Come si accendono le lucciole?

Lo sfarfallio crepuscolare delle lucciole conferma che l'estate è arrivata. Da bambino, potresti aver catturato quei cosiddetti lampi nelle mani a coppa e sbirciato tra le dita per vederli brillare, chiedendosi come quelle affascinanti lucciole producano luce.

Bioluminescenza in lucciole

Le lucciole creano luce in modo simile a come funziona un bagliore. La luce deriva 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. La maggior parte degli organismi bioluminescenti vive in ambienti marini, ma le lucciole sono tra le creature terrestri in grado di produrre luce.

Se osservi da vicino una lucciola adulta, vedrai che gli ultimi due o tre segmenti addominali appaiono diversi dagli altri. Questi segmenti comprendono l'organo che produce la luce, una struttura efficiente che produce luce senza perdere energia termica. Se hai mai toccato una lampadina a incandescenza dopo qualche minuto, sai che fa caldo. Se l'organo luminoso della lucciola emettesse un calore paragonabile, l'insetto incontrerebbe una fine croccante.

Luciferase li rende luminosi

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 viene dal latino lucis, che significa luce, e ferre, significato da portare. luciferasi è letteralmente, quindi, l'enzima che porta luce.

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

Di recente gli scienziati hanno scoperto che l'ossido nitrico svolge un ruolo chiave nel consentire all'ossigeno di entrare nell'organo luminoso della lucciola e di avviare la reazione. In assenza di ossido nitrico, le molecole di ossigeno si legano ai mitocondri sulla superficie delle cellule dell'organo leggero 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, permettendo all'ossigeno di entrare nell'organo, si combina con le altre sostanze chimiche e genera luce.

Oltre ad essere un marcatore 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 in Ways Fireflies Flash

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

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

Anche se sei esperto nei flash pattern delle lucciole nella tua zona, devi essere consapevole dei possibili imitatori che tentano di ingannare le loro lucciole. Le femmine di lucciola sono famose per la loro capacità di imitare i modelli flash di altre specie, un trucco che impiegano per attirare più da vicino i maschi ignari in modo da poter segnare un pasto facile. Per non essere da meno, alcune lucciole maschili possono anche copiare i modelli flash di altre specie.

Luciferasi nella ricerca biomedica

La luciferasi è un prezioso enzima 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 la luciferasi è taggata. 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 luciferase 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 sulle teste delle lucciole in alcune regioni, dove le persone sono incoraggiate a raccoglierle a migliaia durante il picco della loro stagione degli amori estivi.

In una sola contea del Tennessee nel 2008, le persone desiderose di incassare la domanda di una lucciola catturata e congelato circa 40.000 maschi. La modellizzazione al computer di un gruppo di ricerca suggerisce che questo livello di raccolta 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 dell'entomologia. Springer, 2008.
• "Firefly Watch." Museum of Science, Boston.
• "Come e perché si accendono le lucciole?" Scientific American, 5 settembre 2005.
• "Le lucciole si accendono per attirare i compagni, ma anche per predare i predatori." Associazione americana per l'avanzamento della scienza, 21 agosto 2018.
• _{Lee, John. "Bioluminescenza di base." Dipartimento di Biochimica e Biologia Molecolare, Università della Georgia.} 
• _{"Modellare gli effetti del raccolto sulla persistenza della popolazione di Firefly" Modellistica ecologica, 2013.}