آشنایی با موجودات شب تاب ( bioluminescent )

حشرات شب تاب

حیواناتی که از حس بینایی خود برای پیدا کردن راه خود استفاده می کنند ، به طور کلی وقتی که نور نباشد، برای پرسه زدن دچار سختی می شوند. بعضی، مثل: جغدها، چشمان خیلی بزرگی دارند که نور زیادی را جمع می کنند. آنها همچنین از دیگر حس های خود برای جمع آوری اطلاعات درباره ی پیرامون خود استفاده می کنند.

از طرف دیگر، انسان ها تلاش زیادی برای تولید منابع نور قابل حمل و اکثراً مصنوعی انجام داده اند از مشعل گرفته تا لامپ های معمولی و اخیراً هم LED. برخی از موجودات، روش کاملاً متفاوتی دارند. آنها خودشان نور تولید می کنند و آن را در داخل بدن خود به این طرف و آن طرف می برند.

شناخت حشرات شب تاب

عکس هایی مانند این معمولاً برای نشان دادن خاصیت شب تابی استفاده می شود. (اما بعضی وقتها هم اصلاً به این خاصیت مربوط نمی شوند). این تصویر رویایی، نتیجه ی انعکاس نور فلاش از یک عروس دریایی است.

بسیاری از حیوانات از نورهای تولیدی خودشان همانند چراغ قوه و نورافکنی که انسان ها استفاده می کنند، استفاده می کنند. اما حیوانات نور را از راه خیلی متفاوت تری نسبت به آنچه که در لامپ های ما رخ می دهد، تولید می کنند، لامپ های سنتی نور را با ملتهب کردن یک رشته سیم تولید می کنند. یک رشته درون لامپ به شدت داغ می شود و از خود نور ساطع می کند. این فرآیند یک اشکال به خصوصی دارد و آن هم این است که برای تولید گرمای کافی جهت دستیابی به نور مناسب انرژی زیادی تلف می شود.

حیوانات تابان نورشان را از طریق پدیده ی شب تابی تولید می کنند. در حیوانات شب تاب، ترکیبات شیمیایی با هم ترکیب می شوند تا درخشش را ایجاد کنند. پیده ی شب تابی خیلی به صرفه تر از ملتهب کردن است. این پدیده نه گرما نیاز دارد نه آن را تولید می کند، به همین علت گاهی از آن به عنوان نور سرد نام برده می شود.

دانشمندان از 2500 سال پیش یک طرز تفکر ابتدایی برای تفاوت بین شب تابی و افروختگی ( ملتهب شدن و داغ شدن ) داشته اند. در قرن 17 محققان فعالیت های خود را برای یافتن چگونگی تولید نور توسط خود حیوانات را شروع کردند. اما از آنجا که حیوانات مختلف از مواد مختلفی برای تولید نور استفاده می کنند دانشمندان هنوز دقیقاًنمی دانند که هر کدام از گونه های شب تاب چگونه نور تولید می کنند. در برخی مواد، دانشمندان نتوانسته اند بفهمند که یک حیوان چرا نور تولید می کند یا چگونه خاموش و روشن کردن آن را کنترل می کنند. مطالعه بر روی شب تابی، سخت است چون بیشتر حیوانات وقتی گرفته می شوند، دیگر به شب تابی نمی پردازند. در دیگر موارد، فرآیند گرفتن این حیوانات، به اعضای تولید کننده ی نور آنها آسیب می زند.

آشنایی با موجودات شب تاب

یک گیاه توتون که توسط محققان برای بررسی رابطه ی ژن ها با نور سرد ( شب تابی ) استفاده شده است. این گیاه با استفاده از ژن های یک کرم شب تاب به طور اساسی دگرگون شده است.

مبانی نور :

گرم یا سرد، نور از یک منبع می آید. یک الکترون برانگیخته به طور اساسی، انرژی موجب حرکت الکترون از مدار خود در اتم به یک سطح بالاتر می شود. وقتی که الکترون می خواهد دوباره برگردد، یک فوتون منتشر می کند (یا یک بسته کوچک از نور.)

انواع گونه های زنده ی شب تابی :

شما همه جای سیاره ی زمین می توانید اشکال زنده شب تابی راپیدا کنید. در روی زمین، گونه های درخشان قارچ که از چوب پوسیده تغذیه می کنند، پدیده ی ترسناک شبانه ای را ایجاد می کنند که به Fox fire معروف است. در برخی از انواع قارچها، همه ی ساختار، می درخشد. در دیگر انواع، فقط یک قسمت از قارچ نور تولید می کند.

همچنین حیوانات زمینی شب تاب دیگری هم وجود دارند. شامل حشرات، هزارپاها و کرم ها. یکی از حشرات شب تابی که خیلی شناخته شده اند، کرم های شب تاب ( fire fly) هستند. مردمی که در نزدیکی این حشرات زندگی می کنند، اغلب فکر می کنند که این نور از حشرات بالغ ساطع می شود، در حالی لاروها هم به خوبی نور تولید می کنند. کرم های درخشان هم حشره هستند. آنها لاروهای گونه های متنوع مگس ها و سوسک ها هستند. برخی مردم فکر می کنند که کرم های درخشان همان کرم های شب تاب هستند، چون برخی از کرم های شب تاب ماده، بال ندارند و بیشتر به کرم شبیه هستند تا حشره.

شناخت محل زندگی موجودات شب تاب

حیوانات شب تاب بیشتر در مناطقی از اقیانوس زندگی می کنند که نور خورشید زیادی به آنجا نمی رسد ).

بیشتر شب تاب های دنیا در اقیانوس زندگی می کنند نه بر روی زمین. اشکال زنده ی شب تاب ها در سر تا سر اعماق اقیانوس ها زندگی می کنند. اما بیشتر آنها در یک قسمت مشخص زندگی می کنند. در قسمت تاریک روشن ( Twilight) این قسمت به نام قسمت بی نور ( Dis photic) هم شناخته می شود (یا با نام کم نور).

این قسمت از لایه ی نورگیر آب یا euphotic عمیق تر است. اما از قسمت تاریک مطلق اقیانوس بالاتر است. عمق دقیق این ناحیه به چند عامل بستگی دارد، ترکیبات آب و خصوصیات کف اقیانوس. اما در کل، قسمت تاریک روشن بین 660 فوت تا 3300 فوت ( 201 متر تا 1006 متر ) از عمق اقیانوس قرار دارد.

تنها میزان کمی از نور خورشید به این عمق از اقیانوس می رسد. آب دریا نورهای قرمز، نارنجی و زرد را می گیرد و نور بنفش را پراکنده می کند. بنابراین نوری که به این ناحیه می رسد نوری آبی سبز است. این به خاطر آن است که نور آبی ـ سبز طول موج کمتری ( انرژی بیشتری ) دارد، بنابراین می تواند با این انرژی اضافه به درون آب نفوذ کند.

خیلی از حیوانات شب تاب در این عمق زندگی می کنند. مثل: ستاره ی دریایی، کرم های دریایی، ماهی ها، میگوها و غیره .

بیشتر آنها نوری با طول موج تقریبی 440 تا 479 نانومتر تولید می کنند. این، با نور آبی ـ سبز خورشید که در این قسمت اقیانوس وجود دارد، مطابقت دارد. نور و درخشش این حیوانات می تواند مسافت زیادی را طی کند و با نور آمده از بالا، ترکیب شود. در برخی از نواحی اقیانوس، این حویانات منبع نور اصلی هستند و خورشید نقشی ندارد.

حیوانات از شب تابی برای اهداف مختلفی استفاده می کنند.

نور قرمز اقیانوس :

یک نوع ماهی که در اعماق اقیانوس زندگی می کند، می تواند نور قرمز تولید کند. این نور در تاریک ترین قسمت ایقانوس می تواند مسافت زیادی را طی کند. به علاوه، خیلی از گونه های عمق اقیانوس نمی توانند نور قرمز را ببینند، بنابراین این ماهی می تواند پنهان شود و صید را شکار کند.

در قسمت بعدی می بینیم که چگونه تولید نور به حیوانات اجازه ی زنده ماندن می دهد .

چرا حیوانات نور تولید می کنند ؟

دانشمندان نمی دانند که چرا تمام گونه های زنده ی شب تاب می درخشند. به طور مثال چندین گونه از کرم های زمینی ،اختفای شب تاب دارند که منظور آشکار برای آن وجود ندارد. همچنین دلیل درخشش برخی از قارچ های خوراکی هم نامعلوم است، اگر چه برخی از دانشمندان نظریه ای دارند که این کار حشرات را جلب می کند و هاگ ها به این طریق پخش می شوند. تعداد کمی از حیوانات هم شروع به درخشش می کنند وقتی که حیوانات اطراف آنها شروع به نور دادن می کنند شروع به درخشش می کنند و همیشه دلیل مشخصی برای این رفتار وجود ندارد.

این نامعلومی همانند روی زمین، در اقیانوس هم وجود دارد. برخی از گونه های تک سلولی پلانکتون ها، که به نام Dino flagellate شناخته می شوند، وقتی مضطرب می شوند، می درخشند. جزر و مد، طوفان، شنا کردن گونه های زنده ی دریایی و کشتی های عبوری می توانند موجب درخشش همزمان تعداد زیادی از این موجودات شوند. Dina flagellate ها دلیل پدیده ای که به دریای شیری ( Milky sea) معروف است، هستند این پدیده موجب درخشش دریا می شود. بعضی وقتها این درخشش آنقدر زیاد است که موجب تداخل در ناوبری دریایی می شود.

15000 کیلومتر مربع دریای شیری در سواحل آفریقا که از فضا هم مشخص بوده است

15000 کیلومتر مربع دریای شیری در سواحل آفریقا که از فضا هم مشخص بوده است.

تئوری هشدار سارق ( barglar – alarm) توضیحی ممکن برای این است که چرا این واکنش پلانکتون ها به آشفتگی موجب زنده ماندن آنها می شود. اگر یک lاهی کوچک شروع به خوردن پلانکتون بکند، پلانکتون مضطرب، تلالویی از نور از خود ساطع می کند. این نور ماهی بزرگ را جذب می کند که احتمالاً صیاد ماهی کوچک است.

به عبارت دیگر، این نور، یک هشدار است که حیوانات بزرگ اطراف را از وجود حیوان کوچک تری آگاه می کند. چه اما این سیستم به سادگی برخی از کاربردهای قابل فهم تر شب تابی نیست:

1 ـ ارتباط : کرم های شب تاب با الگوی خاصی به نورپردازی می پردازند که اغلب برای یافتن یک جفت است.

2 ـ پیدا کردن غذا : در قسمت تاریک روشن اقیانوس، برخی از ماهیها از نورشان برای پیدا کردن غذا استفاده می کنند.

3 ـ جذب کردن صید : برخی از گونه های موجودات دریایی، طعمه ی شب تابی برای جذب کردن یک ماهی دیگر استفاده می کنند.

4 ـ استتار : در قسمت های تاریک تر اقیانوس، دیدن اجسام در زیر محلی که قرار دارید، سخت است، اما دیدن نیمرخ سیاه رنگ اجسام بالای سر شما آسان است . ( وقتی چیزی بالای سر شما باشد، موجب دیده نشدن نور کم خورشید که از بالا می آید می شود و این کار موجب ایجاد یک نیمرخ سیاه می شود ). به همین دلیل برخی از گونه ها، لکه های نورانی در زیر بدن خود تولید می کنند که موجب محو شدن، شکل اجمالی ( یا خطوط بیرونی شکل بدن آنها ) می شود و به آنها اجازه می دهد که با نور بالای سر ترکیب شوند. این کار به عنوان خنثی کننده روشنایی یا Counter – illumination شناخته می شود.

5 ـ همرنگی استتاری : یک نوع کوسه وصله ای تاریک در زیر بدن خود دارد که وقتی از زیر به آن نگاه می کنیم، به یک ماهی کوچکتر شبیه است. وقتی که یک شکارچی بزرگ تر نزدیک می شود، کوسه می تواند یک گاز بزرگ بگیرد و فرار کند. این کار به کوسه کمک می کند که حیواناتی را که از خودش بزرگتر و قوی تر هستند، شکار کند.

6 ـ دفاع : وقتی که برخی از حیوانات می ترسند، یک ابر سیال نور دهنده از خود منتشر می کنند. مانند : وقتی که اختاپوس ها از خود ابری از جوهر منتشر می کنند. دیگر حیوانات از یک نور خیره کننده برای کور کردن شکارچی استفاده می کنند.

علاوه بر اینکه استفاده های متفاوتی از نور می شود، اعضای تولید کننده ی نور شب تاب، مواد مختلف زیادی را برای تولید نور، ترکیب می کنند. در قسمت بعد به مبانی این فرآیند نگاهی می اندازیم.

چگونه حیوانات نور تولید می کنند؟

به طور کلی، پدیده ی شب تابی 2 نوع ماده را در واکنش تولید نور درگیر می کند. یکی از آنها رنگ دانه ی شب تاب یا ( laciferin) است که ماده ی تولید کننده ی نور است. دیگری iuciferase است که آنزیمی است که فرآیند را سرعت می بخشد ( کاتالیز می کند ). در برخی از موارد رنگ دانه ی شب تاب، یک پروتئین است که به پروتئین نوری ( photo protein) معروف است و در این حالت، فرآیند تولید نور به یک یون باردار برای فعال کردن واکنش نیاز دارد. عصب شناسی، شیمی یا دیگر فرآیندهای ناشناخته می توانند واکنش تولید کننده ی نور را آغاز کنند.

اغلب، این فرآیند نیاز به حضور برخی از مواد دیگر دارد مثل اکسیژن یا ( ATP. Adeno sinetriphosphate (ATP یک مولکول است که انرژی را ذخیره می کند و انتقال می دهد. ATP این کار را فقط در اورگانیسم های زنده و البته مثل بدن انسان انجام می دهد. واکنش luciferin-luciferase می تواند محصولات جانبی مثل oxylaciferin و آب تولید کند.

شب تابی آنها به روشنی روزهای آفتابی است

هر دو اصطلاح luciferin , luciferase از عبارت اصطلاح لاتین lucifer به معنی آورنده ی نور است. اینها اصطلاحات عمومی هستند و نامهای خاص شیمیایی نیستند. مواد متفاوت خیلی زیادی می توانند مثل این دو ماده عمل کنند که به اشکال زنده ی شب تاب بستگی دارد. به طور مثال luciferin coelenterazine در شب تابی دریایی خیلی استفاده می شود. dinoflag ellate ها که غذا را از طریق فتوسنتز به دست می آوردند، از یک luciferin ( رنگ دانه شب تاب ) استفاده می کنند که شبیه کلروفیل است. شب تابی آنها به روشنی روزهای آفتابی است.

موجودات شب تاب برای غذا بر فتوسنتز تکیه دارند

گونه های dinoflag ellate که برای غذا بر فتوسنتز تکیه دارند، رنگ دانه های شب تابی دارند که به کلروفیل شبیه هستند.

همه ی حیوانات، خودشان نور تولید نمی کنند، ادامه ی مقاله را بخوانید که با موجوداتی که برای شب تابی به موجودات دیگر وابسته هستند، آشنا شوید و بفهمید که نوردهی حیوانات چه سودی برای بشر دارد.

تکامل و نور مشترک :

حیوانات می توانند این مواد را در بدن خودشان قرار دهند یا با همزیگری و استفاده از باکتری های تولید کننده ی نیرو، نور تولید کنند. این باکتری ها در عضو نوری ( light organ) در اورگانیسم بدن حیوان میزبان، زندگی می کنند. باکتری ها تمام وقت، نور تولید می کنند. بنابراین برای خاموش و روشن کردن نور، برخی از حیوانات می توانند عضو نوری خود را درون بدن خود بکشند. دیگر حیوانات، این عضو را با تکه هایی از پوست، شبیه بهپ لک می پوشانند. برخی از موجودات زنده از ماده ی فلوئورسنت، استفاده می کنند مانند پروتئین سبز فلوئورسنت ( Green fluorescent protein) با علامت GFP تا با آن رنگ نوری را که تولید می کنند، تنظیم کنند. ماده ی فلوئورسنت نور آبی ـ سبز را جذب می کند و آن را با رنگ دیگری ساطع می کند.

موجودات تک سلولی هنگام اضطراب نور تولید می کنند

به خاطر این همه تنوع در رنگ دانه های شب تابی، آنزیم های آنها و روش استفاده ی حیوانات از آنها، بیشتر محققان معتقدند که توانایی تولید نور همزمان و مستقلاً استثنایی برای فرم های چند گانه ی حیات هستند. این حقیقت که حیوانات انگشت شماری در محیط آب شیرین وجود دارند، از این تئوری حمایت می کند. در ضمن موجودات زمینی به اندازه ی دنیای عمق اقیاوس ها، موجودیت و حیات نداشته اند. بنابراین حیواناتی که در آنجا زندگی می کنند زمان زیادی برای پذیرفتن محیط اطراف و تطبیق با آن نداشته اند. به علاوه، قسمت پایینی بدن حیوانات آب شیرین آنقدر تیره نیستند که منبع نور اضافی نیاز داشته باشند.

حیوانات راههای زیادی برای تولید و استفاده از نور دارند، و مردم هم استفاده های زیادی از نوری که حیوانات تولید می کنند، کشف کرده اند. محققان می توانند موجودات زنده ی تک سلولی شب تابی را استفاده کنند که وقتی مضطرب می شوند، از خود نور تولید می کنند و با این مسیری که حیوانات در داخل آب طی می کنند را بیابند. دانشمندان، همچنین خصوصیت شب تابی را به حیوان های غیر شب تاب داده اند تا بتوانند تحقیق هایی بر روی پیشرفت بیماری هایی مثل سرطان و آلزایمر انجام دهند. این تحقیقات این چنینی می تواند پدیده ی شب تابی را همان طور که برای دیگر موجودات زنده مفید است، برای انسان هم سودمند کند.

ماهی مرکب باکتری های شب تاب را در خود قرار می دهد

یک ماهی مرکب بالغ، باکتری های شب تاب را در عضو نوری خود قرار می دهد.

و اما در مورد فلوئور سنس :

چون برخی از حیوان از فلوئورسنس برای نورسازی استفاده می کنند، فلوئور سنس و شب تابی طبیعی نیستند. در شب تابی طبیعی 2 یا چند ماده ترکیب می شوند تا نور تولید کنند. در فلوئورسنس یک ماده یک نور با یک رنگ را می گیرد و آن را با رنگ دیگری ساطع می کند.

نویسنده : Tracy V.wilson

مترجم : محمود کریمی

منبع : rasekhoon.net