Bioluminescentie

De kans is groot dat dit lichtpuntje afkomstig is van een diepzeehengelvis die met zijn lokmiddel zwaait in de hoop een prooi te vangen of een partner te vinden.

Dit fenomeen heet bioluminescentie, laten we proberen om hier iets over bij te leren!

Wat is bioluminescentie?

Bioluminescentie is het vermogen van bepaalde planten en dieren om licht te produceren.

Sommige plant- en diersoorten op het land zijn bioluminescent, zoals vuurvliegjes, wormen of paddenstoelen.

In de oceaan zijn veel organismen ook bioluminescent, van dierlijk plankton aan de oppervlakte tot mariene organismen op grote diepten, waar meer dan 90% bioluminescent is.

Inktvissen aan de oppervlakte produceren bij gevaar een inktwolk, terwijl inktvissen in de afgrond een lichtgevende wolk kunnen produceren. Dezelfde techniek maar met andere middelen!

Licht produceren: een chemische reactie

Dit licht is afkomstig van een chemische reactie op basis van luciferine, een molecule die na oxidatie door het enzym luciferase, licht produceert.

Om de chemische reactie te veroorzaken, is een katalysator nodig die geproduceerd wordt door een levend wezen: deze katalysator is ATP.

Hoewel er veel luciferinen en luciferasen zijn, is elke combinatie uniek en niet onderling verwisselbaar.

In Nausicaá kun je grote lantaarnvissen ontdekken in de tentoonstelling ‘Op volle zee’.

Bioluminescentie, fosforescentie of fluorescentie?

Bioluminescentie, fosforescentie of fluorescentie zijn alle drie fenomenen die licht produceren, maar ze hebben een andere oorsprong:

Bioluminescentie is dus het resultaat van een chemische reactie.
Fosforescentie is het vermogen van bepaalde lichamen om licht uit te stralen nadat ze licht hebben opgenomen.
Fluorescentie is het vermogen van sommige organismen om licht onmiddellijk na blootstelling terug te ‘reflecteren’. Sommige koralen kunnen fluoresceren; de eiwitten in koraalweefsel absorberen blauw licht en stralen groen licht uit.

Wie is bioluminescent? En waarom?

Waarvoor dient bioluminescentie? In de eerste plaats voor het voortbestaan van de soort!

Zichzelf verdedigen tegen roofdieren

De diepzeegarnaal Acanthephyra purpurea is in staat om een bioluminescente lichtstraal uit te ‘braken’ naar roofdieren, net als octopussen en hun inktwolk. Een effectieve techniek om te voorkomen dat ze worden opgegeten!
Ostracoda, kleine kreeftachtigen, stralen een blauwachtig licht uit zodra ze de deining van de golven voelen of als ze zich bedreigd voelen. Hun aanwezigheid heeft de stranden van de Malediven beroemd gemaakt. Ze worden blauw zand genoemd.

Tijdens de Tweede Wereldoorlog konden Japanse officieren hun documenten in het donker lezen dankzij cypridinapoeder (afkomstig van ostracoda), dat zelfs in droge vorm bioluminescent blijft.

De Atola wyvillei is een diepzeekwal die heldere lichtflitsen produceert als hij wordt aangevallen. Deze reactie trekt andere roofdieren aan die de kwal van zijn aanvallers verlossen.

Het vermogen om dieren uit de diepte aan te trekken met behulp van lichtflitsen werd gekopieerd door zeebiologe Edith Widder. Met haar E-jelly-apparaat was het mogelijk om de aandacht te trekken van een reuzeninktvis zodat deze in zijn natuurlijke omgeving in de diepten van de oceaan kon worden gefilmd. Een primeur!

Zich voeden

Het lichtgevende aas van de diepzeehengelvis is een huidzak, de zogenaamde esca, gevuld met lichtgevende bacteriën. Deze bevindt zich aan het einde van een lange stekel, een aanpassing van de eerste stekel van de rugvin. Bij andere hengelviss uit dezelfde familie van Lophiformes bevindt het lichtgevende orgaan zich op het gehemelte, in de bovenkaak. De vis hoeft alleen maar rustig te wachten tot een prooi naar dit lokmiddel zwemt, zijn kaak sluiten, en hij kan op zijn gemak eten.

Zich voortplanten

Bij vuurvliegjes zorgt het lichtsignaal ervoor dat ze elkaar kunnen vinden om zich voort te planten. In de oceaan bouwt de eenvinnige paddenvis Porichthys notatus zijn nest onder de de rotsen tijdens het broedseizoen. Hij maakt een geluid om vrouwtjes aan te trekken. Als het vrouwtje klaar is om te paren, maakt ze licht. Het mannetje komt dichterbij, knippert en wordt lichtgevend roze.

Welke toepassingen zijn er voor bioluminescentie?

De waarneming van bioluminescentie heeft ons geholpen om bepaalde soorten beter te begrijpen, maar het fenomeen is ook interessant vanwege de toepassingen ervan in ons dagelijks leven.

Geneeskunde

Bioluminescente bacteriën hebben onderzoekers in staat gesteld om een tumor in een muis nauwkeurig in 3D te lokaliseren. Dit onderzoek zou het mogelijk kunnen maken om de medische beeldvorming te verbeteren door vroege tumoren op te sporen en een nauwkeurig beeld te krijgen van hun grootte en vorm.

Aequorea is een lichtgevende kwal die een eiwit bezit, aequorine, dat kan worden gebruikt als biologische marker in medisch onderzoek.

Waterbehandeling

ATP-metingen worden al sinds lang gebruikt in de voedingsindustrie, zwembaden of waterleidingen.

ATP, of adenosinetrifosfaat, is een molecule die aanwezig is in elk levend organisme. De mate waarin ATP aanwezig is op een oppervlak moet dan ook overeenstemmen met de geldende hygiënenormen. Deze molecule blijkt licht te produceren in aanwezigheid van de combinatie luciferine/luciferase en een katalysator. Het enige wat je nodig hebt is een lichtmeter om het niveau te meten: hoe intenser het licht, hoe meer ATP, en hoe groter het risico dat zich bacteriën ontwikkelen in het water.

Natuurlijke verlichting

Glowee is een Franse start-up op het gebied van biotechnologie die er met behulp van bioluminescentie naar streeft om de milieu-impact van stadsverlichting te verminderen.

Door een biologisch lichtsysteem te ontwikkelen dat gebruik maakt van de natuurlijke bioluminescente eigenschappen van mariene organismen, biedt Glowee een duurzaam alternatief voor kunstlicht en een nieuwe manier van verlichting.