmønstrene for ildfluer i dit område, skal du være opmærksom på mulige imitatorer, der forsøger at narre deres kolleger ildfluer. Firefly hunner er kendt for deres evne til efterligne flashmønstre fra andre arter, et trick, de bruger for at lokke intetanende mænd nærmere, så de kan score et let måltid. For ikke at blive overskredet, kan nogle mandlige ildfluer også kopiere flashmønstre fra andre arter.

Luciferase er et værdifuldt enzym til biomedicinsk forskning, især som en markør for genekspression. Forskere kan bogstaveligt talt se et gen på arbejdet eller tilstedeværelsen af ​​en bakterie, når luciferasen er tagget. Luciferase er blevet vidt brugt til at hjælpe med at identificere fødevareforurening med bakterier.

På grund af sin værdi som forskningsværktøj er der meget efterspørgsel efter luciferase fra laboratorier, og den kommercielle høst af levende ildfluer påvirkede ildfluggebestanden negativt i nogle områder. Imidlertid klonede videnskabsmænd med succes luciferasegenet fra en ildflugtart, Photinus pyralis, i 1985, hvilket muliggør storstilet produktion af syntetisk luciferase.

Desværre ekstraherer nogle kemiske virksomheder stadig luciferase fra ildfluer i stedet for at producere og sælge den syntetiske version. Dette har effektivt sat en dusør på hovederne til ildfluer i nogle regioner, hvor folk opfordres til at samle dem af tusinder i løbet af toppen af ​​deres sommer parring sæson.

I et enkelt Tennessee amt i 2008, folk, der er ivrige efter at få indbetalt et selskabs efterspørgsel efter ildfluer fanget og frøs cirka 40.000 mænd. Computermodellering af et forskerteam antyder, at dette høstniveau kan være uholdbart for en sådan ildflybestand. Med tilgængeligheden af ​​syntetisk luciferase i dag, er sådanne høst af ildfluer til fortjeneste helt unødvendige.

• Capinera, John L. Encyclopedia of Entomology. Springer, 2008.
• “Firefly Watch.” Museum of Science, Boston.
• “Hvordan og hvorfor lyser brandmænd?” Videnskabelig amerikansk, 5. september. 2005.
• “Brandmænd lyser op for at tiltrække parre, men også for at afskrække rovdyr.” American Association for the Advancement of Science, 21. august. 2018.
• _{Lee, John. "Grundlæggende bioluminescens. "Institut for Biokemi og Molekylærbiologi, University of Georgia.}
• _{"Modelleringseffekter af høst på brandmænds befolkningsudholdenhed," Økologisk modellering, 2013.}