Duyuruyu Kapat
Facebook Gözat
Twitter Gözat

Biyolüminesens

Konu, 'Ekoloji ve Doğa' kısmında Hazel Candan tarafından paylaşıldı.

  1. Hazel Candan

    Hazel Candan CMNet Üyesi

    Biyolüminesens ve Biyolüminesens’ in Temeli



    Biyolüminesens, canlı organizmalar tarafından kimyasal reaksiyonlarla ışık üretilmesidir. Organizmadaki ışık üretimi kimyasal enerjinin ışık enerjisine dönüşmesi sonucu ortaya çıkar.



    Ateş böceklerinde luciferin olarak bilinen bir grup madde O2 ile birleşerek oksiluciferin haline dönüşür. Oksiluciferin uyarılmış formdur ve çabucak ışık vererek geri döner. Bu reaksiyon luciferaz denen bir enzim ile olur ki, bu enzim de inaktifken ATP’ ye bağlıdır. Özelleşmiş biyolüminesent hücreden sinyal geldiğinde luciferaz ATP’ den ayrılır ve luciferinin okside olmasını sağlar. Sonra tekrar ATP ile rekombine olur. Farklı organizmalar farklı biyolüminesent madde üretirler. Biyolüminesent balıklar okyanus diplerinde yaygındır. Bu da muhtemelen karanlıkla ilgilidir. Bazı diğer hayvanlar ise bunu korunmak için kullanırlar.



    Biyolüminesens okyanusun tüm seviyelerinde vardır, ancak en sık yüzeyde tanımlanır. Güneş ışığının derine inemediği okyanus bölgelerinde ışığın tek kaynağıdır. İnanılmaz bir biçimde okyanusun bu bölgelerinde yaşayan canlıların %90 kadarı ışık üretme yeteneğine sahiptir.



    Organizmaların biyolüminesensi dört ana amaç için kullandığı düşünülmektedir.



    1- Saldırganlardan kurtulmak

    2- Avlanmak

    3- Diğer türler ile iletişim kurmak

    4- Kendini belli etmek



    Çoğu biyolüminesens mavidir. Bunlarda mavi-yeşil olan ışık suda en uzağa gidebilir. Dalga boyu 440-479 nm’ dir. İkinci olarak da, çoğu organizmalar sadece mavi ışığa karşı hassastır ve bu dalga boyundan fazla veya az dalga boyundaki ışığı algılayamazlar. Kırmızı ışığın dalga boyu uzundur ve suda çabuk absorbe olur, bu da deniz dibinin mavi olmasını sağlar.



    Bazı knidoriyonlar yeşil ışık verir ve bir balık formu olan Malacostelds ( Loasejaws olarak da bilinen ) kırmızı ışık verirler. Bunlar infroredde üretirler, bu ışık insan tarafından görülemez. Bu da bunlara düşmanları tarafından görülmeden onları görebilme avantajını kazandırır.



    Her biyolüminesent organizma farklı özelliklere sahiptir. Bunlar rengin farklılığı, ışığın artma ve azalma süresi, total ışık süresi şeklinde ayrılır. Bazıları ışığı sürekli yayar, bazıları da flaş patlaması şeklinde yayar.



    Dinoflagellatların biyolüminesensi 0,1 sn sürer ve insanlar tarafından gözlenir. Jellyfish gibi büyük organizmalar saniyelerce biyolüminesens verebilir. Çoğu çok hücreli organizmalar sinirsel kontrollü ışık yapma yeteneğine sahiptirler. Limünnesens diğer bir limünnesent organizma tarafından uyarılabilir. Tüm biyolüminesens canlıların birkaç karakteristiği vardır. Tüm biyolüminesent reaksiyonlar O2 ile gerçekleşir. Luciferin ve luciferaz denilen kimyasallara ihtiyaç duyarlar. Lucifer; ışık getiren, luciferin ise, ışık üretiminin esas maddesi anlamındadır. Reaksiyonu luciferaz kataliz eder. Bu reaksiyonda luciferin luciferaz katalizörlüğünde okside olur. Bunun sonucunda ışık ve inaktif oksiluciferin oluşur. Çoğu organizmalarda yeni luciferin sisteme besinler ile yada sentezleme yolu ile getirilir. Bazen luciferin ve luciferaz birbirine bağlıdır. Buna fotoprotein denir.



    Sisteme bir iyon eklendiğinde ( ki bu iyon sıklıkla Ca’ dır. ) fotoprotein tetiklenir. Bu reaksiyondaki enerjinin çoğu ışık olarak salınır. Bu yüzden biyolüminesens sıklıkla soğuk ışık olarak adlandırılır.



    Luciferinlerin beş tipi bilinir. Birinci tip bakteriyel luciferin; redüklenmiş riboflavin fosfattır. Squid, bazı balıklar ve bakterilerde bulunur. İkinci tip dinoflagellat luciferin; klorofilden oluştuğu düşünülür. Çünkü dinoflagellatlar ile euphasiid shrimp ( içlerindeki yapılar ) benzer yapıdadır. Üçüncü tip vargulin; ostracod vargula da bulunur ve midshipman fish poricthys tarafından kullanılır. Bu ilginç bir diet bağlantısıdır. Çünkü balık luciferin içeren bir besin alıncaya kadar biyolüminesens vermez. Dördüncü tip sölenterlerde en çok görülen türdür. Radiolarians, ctenophores, cnidarians, squids, capepods, chaetognats ve bau balıklarda bulunur. Beşinci tip ateş böceği luciferinidir. Bu reaksiyon için ATP bir kofaktör gibi gereklidir.







    Biyolüminesens Hangi Canlılar Tarafından Yapılır?



    Mikroorganizmalardan balıklara hatta köpek balıklarının birkaç türüne kadar bir çok organizma biyolüminesens verir.



    Balıklardan daha gelişmiş organizmalarda ve vertebratalarda biyolüminesens yoktur. Biyolüminesent canlıları gruplayacak olursak;



    * Tek hücreli organizmalar:

    * Bakteriler

    - Radiolaria

    * Dinoflagellatlar

    - Fungi

    * Sölenterler ve Ktenoforlar ( Jellyfish ) : Sifonoforlar, medüzler, yumuşak mercanlar

    - Gastoropodlar: Nudibranchs, clams

    * Squids, octopus

    - Annelidler: Poliketler

    * Kapepodlar, ostrakodlar, amfipodlar

    - Derisi dikenliler

    * Tunikatlar: Larvalar

    * Çeşitli balık türleri



    ( Not: Yıldız işaretli olanlar kuvvetli biyolüminesens veren organizmalardır. )





    Neden Biyolüminesens?



    Muhtemelen biyolüminesens okyanustan kaynaklanır. Luciferinler ve luciferazlar kimyasalları yapısı üzerinde oluşur. Işık salınımı diğer organizmalar tarafından tanımlanmak açısından fonkriyonel olarak önemlidir. Biyolüminesensin okyanustaki iletişimde önemli etkileri vardır.



    1- Okyanusun büyük bölümünde güneş ışığı çok az veya yok denecek kadar azdır. Bu yüzden biyolüminesens, ışığı kullanarak iletişim kurmanın alternatif yoludur.

    2- Okyanus gibi devasa bir ekolojide doğal seleksiyona etkisi olduğu düşünülür.

    3- Okyanusun çok büyük bir bölümünde hayvanlar geniş bir açıklıkta gizlenmiştir. Biyolüminesent hayvanlar kısmen rölatif olarak nadirdir.



    Biyolüminesens’ te Hangi Renkler Verilir?



    Biyolüminesens maviden kırmızıya kadar farklı renklerde oluşur. Bu renk kimyasal reaksiyona bağlıdır. Luciferin ve luciferaz moleküllerine de bağlıdır. Kara hayvanlarında ( Ateş böceği vs. ) ışık genelde yeşil ve sarı bazen de kırmızıdır. Okyanuslarda en çok mavi-yeşil veya yeşildir. Bunun nedeni de; tüm renklerin okyanus suyunda eşit olarak penetre olamamasıdır. Mavi-yeşil ışık en iyi şekilde iletilir. Mavi-yeşil veya yeşil renk kuralı bazen bozulur. Bazı ovorms sarı ışık yapar ve derin deniz balıkları ( black loasejaw ) kırmızı ışık verir. Biz bu kırmızı ışığın görünmeden araştırma yapma fonksiyonu için yaratıldığına inanıyoruz. Çünkü çoğu hayvanlar kırmızı ışığı göremez. Fakat black loasejaw balığının gözleri kırmızıya hassastır ve kırmızı ışığı kullanarak hareket ederler.



    Biyolüminesens’ in Gücü!



    Biyolüminesens’ in ölçüm birimi saniyedeki foton sayısı ile olur. Bir biyolüminesent bakteri saniyede 1000-10000 foton yayabilir. Bir biyolüminesent dinoflagellat saniyede 10¹º-10¹¹ foton yayabilir. Kıyaslamak için; 100 watt’ lık bir lamba 10 üzeri 18 foton yayar.



    Fotoproteinlerin Yapısındaki Monomerler!



    Ateş böceğinin luciferini benzodiazondan oluşur. Bu da tirozin ve sistein aminoasitlerden oluşur. Bu denizdekilerden çok farklıdır.



    Ostrakodların luciferini imitazoloprazindir ve triptofan, arginin ve izolösin aminoasitlerinden oluşur.

    Jellyfish luciferini imitazoloprazindir. Ama iki trozin ve fenilalenin yönünden farklıdır.



    Dinoflagellatlarda Biyolüminesens



    Biyolüminesens dinoflagellatlarda savunma mekanizmasında bir alarm ve saldırganlardan kaçmak için kullanılır. Dinoflagellatlar rahatsız edildiklerinde 0,1-0,5 sn arasında ışık saçarlar. Çoğu dinoflagellatlar biyolüminesensi internal biyolojik ritimleri ile kontrol ederler. Dinoflagellatlar sirkadien ritimdedir. Günün sonuna doğru ışık veren kimyasallar vesiküllerde paketlenir. Buna scintillons denir. Bunlar stoplazmada nukleusun kenarına göç eder. Şu anda scintillonların stoplazmadaki hareketinin nasıl olduğu bilinmemektedir. Gece ışık mekanik uyarı ile tetiklenir, vakuolde aksiyon potansiyeli üretildiğinde bu aksiyon potansiyeli hücre boyunca artarak iletilir. Bu protonların vakuolden stoplazmaya geçmesine izin verir, stoplazma asidifiye olur ve üretim scintillonların içinde aktive olur.



    Dinoflagellatlarda luciferin genellikle LBP ( Luciferin Binding Protein )’ e bağlıdır. Nötral pH’ da LBP luciferini spontan olarak okside halde tutar. Aktive edildiğinde yani pH azaldığında luciferin LBP’ den ayrılır ve luciferaz ile birleşir. pH değeri 8 olunca molekül stabildir, pH değeri 6’ ya inince LBP ile luciferin ayrılır. Bu süreçte oksidasyon olur. Luciferin uyarılmış hale geçer ve enerjiyi ışık olarak salar.



    Çoğu dinoflagellatlar gün boyunca az biyolüminesens üretirler. Çünkü daha az scintillon vardır. Biyolüminesens dinoflagellatlarda karanlıkta 2 saat geçirdikten sonra maximum seviyeye gelir.



    Yunuslar Tarafından Uyarılan Plankton Biyolüminesensi



    Yüzen yunusların etrafındaki sahada belirgenleşme, akım tarafından indüklenen biyolüminesens için özel bir fırsat olmuştur. Ne yazık ki, yunuslar tarafından oluşturulan biyolüminesens daha önceleri anektodlara konu olmuş ve sıklıkla karıştırılmıştır. Bilimsel literatürdeki çoğu referanslar yunuslarda biyolüminesensin olmadığını söyler. Bununla beraber hidrodinamik uzmanların yunusların vücudunun üst kısmında akımın laminar olduğunu belirtir. Son yapılan laboratuar kompüterize ve saha çalışmaları bu tip biyolüminesensin karakteristiklerinin ve gözlenmesinin sonucunda limünesent planletonların uyarılması ile doğal olarak oluştuğunu açıklar. Laboratuar deneylerinde biyolüminesent organizmaların laem laminar hem turbular akımla uyarıldıkları ve akım sırasındaki stres değerleri 0,1 nm־² olduğu bulunmuştur. Bilgisayarlı ideal hidrodinamik çalışmalar yunusun 1/6 oranındaki model ile yapılmıştır. Hızın 2 ms olması durumunda modelin her tarafına stres değerleri yayılmıştır. Artan akım ile biyolüminesensin azaldığı gösterilmiştir.



    Sonuç olarak, bu biyolüminesensin yoğunluğu yüzen cismin sınırındaki tabakanın genişliği ile direk ilişkili olduğu gözlenmiştir.



    Octopus’ ta Biyolüminesens



    Derin deniz octopuslarındaki biyolüminesensin araştırılması bilim dünyasında çok büyük haberler oluşturmuştur. Farklı araştırmacıların octopuslarda biyolüminesens bulmaları büyük sürpriz oldu.



    Cudlefish ve squidlerde biyolüminesens yaygındır. Fakat octopodlarda son derece nadirdir. Şimdiye kadar biyolüminesens veren iki octopus türü bulunmuştur. Bunlardan stauroteuthis syrtensis büyük sürpriz olmuştur.



    Mantarlarda Biyolüminesens



    Mantarlarda biyolüminesens sadece Mycetphilitae’ de görülmüştür. Bunlarda biyolüminesens avlarını kendine çekmek için kullanılır.



    Kaynaklar:



    1- “Bioluminescence Demonstrations” http://siobiolum.ucsd.edu

    2- www.hboi.edu

    3- www.biolum.org

    4- “Dinoflagellate Bioluminescence” http://siobiolum.ucsd.edu

    5- “The Bioluminescence Web Page” http://lifesci.ucsd.edu

    2876-14.jpg

    DIAPHUS1.jpg

    melano~3.jpg