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Gen
18
2017
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Biolumi della scienza

 

Tra gli animali sono tantissimi i fenomeni di bioluminescenza, alcuni di quali stupefacenti. Anche se a seconda della specie ci sono organi preposti a creare luce, il meccanismo biochimico di base è pressoché sempre lo stesso: l’ossigeno si combina con una proteina chiamata luciferina, ossidandola, e producendo al contempo una luce di colore verde-azzurra (l’emissione è a 520-530 nm). La reazione è molto efficiente: quasi tutta l’energia chimica – nella reazione è infatti necessario anche ATP – viene convertita in energia luminosa, per cui si perde pochissimo calore (molto di meno delle nostre lampadine LED, che pur di calore ne producono poco). La reazione è veloce e catalizzata da un enzima chiamato luciferasi. “Luciferasi”, però, non è la denominazione di un singolo enzima. Si tratta piuttosto di un termine generico che indica enzimi del gruppo delle ossigenasi, presenti in numerosi organismi, anche molto distanti filogeneticamente tra loro, come cnidari, crostacei, insetti e pesci.

L’esempio più noto è forse quello delle lucciole, insetti coleotteri appartenenti alla famiglia Lampyridae: se ne conoscono circa 2000 specie che vivono in una serie di ambienti caldi e umidi, ma anche in regioni più temperate, e sono abitualmente avvistate nelle sere d’estate. La luce prodotta nell’addome delle lucciole è solitamente intermittente, e lampeggia secondo modalità uniche per ciascuna specie. In quasi tutte le specie di lucciole, l’emissione della luce serve a individuare potenziali partner. Mantenere una luminosità intensa e a intervalli regolari è difatti prerogativa degli individui più forti e cono più energia, quindi adatti quindi a riprodursi. In altre specie, la luce è anche un meccanismo di difesa e costituisce un chiaro segnale che mette in guardia dallo sgradevole sapore dell’insetto. Il fatto che anche le larve siano luminescenti dà sostengo a questa teoria.

 

01 - Lucciola

L’addome luminescente di una lucciola.

 

Un altro esempio, forse più esotico è quello dei glowworm (Arachnocampa luminosa), ditteri luminescenti troglobii endemici della Nuova Zelanda, dove è possibile ammirarli (non solo) nelle turistiche Waitomo Caves. In questo caso sono solo le larve (e le femmine adulte) ad essere luminescenti, in modo da attirare altri insetti che vedono nella loro luce una via di uscita dalle grotte. Ma, direte voi, sono solo larve, cosa possono fare a insetti adulti più grandi di loro? La fregatura risiede nel fatto che, oltre, alla luce, le larve producono dei filamenti proteici appiccicosi tra i quali le malcapitate prede si impigliano. E allora, zac, l larve se li mangiano. Lo spettacolo è unico perché alla luce si vede questa tendina di filamenti che pendono dal soffitto delle caverne, mentre al buio si scorgono, non senza senso di meraviglia, i puntini luminosi verdi alla base dei filamenti (mi viene in mente come esempio quello delle fibre ottiche).

 


I glowworms delle Waitomo Caves, in Nuova Zelanda.

 

Simile tattica, ma in un contesto completamente diverso è attuata dai Melanocetidi e dai Ceratiidi, due famiglie di pesci che possiedono l’illicio, derivate dal primo raggio della pinna dorsale estremamente allungato e mobile con una piccola escrescenza luminosa alla sommità, in modo da essere usato per attirare le prede, che poi vengono voracemente inghiottite.

 

02 - Cryptopsaras couesii

La temibile silhouette abissale del Ceratiidae Cryptopsaras couesii.

 

Poiché la bioluminescenza è facilmente saggiabile, il gene della luciferasi di lucciola è spesso usato come gene reporter negli esperimenti di trascrizione e traduzione per evidenziare l’effettiva acquisizione di frammenti genici negli organismi OGM o l’attivazione o meno di un gene. Cioè, in parole povere, lo stato dell’interruttore del gene (il promotore, a monte della sequenza codificante) indica se il tratto di DNA che codifica per una proteina verrà trascritto o meno. Se al posto del tratto codificante sostituiamo il gene della luciferasi, quando il promotore è “acceso” avremo, appunto, l’espressione della luciferasi (invece del tratto codificante che darebbe origine alla proteina normalmente presente). È come collegare una luce ad un interruttore generico che potrebbe azionare qualsiasi cosa: vediamo la luce e capiamo che l’interruttore è acceso. Di conseguenza, al microscopio, si noterà la luminescenza e si potrà capire se determinate condizioni ambientali o fisiologiche accendano o spengano un gene di interesse. Questa tecnica ha il grande vantaggio di permettere di studiare geni di particolare interessi, come quelli attivati in determinati condizioni patologiche, tra cui i tumori o malattie genetiche.

Esistono anche funghi naturalmente luminescenti. Una delle specie fungini bioluminescenti più studiata è Mycena chlorophos, che vive in Asia subtropicale, inclusi Giappone, Taiwan, Polinesia, Indonesia e Sri Lanka, in Australia e in Brasile. DI solito, sia il micelio sotterraneo che i corpi fruttiferi sono luminescenti, per cui non si capisce bene il significato adattativo. Sembra però che, almeno in questo caso, la bioluminescenza abbia un altro scopo. Essa, come abbiamo detto prima, richiede infatti molta energia chimica (ATP) e ossigeno, per cui ci deve essere una necessità ben precisa per “sprecarli” entrambi. Nel caso di questi funghi, il processo, consumando ossigeno, potrebbe consentire di eliminare i radicali liberi prodotti durante la decomposizione del legno della lettiera in cui questi funghi vivono. Altri ipotizzano che negli ambienti bui e con chiome fitte delle foreste tropicali, la bioluminescenza dei corpi fruttiferi potrebbe essere un vantaggio per attrarre erbivori, inclusi insetti e altri artropodi, che potrebbero aiutare a disperdere le spore. D’altra parte, quando sono il micelio e le strutture vegetative ad essere bioluminescenti, la luce potrebbe scoraggiare gli erbivori a cibarsi del fungo.

 

03 - Mycena chlorophos

Il fantascientifico funghetto luminescente Mycena chlorophos.

 

Gli esempi nel mondo animale (e anche tra i batteri: note sono le simbiosi tra Vibrio fischeri e alcuni organismi marini) si sprecano, ma cosa dire delle piante? Nonostante la luce sia essenziale per i cari amici autotrofi ed i fenomeni di fluorescenza non manchino (basta pensare a quella della clorofilla, ma questa è un’altra storia), sembra che piante luminescenti, almeno in natura, non esistano. La tecnica degli OGM con la luciferasi si può estendere a qualsiasi gene di interesse e a qualsiasi organismo, al punto tale che in Israele hanno già brevettato piante con il Dna modificato per illuminare gli ambienti (glowing plants). Se gli OGM non fossero banditi in Europa, mi aspetterei di vederli presto sui banconi dell’Ikea. Altri esempi di piante artificialmente luminescenti potete vederli qui. A parte le amenità, l’uso di piante bioluminescenti per l’illuminazione stradale, più che per l’illuminazione di interni, mi sembra invece un’ottima idea, anche considerando tutte le volte che ho squartato la gomma sui bordi dei marciapiedi. Tra le alghe bioluminescenti c’è la Nocticula scintillans, un dinoflagellato monocellulare bioluminescente famoso anche per le sue fioriture algali durante i fenomeni di eutrofizzazione. Qui, la reazione avviene in particolari organelli cellulari simpaticamente chiamati “scintilloni”.

Nelle piante terrestri, almeno allo stato attuale delle conoscenze, la bioluminescenza è andata persa. Forse perché le piante, più che emettere radiazione visibile, più che altro la assorbono, o forse perché l’emissione nel verde potrebbe disturbare altri fenomeni fotochimici; fatto sta che la bioluminescenza basata sul sistema lucifrina/luciferasi si è persa. L’unico genere di piante che ricorda vagamente la luminescenza è Lunaria, che comprende tre specie, di cui due, Lunaria annua e Lunaria rediviva, sono diffuse allo stato spontaneo in gran parte d’Europa, Italia compresa, mentre la terza, Lunaria telekiana, è endemica dell’Albania. Il nome non è casuale, perché l’aspetto rotondeggiante ed argenteo dei frutti maturi richiama l’aspetto della luna o, meno romanticamente, di monete d’argento. In Italia, la Lunaria viene chiamata “Medaglione del Papa”, “Moneta del Papa”, “Moneta pontificia” o “Occhiali del Papa”. Non si capisce perché la specificazione “del Papa”; forse perché i papi hanno soldi e appunto “stanno come un papa”. Il colore, in questo caso, dipende da fenomeni di riflessione della luce; niente a che vedere con la bioluminescenza.

 

04 - Lunaria

Le monete di Lunaria.

 

COMMENTI 0   |   Scritto da Horty in:  PersonaliScienza e fantascienza |
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