Hur producerar eldflugor ljus?

Skymningen flimrande av eldflugor bekräftar att sommaren har kommit. Som barn kanske du har fångat de så kallade blixtbuggarna i dina kuppade händer och tittat genom fingrarna för att se dem glöda och undrat hur de skulle fascinerande eldflugor producera ljus.

Fireflies skapa ljus på ett liknande sätt som hur en glowstick fungerar. Ljuset är resultatet av en kemisk reaktion eller kemiluminescens. När en ljusproducerande kemisk reaktion inträffar i en levande organisme, kallar forskare denna egenskap bioluminescens. Mest bioluminescerande organismer lever i marina miljöer, men eldflugor är bland de markbundna varelserna som kan producera ljus.

Om du tittar noga på en vuxen eldfluga, ser du att de sista två eller tre buksegmenten verkar annorlunda än de andra. Dessa segment innefattar det ljusproducerande organet, en effektiv struktur som producerar ljus utan att förlora värmeenergi. Om du någonsin har vidrört en glödlampa efter att den har varit på några minuter, vet du att den är het. Om eldflugens ljusorgan avgivit jämförbar värme skulle insekten möta en krispig ände.

I eldflugor beror den kemiska reaktionen som får dem att glöda av ett enzym som kallas luciferas. Bli inte vilseledd av dess namn; detta enzym är inget djävuls verk. djävulen kommer från latin lucis, vilket betyder ljus, och ferre, vilket betyder att bära. luciferas är bokstavligen, det enzym som ger ljus.

Firefly-bioluminescens kräver närvaro av kalcium, adenosintrifosfat, den kemiska luciferan och enzymet luciferas i det ljusa organet. När syre introduceras till denna kombination av kemiska ingredienser, utlöser det en reaktion som ger ljus.

Forskare upptäckte nyligen att kväveoxid spelar en nyckelroll för att tillåta syre att komma in i eldfluens ljusorgan och inleda reaktionen. I frånvaro av kväveoxid binder syremolekyler till mitokondrierna på ytan av de ljusa organcellerna och kan inte komma in i organet för att utlösa reaktionen. Så inget ljus kan produceras. När det är närvarande binder kväveoxid sig till mitokondrierna istället, vilket gör att syret kommer in i organet, kombineras med andra kemikalier och genererar ljus.

Förutom att vara artmarkörer för kompisattraktion är bioluminescensen också en signal till eldfluggens rovdjur, som fladdermöss, att de kommer att bli bittera. I en studie som publicerades i tidningen augusti 2018 av tidskriften Vetenskapliga framsteg, forskare fann att fladdermöss åt färre eldflugor när eldflugorna glödde.

Ljusproducerande eldflugor blinkar i ett mönster och en färg som är unik för deras arter, och dessa blixtmönster kan användas för att identifiera dem. Att lära sig känna igen eldflukten i ditt område kräver kunskap om längden, antalet och rytmen i deras blinkningar, intervallet för tiden mellan deras blinkningar, färgen på ljus de producerar, deras föredragna flygmönster och tiden på natten när de vanligtvis blinkar.

Hastigheten för ett eldflugs blixtmönster styrs av frisättningen av ATP under den kemiska reaktionen. Färgen (eller frekvensen) på det producerade ljuset påverkas sannolikt av pH. En eldflugts blixthastighet varierar också med temperaturen. Lägre temperaturer resulterar i långsammare blixt.

Även om du är välbevandrad i blixtmönstren för eldflugor i ditt område, måste du vara medveten om eventuella imitatorer som försöker lura sina kollegor eldflugor. Firefly kvinnlig är känd för sin förmåga att efterlikna blixtmönstren för andra arter, ett trick de använder för att locka intet ontande män närmare så att de kan få en enkel måltid. För att inte överskridas, kan vissa fyrflugor också kopiera blixtmönstren för andra arter.

Luciferas är ett värdefullt enzym för biomedicinsk forskning, särskilt som en markör för genuttryck. Forskare kan bokstavligen se en gen på jobbet eller närvaron av en bakterie när luciferaset är taggat. Luciferas har använts i stor utsträckning för att identifiera livsmedelsförorening av bakterier.

På grund av dess värde som forskningsverktyg efterfrågas luciferas av laboratorier, och den kommersiella skörden av levande eldflugor påverkade negativt eldfluggbestånd i vissa områden. Men forskare klonade framgångsrikt luciferasgenen från en eldflugtart, Photinus pyralis1985, vilket möjliggör storskalig produktion av syntetiskt luciferas.

Tyvärr extraherar vissa kemiska företag fortfarande luciferas från eldflugor snarare än att producera och sälja den syntetiska versionen. Detta har faktiskt lagt en dusch på eldflugornas huvuden i vissa regioner, där människor uppmuntras att samla dem av tusentals under toppen av deras sommars parningssäsong.

I ett enda Tennessee-län 2008 folk som är ivriga att få in ett företags krav på eldflugor som fångats och frös cirka 40 000 män. Datormodellering av ett forskarlag antyder att denna skördsnivå kan vara ohållbar för en sådan eldfluggpopulation. Med tillgängligheten av syntetiskt luciferas idag är sådana skördar av eldflugor för vinst helt onödiga.

• Capinera, John L. Encyclopedia of Entomology. Springer, 2008.
• “Firefly Watch.” Museum of Science, Boston.
• “Hur och varför tänds eldflugor?” Scientific American, 5 september 2005.
• “Brandmän tänds för att locka kameror, men också för att avskräcka rovdjur.” American Association for the Advancement of Science, 21 aug. 2018.
• _{Lee, John. "Grundläggande bioluminescens. "Institutionen för biokemi och molekylärbiologi, University of Georgia.}
• _{"Modelleringseffekter av skörden på eldfasthetsbefolkningen," Ekologisk modellering, 2013.}