Bioluminescenza

 

È un fenomeno che consiste nell’immissione luminosa da parte di organismi viventi attraverso particolari reazioni chimiche che convertono l’energia chimica in energia luminosa.
La bioluminescenza è stata trovata in organismi quali molluschi, anellidi ctenofori, pesci, dinoflagellati, insetti e funghi.

Gli organismi marini, hanno organi appositi per la produzione di luminescenza che prendono il nome di fotofori. Questi si trovano nei pesci, nei cefalopodi e negli cnidari.

Gli scopi della bioluminescenza possono essere molteplici: A scopo difensivo, difesa, comunicazione, attacco, illuminazione…

La bioluminescenza può avvenire in 2 modi:
1) Bioluminescenza propria dell’organismo; dovuta a processi biochimici che avvengono nel organismo.(Es: lucciole,
2) Simbiosi con batteri bioluminescenti che utilizzano delle reazioni redox per produrre luminescenza.

Meccanismo della bioluminescenza

La bioluminescenza si basa su un meccanismo per cui alcune molecole, prodotte in uno stato elettronico eccitato, emettono parte di energia sotto forma di radiazione luminosa tornando allo stato fondamentale di quiete.

Diversi studi biochimici e biomolecolari hanno dimostrato che i meccanismi di emissione di luce da parte di organismi viventi sono molto vari e quindi, con buona probabilità, tale proprietà si è sviluppata in maniera indipendente nei vari gruppi biologici.

È stato inoltre accertato che in molti organismi viventi, tra i quali la lucciola, la bioluminescenza implica l'azione di almeno due composti chimici: un substrato organico che emette la luce, chiamato "luciferina", e un enzima catalizzatore chiamato "luciferasi".
Nella maggior parte dei casi il fenomeno è appunto dovuto alla luciferina, che in presenza di ATP (adenosintrifosfato), magnesio e dell'enzima luciferasi, cede elettroni, i quali, passando ad un livello minore di energia, liberano energia sotto forma di luce.

Nei batteri (Es: Photobacterium) la bioluminescenza è associata al consumo di ossigeno (O₂) e quindi avviene solo in condizioni di aerobiosi e di alte concentrazioni di questi organismi nell’ambiente.

In alcuni organismi la bioluminescenza è fatta da batteri in simbiosi mutualistica con l’organismo ospite a punto che i processi biochimici della luminescenza sono strettamente collegati ed inseparabili dall’organismo ospite.
Ad esempio batteri luminescenti vivono in simbiosi con un pesce chiamato Photoblepharon palpebratus(Fig.1) della barriera corallina australiana e si sviluppano all’interno di una piega (palpebra) sotto agli occhi.
La simbiosi fra questi organismi fa sì che il pesce fornisca un substrato protettivo e molto nutriente ai batteri ed i microrganismi offrano la luce necessaria per le diverse comunicazioni dell’animale atte a difendere il proprio territorio e a cacciare.

          Fig.1: Photoblepharon palpebratus

Un altro esempio di simbiosi fra batteri luminescenti e animali è fornita dall’interazione fra Euprymna scolopes (Fig,2), un cefalopode che di giorno vive sotto la sabbia e di notte vaga in cerca di cibo, e Vibrio fischeri.
Euprymna riesce a mimetizzarsi nell’ambiente notturno grazie alla presenza di un organo luminescente (fotoforo) che emette una luce “lunare” che ne fa scomparire l’ombra. La luce è emessa da popolazioni di Vibrio fischeri, batteri bioluminescenti che vivono all’interno del fotoforo del cefalopode dove trovano un ambiente ricco di nutrimento.

                                Fig.2: Euprymna scolopes

Bioluminescenza negli insetti

La possibilità di emettere radiazioni luminose si trova in un ristretto numero di specie che hanno principalmente abitudini notturne notturne o che vivono in luoghi oscuri come, ad esempio, caverne o l’interno di alberi.
La luminescenza può originarsi:
-  Perché l'insetto possiede speciali organi fotogeni
- Come effetto collaterale del suo metabolismo
- Perché causata da batteri patogeni e quindi essere sintomo di malattia (es. larve di Mamestra attaccate dal Bacterium haemosphoreum)
- Perché ospita batteri luminescenti simbiontici.

Le specie luminose si riscontrano prevalentemente tra i coleotteri (elateridi, drilidi, lampiridi, fengoidi), ma anche fra i collemboli, i rincoti omotteri cicadoidei, e le larve dei ditteri.
Nelle larve di alcuni ditteri fungivoridi la luce proviene dal corpo adiposo o dall'estremità ingrossata dei tubi malpighiani (strutture paragonabile ai reni dei vertebrati), nei coleotteri fengoidi da agglomerati di enociti (ghiandole ).
Nei coleotteri, che hanno differenziato organi luminosi, può essere emessa luce in tutti gli stadi di sviluppo.

La funzione della bioluminescenza, nelle forme più primitive, sembra non avere alcun significato biologico, essendo un effetto collaterale del metabolismo; nelle larve luminose di alcuni ditteri fungivoridi essa probabilmente serve da attrattivo per le prede e nei coleotteri lampiridi, fengoidi ed elateridi è un evidente richiamo sessuale.

                                        Fig.3: Lampyris noctiluca