bioluminesenssi

Kemiallinen joulukalenteri 23/24: Petterin ja vähän muidenkin kuonojen loiste

Pe, 12/23/2016 - 08:53 Jarmo Korteniemi
Kuva: Heather Sunderland / Flickr

"Petteri Punakuono oli poro nimeltään…" - ja niin edelleen. Huomenna pukki valjastaa lentävät poronsa ja lähtee vuotuiselle maailmanympärimatkalleen. Tokan edessä liihottaa tietysti Petteri, valonheitinkuonoinen vetoporo.

Norjalaistutkimuksen mukaan poroilla on oikeasti joulun aikaan selvästi punertava nenä (kuten kirjoitimme tässä jutussa pari vuotta sitten), mutta nyt kyse ei ole tästä, vaan siitä, että nenä hohkaa valoa oikein kunnolla.

Todellisessa maailmassa Petteriä lähimmin vastaava eliö taitaa olla omintakeista valoa saalistukseen käyttävä syvänmerenkrotti (kuva alla). Yksikään nisäkäs kun ei tiettävästi harrasta omaa valontuotantoa. Kalan otsasta tönöttävän ulokkeen päässä on hietuvia, jotka hohtavat valoa.

Ominaisuutta kyllä esiintyy monilla, kenties useimilla, syvänmeren eliöillä, sekä lisäksi niveljalkaisilla (kiiltomatojen toukat, jotkut juoksujalkaiset, ym) sekä planktoneläimillä ja joillain sienillä. Käyttötarkoitus on saalistus tai puolustus, kumppanin houkuttelu ja jopa yksinkertainen puun lahottaminen.




Juttu jatkuu mainoksen jälkeen


Yksikään bioluminesenssia harrastava otus ei siis taida herättää sympatiaa siihen malliin kuin laulun altavastaajasta pelastajaksi noussut pörröinen poro. Eikä eläinten loisteen värikään ei ole lämpimän punainen, vaan yleensä kelmeän vihreä tai sinertävä. Ainoastaan yhden ainoan kalalajin tiedetään hohtavan punaisella valolla – silmistään.

Bioluminesenssiksi kutsuttu ilmiö johtuu lusiferiini-pigmenttien kemiallisesta hapettumisreaktiosta. Tapahtumaa katalysoi lusiferaasientsyymi. Lusifer-nimi viittaa "valon tuojaan".

Vaikkei yhdeltäkään nisäkkäältä ei olekaan havaittu evoluution kehittämää hohdetta, ihminen voi sellaista saada aikaan. Ensimmäinen poikkeus sääntöön on vahingot: Esimerkiksi tulitikuissa käytetty fosfori sai aikoinaan ainetta pitkään käsitelleiden tehdastyöläisten leukaluut ihan oikeasti hohtamaan pimeässä, Kyytipoikana tosin tuli todella pahoja terveysongelmia, ja fosforin käytölle asetettiin kansainvälisiä rajoituksia. Hallitumpi poikkeus on tutkimus: hiiriä, kissoja, lampaita ja käytännössä melkein mitä tahansa eläimiä voidaan pienellä geenisiirrolla saada tuottamaan loisteeseen tarvittavia aineita. Tarkoitus ei ole kuitenkaan vain luoda eläinfriikkejä. Lusiferaasi auttaa havaitsemaan onnistuuko geenien siirto, sekä selvittämään vaikkapa kasvainten toimintaa.

Mutta saadaan sitä loistetta aikaan toki muutenkin. Luminol esimerkiksi on television poliisisarjoista tuttu aine: Sitä käytetään havaitsemaan verijälkiä. Aine reagoi vetyperoksidin kanssa, kunhan paikalla on katalyyttinä pienikin määrä vaikkapa hemoglobiinissa olevaa rautaa.

Otsikkokuva: Heather Sunderland / Flickr
Muut kuvat: Jeremy Knight / Flickr

Diskosimpukka välkyttelee vihulaisille

Ma, 01/12/2015 - 10:56 Markus Hotakainen
Kuva Picasa / CC BY-SA 2.5

Trooppisissa vesissä Indonesian rannikolta Australian itäpuolelle asustaa muutaman sentin mittainen simpukka, jolla on ihan oma valoshow. Tieteellisellä nimellä Ctenoides ales tunnettu nilviäinen on ainoa simpukkalaji, jonka on todettu käyttävän valoa viestintään. 

Alkuun tutkijat luulivat, että akvaarioharrastajien hyvin tuntemassa ilmiössä on kyse bioluminesenssista eli biologisesta valontuotannosta: simpukka saisi siis itse aikaan vilkuttelemansa valon. Viime vuonna kuitenkin selvisi, että valoilmiö perustuu heijastukseen.

Simpukoiden vaipan ulkoreunassa on voimakkaasti heijastavaa kudosta, jonka eliö pystyy vuorotellen paljastamaan ja peittämään hyvin nopeaan tahtiin. Valo on siis peräisin ulkoisesta lähteestä – yleensä Auringosta, mutta myös esimerkiksi sukeltajien lampuista – mutta kun se heijastuu vaipan kudoksessa olevista pienistä piipallosista, se näyttää simpukan omalta aikaansaannokselta.

Valon vilkuttelua pidettiin ensin simpukoiden keskinäisenä "viestintänä", jolla ne houkuttelisivat vastakkaista sukupuolta. Tutkimusten mukaan näin ei kuitenkaan ole. Vaikka "diskosimpukoilla" on 40 silmää, joista osa näkyy pieninä oransseina soikioina allaolevassa kuvassa, ne eivät itse erota lajitovereidensa valomerkkejä. Nyt näyttääkin siltä, että kyse on puolustusmekanismista.

Laboratoriotutkimuksissa todettiin, että simpukoiden välkyttelytahti kiihtyi melkein kaksinkertaiseksi, kun ne kokivat itsensä uhatuksi. Normaalisti valot (eli heijastukset) vilkkuvat noin 1,5 kertaa sekunnissa, mutta saalistajaa jäljittelevä styroksimalli nosti tahdin 2,5 kertaan sekunnissa. 
 
Alustavien tulosten mukaan näyttää siltä, että samalla simpukka vapauttaa ympäristöönsä rikkihappoa, joka karkottaa pahoin aikein lähestyvän vihollisen. Valoshown tarkoitus on siis tiedottaa, että liian lähelle tuleville petoeläimille on luvassa kitkerä happokylpy. 
 
Tältä osin tutkimukset ovat kuitenkin yhä käynnissä eikä asiaa ole varmistettu. Samoin on vielä epävarmaa, käyttääkö simpukka "valojaan" myös saaliseläinten houkutteluun. Näyttäisi siltä, että vilkkumistahti kiihtyy myös planktoneliöiden tullessa simpukan lähistölle. Tutkijoiden mukaan laboratoriokokeiden perusteella on vaikea sanoa mitään varmaa ja siksi simpukoiden tarkkailua on tarkoitus jatkaa niiden luonnollisessa elinympäristössä. 
 
Tutkimusta ei ole toistaiseksi julkaistu alan tieteellisissä lehdissä, mutta Lindsey Doughertyn johtaman Kalifornian yliopiston (Berkeley) tutkijaryhmän tuloksista kerrottiin viime viikolla Floridassa pidetyssä biologian konferenssissa.
 
Asiasta uutisoitiin myös Science-lehden uutissivustolla, missä voi katsella videon diskosimpukan valoshowsta. Sivulta löytyy myös linkki toiseen videoon, jossa sirkkaäyriäinen on käymässä saaliin kimppuun, mutta tulee äkisti toisiin aatoksiin.