online.muni.cz Přejít na hlavní obsah

Svítící organismy: Jak to jen dělají?

Samičky sice neumí létat, ale dokáží svítit mnohem intenzivněji než samečci.

Světlo nás provází téměř celý život. Sluneční světlo přináší naší planetě obyvatelné podmínky, tedy teplotu i zdroj energie pro rostliny, které nás přímo, nebo zprostředkovaně živí. Světlo a teplo ohně znamenalo pro naše předky přežití. Pro moderního člověka znamená světlo žárovky pohodlí. Ve všech případech však jde o světlo z vnějších zdrojů, jelikož my sami ho produkovat nedokážeme. Možná právě proto nám přijdou fascinující ty organismy, které to dokáží.

Asi první takový živočich, který nám přijde na mysl, je světluška. Ať už proto, že jsme jako děti sledovali večerníček Broučci, či proto, že jsme je na vlastní oči viděli v lese. Světlušky neboli svatojánské mušky patří mezi brouky z čeledi světluškovitých (Lampyridae), kteří své jméno dostali právě podle schopnosti svítit.

Nesvítí však ani jako ve večerníčku lucerničkou ani žádnou přírodní žárovkou, jejich světlo je produktem procesu zvaného bioluminiscence, tedy emise světla z biochemických reakcí v živém organismu.

Většina zdrojů světla, se kterými se setkáme, vyzařuje i nezanedbatelné množství tepla. To ovšem u živých organismů nejde - při příliš vysoké teplotě se rozkládají životně důležité bílkoviny. Bioluminiscence je tedy takzvaným studeným teplem: většina energie se přemění na světlo, kterého může být až 96 procent, a jen minimum se mění na teplo. Jde o velmi efektivní přeměnu - například v klasických žárovkách se na světlo přemění jen kolem deseti procent energie.

Pro bioluminiscenci jsou potřeba dva typy látek a také energie. Nezbytná je i přítomnost kyslíku. Prvním typem látky je luciferin jakožto substrát reakce, druhým je enzym luciferáza, která reakci katalyzuje.

Luciferin i luciferáza se liší strukturou a vlastnostmi napříč skupinami bioluminiscenčních organismů, tedy luciferin světlušek vypadá jinak než luciferin měkkýšů nebo bakterií. Různé organismy tak poskytují rozdílné podmínky pro reakci, čímž je ovlivněna barva vyzářeného světla a jeho intenzita. Barvu ovlivňuje hlavně pH reakce, kdežto intenzita se mění podle přísunu energie.

Regulace emise světla u světlušek probíhá na několika úrovních. Nervová aktivita stimuluje uvolnění primárního transmiteru, octapaminu. Ten spouští světelný orgán umístěný na zadečku, který obsahuje tisíce fotocytů (buněk schopných produkce světla) s organelami obsahujícími luciferin a luciferázu. Pokud je zároveň z mitochondrií dodáván kyslík, pak je výsledkem jejich interakce emise světla.

U světlušek svítí samečci i samičky a slabě mohou svítit i vajíčka a larvy. K čemu jim tato pozoruhodná schopnost slouží? Světlušky jsou aktivní v noci, nicméně světlo jim neslouží k osvětlení okolí, nýbrž jako signál pro ostatní jedince. Samečci létají ve výšce několika metrů, svítí slabě a hledají v trávě samičky, které létat neumí. Ty naopak svítí velmi výrazně a dávají tím najevo, že jsou připravené k páření. To proběhne na zemi a pár dní po nakladení vajíček život světlušky končí.

Tento maličký korýš, Vargula hilgendorfii, má dvě luminiscenční žlázy, kterými je schopen v ohrožení rychle vystříknout luciferin a luciferázu do mořské vody. Světlo vyleká nebo zmate predátora a Vargula má možnost utéct.

Světluška samozřejmě není jediným lumineskujícím organismem, byť je nám asi nejbližší. Patří mezi ně i bakterie, plankton, houby a další živočichové, z nichž většina patří mezi bezobratlé. U obratlovců, jako je ďas mořský, se jedná o symbiózu s bioluminiscenčními bakteriemi.

Většina lumineskujících organismů žije v mořích a ve většině případů emitují fialovo-modré světlo, jehož vlnové délky jsou nejvhodnější pro přenos vodou a zároveň jsou to vlnové délky, na které jsou nejvíce citlivé pigmenty ve fotoreceptorech většiny mořských živočichů. Suchozemské organismy pak žijí často v tmavých místech, jako jsou jeskyně a emitují v zeleném, žlutém i červeném spektru. Kromě již zmíněných námluv, může luminiscence sloužit jako obrana před predátory nebo naopak při lovu.

Bioluminiscenci však nevyužívají pouze její producenti, ale i vědci. Na jejím principu funguje řada metod, které pomáhají v objevování nových funkcí a spojitostí. Ostatním alespoň mohou přírodní světélka udělat radost dvou krásou.

Autorka je studentka experimentální biologie na Přírodovědecké fakultě MU.

Skvělé animované video vysvětlující bioluminiscenci (jen v angličtině)

Masarykova univerzita | Masaryk university