Come si accendono le lucciole?

Un enzima, chiamato luciferasi, fa brillare questi fulmini

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Lo sfarfallio crepuscolare di Lucciole conferma che l'estate è arrivata. Da bambino, potresti aver catturato quei cosiddetti fulmini nelle tue mani a coppa e sbirciato tra le dita per guardarli brillare, chiedendoti come quei lucciole affascinanti produrre luce.

Bioluminescenza nelle lucciole

Lucciole crea la luce in modo simile a come funziona un glowstick. La luce risulta da una reazione chimica, o chemiluminescenza. Quando si verifica una reazione chimica che produce luce all'interno di un organismo vivente, gli scienziati chiamano questa proprietà bioluminescenza. Più organismi bioluminescenti vivono in ambienti marini, ma le lucciole sono tra le creature terrestri capaci di produrre luce.

Se guardi da vicino una lucciola adulta, vedrai che gli ultimi due o tre segmenti addominali appaiono diversi dagli altri. Questi segmenti costituiscono l'organo che produce luce, una struttura efficiente che produce luce senza perdere energia termica. Se hai mai toccato una lampadina a incandescenza dopo che era stata accesa per alcuni minuti, sai che è calda. Se l'organo luminoso della lucciola emettesse un calore paragonabile, l'insetto incontrerebbe una fine croccante.

La luciferasi li fa brillare

Nelle lucciole, la reazione chimica che le fa brillare dipende da un enzima chiamato luciferasi. Non lasciarti ingannare dal suo nome; questo enzima non è opera del diavolo. Lucifero deriva dal latino di luce , che significa luce, e sopportare , che significa portare. Luciferasi è letteralmente, quindi, l'enzima che porta la luce.

La bioluminescenza della lucciola richiede la presenza di calcio, adenosina trifosfato, il luciferano chimico e l'enzima luciferasi all'interno dell'organo luminoso. Quando l'ossigeno viene introdotto in questa combinazione di ingredienti chimici, innesca una reazione che produce luce.

Gli scienziati hanno recentemente scoperto che l'ossido nitrico svolge un ruolo chiave nel consentire all'ossigeno di entrare nell'organo luminoso della lucciola e avviare la reazione. In assenza di ossido nitrico, le molecole di ossigeno si legano ai mitocondri sulla superficie delle cellule dell'organo luminoso e non possono entrare nell'organo per innescare la reazione. Quindi nessuna luce può essere prodotta. Quando presente, l'ossido nitrico si lega invece ai mitocondri, consentendo all'ossigeno di entrare nell'organo, si combina con le altre sostanze chimiche e genera luce.

Oltre ad essere indicatori di specie per l'attrazione del compagno, la bioluminescenza è anche un segnale per i predatori delle lucciole, come i pipistrelli, che avranno un sapore amaro. In uno studio pubblicato nel numero di agosto 2018 della rivista La scienza avanza , i ricercatori hanno scoperto che i pipistrelli mangiavano meno lucciole quando le lucciole brillavano.

Variazioni nei modi in cui le lucciole lampeggiano

Le lucciole che producono luce lampeggiano con uno schema e un colore unici per la loro specie e questi schemi di flash possono essere utilizzati per identificarle. Imparare a riconoscere le specie di lucciole nella tua zona richiede la conoscenza della lunghezza, del numero e del ritmo dei loro lampi, dell'intervallo di tempo tra i loro lampi, del colore della luce che producono, dei loro schemi di volo preferiti e dell'ora della notte in cui in genere lampeggia.

La velocità del lampo di una lucciola è controllata dal rilascio di ATP durante la reazione chimica. Il colore (o la frequenza) della luce prodotta è probabilmente influenzato da pH . Anche la velocità del flash di una lucciola varierà con la temperatura. Temperature più basse comportano velocità di flash più lente.

Anche se sei esperto degli schemi di flash per le lucciole nella tua zona, devi essere consapevole dei possibili imitatori che tentano di ingannare le loro amiche lucciole. Le femmine di lucciola sono note per la loro capacità di farlo imitare i modelli di flash di altre specie , un trucco che usano per attirare i maschi ignari più vicini in modo che possano ottenere un pasto facile. Per non essere da meno, alcune lucciole maschi possono anche copiare i modelli di flash di altre specie.

Luciferasi nella ricerca biomedica

La luciferasi è un enzima prezioso per la ricerca biomedica, in particolare come marcatore dell'espressione genica. I ricercatori possono letteralmente vedere un gene al lavoro o la presenza di un batterio quando viene etichettata la luciferasi. La luciferasi è stata ampiamente utilizzata per aiutare a identificare la contaminazione degli alimenti da parte dei batteri.

A causa del suo valore come strumento di ricerca, la luciferasi è molto richiesta dai laboratori e la raccolta commerciale di lucciole vive ha influenzato negativamente le popolazioni di lucciole in alcune aree. Tuttavia, gli scienziati hanno clonato con successo il gene della luciferasi di una specie di lucciola, Photinus pyralis , nel 1985, consentendo la produzione su larga scala di luciferasi sintetica.

Sfortunatamente, alcune aziende chimiche estraggono ancora la luciferasi dalle lucciole piuttosto che produrre e vendere la versione sintetica. Ciò ha effettivamente messo una taglia sulla testa delle lucciole in alcune regioni, dove le persone sono incoraggiate a raccoglierle a migliaia durante il picco del loro stagione estiva degli amori .

In una singola contea del Tennessee nel 2008, persone desiderose di incassare la richiesta di lucciole da parte di un'azienda hanno catturato e congelato circa 40.000 maschi. La modellazione al computer di un gruppo di ricerca suggerisce che questo livello di raccolto potrebbe essere insostenibile per una tale popolazione di lucciole. Con la disponibilità della luciferasi sintetica oggi, tali raccolti di lucciole a scopo di lucro sono del tutto inutili.

Fonti

• Capinera, John L. Enciclopedia di entomologia . Springer, 2008.
• Lucciola Guarda . Museo della Scienza, Boston.
• Come e perché le lucciole si accendono? Scientifico americano , 5 settembre 2005.
• Le lucciole si accendono per attirare i compagni, ma anche per scoraggiare i predatori . Associazione americana per il progresso della scienza , 21 agosto 2018.
• _{Lee, Giovanni. ' Bioluminescenza di base .' Dipartimento di Biochimica e Biologia Molecolare, Università della Georgia.}
• _{' Modellazione degli effetti della raccolta sulla persistenza della popolazione di lucciole ,' Modellazione ecologica , 2013.}