Bioluminiscence je schopnost některých živočichů, rostlin a mikroorganismů vydávat viditelné záření chemického původu. Jak to, že takové studené světlo svítí, ale nehřeje?
Svítí desetkrát účinněji než kvalitní výbojky, protože energii ke svícení využívají na 98 %! Takové překvapivé výsledky nyní přineslo bádání odborníků. Netýká se však supermoderních světelných zdrojů, ale obyčejných světlušek ovládajících bioluminiscenci.
V teplejších krajích, například na jihu Evropy, spatříme nad noční loukou u lesa stovky blikajících rudých světýlek, jako by kdosi neviditelný hasil žhavé cigaretové nedopalky. A což teprve v tropech, kde se horká noc různými světélky (bílými, zelenavými, modravými, červenými, karmínovými, fialovými, žlutavými) doslova hemží. Do tmy dokonce svítí i velcí červi či jiná podivná havěť.
Na nočním moři užasneme nad tím, jak podivně září voda, když se představují rozmanití živočichové, které spojuje zásadní společný znak, umění světélkovat. Podle posledních výzkumů jich v různých prostředích (nejvíce vodním) žije přes 300 druhů! Všechny jejich záhady neodhalili badatelé dodnes, ačkoli se o to snaží již více než 2000 let.
Začalo to hnijícím masem
Už univerzální antický myslitel Aristotelés (asi 384 – 322 př. n. l) si povšiml, že podivné světlo vyzařují ve tmě některé houby, oči ryb a dokonce i shnilé maso. Starořímský přírodovědec Plinius Starší (23 – 97) zkoumal škeble, které vydávaly světlemodrou zář. Zjistil přitom, že svítí přímo úměrně množství vlhkosti v nich.
Začátky vědy o bioluminiscenci se datují od roku 1655, kdy o ní v Curychu vyšla první vědecká kniha.
Neprobádaný tajemný jev zaujal brzy poté i prezidenta anglické Královské akademie věd Roberta Boilla. Začalo to, jak to často ve vědě bývá, osudovou náhodou. Jednou zrána mu sluha udiveně hlásil, že kousek masa v komoře začal v noci jasně svítit!
Učenec pak nachystal pokus se zahnívajícím masem, přičemž zjistil, že maso se nijak nezahřívá, jedná se tudíž o tzv. studené (chladné) světlo! Postupně dával kousky masa pod skleněný zvon, ve kterém snižoval tlak vzduchu. Doslova na vlastní oči viděl, že čím méně je vzduchu, tím maso světélkuje méně. Ověřil tak, že dochází k dosud nepoznaným biologickým a chemickým reakcím.
Zvláštní experiment provedli vědci v roce 1723 s velkou medúzou, která rovněž světélkovala. Když medúzu vysoušeli, světlo mizelo, při přidávání vody zářilo zřetelněji.
V roce 1753 bylo prokázáno, že moře světélkuje hlavně zásluhou mikroorganismů, které vědci nazvali Noctiluca. Brzy však již věděli o dalších nových druzích bakterií, které dokážou světélkovat. Roku 1830 se ukázalo, že světélkování shnilých ryb mají na svědomí mikrobi. Svit hnijících potravin způsobují živé bakterie a záření hnijících hub živé podhoubí.
Jak zhasnout světlušky?
Novým impulsem v bádání se stalo využití mikroskopu. Díky němu roku 1875 vědci přenesli světélkující bakterie z těla hnijící ryby do pokusného prostředí. Bakterie dál svítily a množily se i v uměle vytvořených podmínkách.
Roku 1884 na univerzitě ve francouzském Lyonu dokázal prof. Rafael Dubois, že světélkování živých organismů vzniká při vzájemné reakci dvou substrátů (látek) v těle živočicha, které však mají rozdílné vlastnosti. Při pokusech se světluškami badatelé izolovali oba substráty a světlušky přestaly svítit. Ovšem stačilo obě složky zase smísit a světlušky se zas rozzářily.
Z mnoha experimentů učenci posléze vyvodili, že bioluminiscence vzniká při okysličování teplotně stálého preparátu, za přítomnosti fermentu – katalyzátoru. Jedna z obou složek je okysličovaným základním zdrojem energie pro světélkování, druhá pouhou látkou, která tuto chemickou reakci urychluje.
100krát rychleji
V roce 1887 pak prof. Dubois praktické zkušenosti potvrdil novými pokusy u mnoha druhů světélkujících živočichů. Vědci vydělovali preparáty potřebné ke světélkování z amerických světlušek (Photinus a Photurus), japonských světlušek (Luciola), japonských ráčků (Cypridina a Pyrocypris), mořských mnohoštětinatých červů (Odontosyllis) i hlubokomořských krevet (Systellaspis). Po čase přibyly mj. svítící bakterie (Photobacterium), světélkující houby, ryby, mořské řasy…
Látku (substrát), která se okysličuje, nazval Dubois luciferinem a ferment, který stimuluje chemiluminiscenční reakci, pojmenoval luciferáza.Vědci zjistili, že luciferáza je bílkovinná látka, které škodí zahřívání nad 60°C i ultrafialové paprsky. S její přítomností probíhá okysličení luciferinu 100x rychleji než bez ní.
Teprve nové poznatky nyní ukazují, že ve světélkujících organismech nemusí být vždy přítomny obě složky. Mnohým organismům postačí k bioluminiscenci pouze jedna z těchto látek.
Světlo reguluje nervová soustava
Jev bioluminiscence se ale ukazuje mnohem složitější. Stále se objevují další tvorové, kteří k bioluminiscenci vyžadují mnoho rozmanitých komponentů. Zvláště pestrá mozaika je u organismů, které se alespoň část života živí mlékem. Poznáme je i podle různých barevných odstínů vydávaného záření – zeleného, rudého, tmavomodrého… Světélkování není jen výsadou větších živočichů, ale světélkují i některé druhy mořských řas.
Jasné je, že vydávání světla reguluje nervová soustava. Na koncích nervového zakončení v samotných světélkujících orgánech (organum luminiscens), v čase signálního elektrického impulsu, vždy vznikne látka přenášející vzruchy, acetylcholín, zajišťující „zapálení“. Bioluminiscenční orgány mají zvláštními svaly, které regulují průtok hemolymfy – krvomízy (tělní tekutina u bezobratlých s otevřenou cévní soustavou, např. měkkýši). Když se tok hemolymfy zmenšuje, světélkování slábne anebo úplně vymizí. V době světélkování se svaly rytmicky zkracují.
Světelný orgán se většinou skládá ze tří částí: průhledného chitinového obalu, světlotvorné vrstvy bohatě opletené vzdušnicemi a pod ní ležící odrazové vrstvy. Světélkující orgány vypadají jako bledé skvrny, symetricky uložené na různých částech těla (např. u světluškovitých je to na článcích bříška, u kovaříka na straně hrudi).
Čím svítí obyvatelé moří?
Především mnohé druhy ryb v mořské temnotě mají tzv. fotofory. Tyto světelné buňky slouží rybám, korýšům i hlavonožcům jako reflektory k usměrňování světla nebo filtry, které směrují a soustřeďují světlo. Jindy naopak svítící orgán zakrývají.
Světlo se odráží od pozadí, které je stříbřité a koncentruje se (jako čočkou) zesílením přes šupinu kryjící fotofor. Fotofory se střídavě vypínají či zapínají, u některých druhů (hlavně větších) září stále.
Většina hlubokomořských živočichů si vyrábí vlastní luciferin, ovšem některé ho získávají od bakterií, které rostou v jejich světelných orgánech. Záhadou zůstává, jak se tyto důležité bakterie, existující zcela samostatně a izolovaně od těla ryby (např. ďasů), předávají z generace na generaci.
Vědce překvapuje i to, že přestože luciferin vždy vytváří modré světlo, které výborně proniká vodou, někteří vodní tvorové září žlutě, zeleně, někdy dokonce červeně! Vždy však jde o studené světlo!
Svítivci a lampáři
Zejména v temných hlubinách, pokud jde o bioluminiscenci, zůstává pro vědce nejvíce záhad. Kdyby živé hloubkovodní organismy vytáhli nad hladinu, hned by se rozpadli. To je hlavní důvod, proč o nich vědci dosud tak málo vědí. Proto bezpočet oněch dosud spatřených podvodních tvorů ještě nemá ani odborné pojmenování, ale jen obecné označení „svítivci“ či „lampáři“.
Francouzský badatel Jacques Piccard v batyskafu Trieste dosáhl v roce 1969 při ponoru do nejhlubšího místa oceánu, Mariánského příkopu v Tichém oceánu, hloubky 10 916 metrů – pro představu je to jakoby se nejvyšší hory světa převrátily do moře a ještě by jejich vrcholy nedosáhly na dno oceánu. Přesto v kuželu reflektoru ponorky uviděl plovoucího platýze. Když světlo zhasl, rozzářila se kolem, k jeho úžasu, barevná mozaika mnoha světélkujících vodních tvorů.
Více se dozvíte:
S. P. Colowich, N.O. Kaplan, Methods in Enzymology – Academic Press New York- London, 1998
A. Byatt, Modrá planeta, Euromedia Group – Knižní klub, Praha, 2002
Proč živočichové světélkují?
Celosvětový vědecký výzkumu, který využíval i kvantové fyziky, ukázal na hlavní úkoly biolomuniscence:
1. Přilákání sexuálního partnera
Očividným příkladem jsou světlušky. Svítící broučci pomocí světla hledají v křoví či trávě bezkřídlé samičky, které také vydávají vstřícné světelné signály, rozdílné pro každý druh.
I v temných hlubinách oceánu se pomocí světel (většinou odlišného zbarvení a frekvence) hledají „manželské“ páry mnoha druhů živočichů.
2. Dorozumívání
Někteří živočichové využívají pestré světelné signály i ke „ komunikaci“, například o potravě.
3. Osvětlení kořisti
Jedná se hlavně o červené světlo, jež ale kořist nevidí, které v temnotách dokážou vyzařovat jen určité druhy ryb. Takovým dravcem je například světlonoš dlouhovousý (Melanostomias), jenž má zvláštní světelný orgán za okem. Jde o jakousi čelní lampu, něco podobného jako zařízení na noční vidění.
4. Zmatení nepřítele
Mistry jsou ryby stříbrňáci. Hlavním prostředkem ochrany jsou řady fotoforů. S jejich pomocí mění barvu podle světla, které proniká shora a podivuhodně změní siluetu stříbrnáče při pohledu zdola.
5. Vyvolání poplachu
V temnotě např. někteří korýši při napadení prudce zazáří. Jejich světlo je varovným signálem pro jiné. Často na místo činu přivolá i jiné dravce, kteří pro změnu napadnou původního útočníka. Medúza při setkání s dravcem rozzáří tělo a světlo běhá po chapadlech jako vánoční svítilničky.
Svítící houby
V přírodě světélkují i pařezy, někdy podhoubí. Většinou se ale jedná o jiné chemické reakce než u živočichů.
Favoritkou je václavka obecná (Armillariella mellea), která na podzim roste obvykle v hustých trsech na pařezech, kořenech a živých kmenech. V noci kolem sebe tato dřevní houba šíří zelené světlo. Jev vyvolávají chemické reakce, související s procesem dýchání v buňkách. Dlouho převládal názor, že světélkováním k sobě václavka láká hmyz, aby posléze posloužil k rozšiřování jejích výtrusů. Dnes odborníci tvrdí, že světélkování se rozmnožování netýká, ale jedná se o čistě chemické procesy.
Václavku světélkováním napodobují i jiné druhy hub, např. hlíva olivová (Omphalotus olearius). Rájem světélkujících hub jsou tropy. Např. v Indonésii si podle tradice svobodné dívky z takových hub dělají náhrdelníky, aby jejich tajemným svitem na sebe ve tmě upozornily nápadníky.
