Բիոլյումինեսցենցիա

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
(Վերահղված է Կենսալյումինեսցենցումից)
Սովորական լուսատիտիկի լյումինեսցենցումը

կենսալուսարձակում կամ բիոլյումինեսցենցիա (հին հուն.՝ βίος , «կյանք» և լատ.՝ lumen«լույս») կենդանի օրգանիզմների լույս արձակելու հատկությունն է, որին նրանք կարող են հասնել ինքնուրույն կամ սիմբիոտների օգնությամբ: Բնորոշ է բազմաթիվ բակտերիաներին, ստորակարգ բույսերին, սնկերին, որոշ անողնաշարավորներին, ձկներին և հատկապես ծովերում ու օվկիանոսներում ապրող կենդանիներին, որոնք արագ բազմանալիս առաջացնում են ծովերի լուսավորում։ Շատ օրգանիզմների (բակտերիաներ, նախակենդանիներ) լուսարձակումը (թթվածնի առկայությամբ) տեղի ունենում անընդհատ, մյուսներինը՝ կատարվում է առանձին բռնկումներով և պայմանավորված է կենսագործունեության (քաղց, բազմացման շրջան և այլն) պայմաններով։ Որոշ դեպքերում կենսալյումինեսցենցման աղբյուր են լուսավորող բակտերիասիմբիոտները։ Բնության մեջ ամենատարածված երևույթներից է: Բարձր կազմավորմամբ օրգանիզմները լուսարձակման համար ունեն հատուկ օրգաններ, միաբջիջները` հատուկ օրգանոիդներ, իսկ բակտերիաները` ցիտոպլազմայում հատուկ նյութեր: Բիոլյումինեսցենցիայով օժտված միաբջիջ օրգանիզմները, երբ հավաքվում են մի տեղում երևում են նույնիսկ տիեզերքից:

Լուսավոր սնկեր

Մեխանիզմ[խմբագրել]

Դիօքսիտանոնից ածխածնի երկօքսիդի պոկում
Օքսիլյուցիֆերին

Բիոլյումինեսցենցիան պայմանավորված է բավական բարդ պրոցեսներով, որոնց մասնակցում են սպիտակուցային ֆերմենտներ: Բիոլյումինեսցենցիայի համար պատասխանատու ֆերմենտը լյուցիֆերազան է, որը գտնվում է մեմբրանային սցինտոլլոններում:Միաբջիջ լյումինիսցենտներն ունեն պոտենցիալային պրոտոնային անցուղիներ: Այդպիսի անցուղիներ ունեն նաև բջիջների միտոքոնդրումները: Բիոլյումինեսցենտների լուսարձակող համակարգը աշխատում է հետևյալ կերպ: Մեխանիկական ազդակները առաջացնում են էլեկտրական իմպուլս, որը ձգտում է դեպի բջջի ներս` հատուկ վակուոլ: Այդ վակուոլը լցված է պրոտոններով, իսկ այդ վակուոլների հետ կապված սցինտոլլոնները` լյուցիֆերազայով: Երբ վակուոլով անցնում է էլեկտրական իմպուլս, նրա և սցինտիոլի միջև բացվում է պրոտոնային անցուղին: Պրոտոններն անցնում են սցինտոլլոն, որտեղ թթվեցնում են միջավայրը և ստեղծում միջավայր ռեակցիաների համար: Լյումինեսցենցիայի ռեակցիաները կարող են լինել տարբեր, օրինակ, օդային ֆազում սպիտակ ֆոսֆորի գոլորշիների օքսիդացում, կամ դիօքսիտանոնից CO2-ի պոկում: Այս դեպքում դիօքսիտանոնը անցնում է անկայուն, գրգռված վիճակի, որից դուրս գալու համար անջատվում է էներգիա, որն էլ ցրվում է լույսի ձևով:

լուսավոր ծով

Կառուցվածք[խմբագրել]

Կառուցվածքը պարզ է, եթե կազմված է միայն լյուցիֆերինից և լյուցիֆերազից, իսկ բարդ՝ երբ բացի վերը նշվածից, առկա է նաև երկար շղթայով ալդեհիդ (որոշ բակտերիաների մոտ)։ Առավել բարդ է միջատների՝ օրինակ, լուսատտիկների Կենսալյումինեսցենցումը, որոնց արձակած դեղնականաչավուն լույսը առաջանում է նյարդային իմպուլսներով, և որի համար անհրաժեշտ է նաև ԱԵՖ (ադենոզինեռֆոսֆորաթթու) և մագնեզիում։ Ենթադրվում է (ամերիկացի գինական Մաքէլրոյ և ուրիշներ, 1962), որ կենսալյումինեսցենցումը առաջացել է անաերոբ ապրելակերպից աերոբին անցնելու փուլում։ Կենսալյումինեսցենցման կենսբանական նշանակությունը խիստ տարբեր է՝ լուսարձակող միջատների արուների և էգերի համար Կենսալյումինեսցենցումը միմյանց գտնելու ազդանշան է, ձկներինը՝ լուսավորելու և որսին գայթակղելու, թանաքաձկանը՝ գիշատիչներից պաշտպանվելու։ Արձակվող լույսը կարող է լինել կարմիր, կանաչ, դեղին կամ երկնագույն։

Բիոլյումինեսցենտ օրգանիզմներ[խմբագրել]

Լուսարձակող մեդուզա
Panellus Stipticus

Բիոլյումինեսցենցիայով են օժտված դինոֆլագելյատների պարզագույն ներկայացուցիչ Noctiluca scintillans-ը, սրանց կուտակումը ամերիկյան Ջիպսլենդ լճում (2008թ), բերել էր նրան, որ ջրի շարժման ժամանակ ամբողջ լիճը լուսավորվում էր: Այս նախակենդանիները խժռելով ջրիմուռների ողջ պաշարը, սկսել էին բազմանալ այնպիսի տեմպերով, որ ջրի յուրաքանչյուր շարժում ուղեկցվում էր լուսավորմամբ: Օվկիանոսի ջրի մեջ գիշերը նայելիս կարելի է տեսնել բաց կապույտ լույս: Դրա պատճառը լյումինեսցենցիայով օժտված ֆիտոպլակտոնի կազմի մեջ մտնող ջրիմուռներն են: Լուսարձակող կաղամարները հանդիպում են Խաղաղ օվկիանոսի արեվմտյան մասում 180-350մ խորության վրա: Ամբողջ օրը կաղամարները անցկացնում են նշված խորություններում, սակայն գիշերը բարձրանում են ջրի մակերևույթի մոտ: Սրանք փոքրիկ արարածներ են, որոնց մարմնի ամբողջ երկարությունը չի գերազանցում 15սմ: Սրանց լուսարձակման օրգանները ֆոտոֆորներն են, որոնք գտնվում են հիմնականում շոշափուկների վրա, սակայն կարող են գտնվել նաև ամբողջ մարմնի մակերեսին: Կաղամարները լոսարձակումը օգտագործում են բազմացման և զոհին գրավելու համար: Այս կենդանիներն ապրում են մոտավորապես 1 տարի: Խորջրյա շնաձկները օժտված են լյումինեսցենցիայով, որի համար ունեն հատուկ օրգաններ` լյումինոֆորներ: Հատակամերձ մութ ջրերում լույսը գիշատիչներին օգնում է որսին գրավել և գտնել իրար: Լյումինեսցենցիայով օժտված շնաձկներից է Etmopterus splendidus-ը, որը ապրում է մինչև 1000 մետր խորություններում: Լուսատիտիկները փոքրիկ միջատներ են, որոնք բիոլյումինեսցենցիան օգտագործում են ընկերներին որսի գրավելու համար: Լուսատիտիկները արձակում են դեղին կամ կանաչ սառը լույս: Բույսերից լյումինեսցենցիայով են օժտված հիմնականում գիշերային միջատների միջոցով փոշոտվող ծաղիկները: Միջատները թռչում են դեպի այն ծաղիկը, որն ավելի վառ է լուսավորված: Բացի կենդանիներից և բույսերից լյումինեսցենցիայով են օժտված նաև սնկերը: Գիտնականները հայտնաբերել են լյումինեսցենտ սնկերի 7 ընտանիք: Այս սնկերը հիմնականում աճում են խիտ անտառներում, որտեղ ամբողջ օրը մութ է: Այս սնկերը ամբողջ օրվա ընթացքում արձակում են կանաչ լույս, որի միջոցով գրավում են կենդանիներին, որոնք էլ տարածում են դրանց սպորները: Լուսարձակող սնկեր են հայտնաբերվել Բելիզում, Բրազիլիայում, Դոմինիկյան Հանրապետությունում, Ջամայկայում, Ճապոնիայում, Մալազիայում, Պուերտո-Ռիկոյում:

Արհեստական բիոլյումինեսցենցիա[խմբագրել]

Բիոլյումինեսցենտ օրգանիզմների կուտակումը տիեզերքից

Վաղ թե ուշ էլեկտրական լամպի լույսին փոխարինելու կգա բնական ֆլուրոսցենցիան: Ամերիկացի գիտնականները արդեն կարողանում են բույսերի տերևներում բիոլուսադիոդներ իմպլանտացիա անել: Բուսական քլորոֆիլը նույնպես կարող է լուսարձակել, եթե դրա վրա ազդեն 400 նմ երկարությամբ լուսային ալիքով: Քլորոֆիլը արձակում է կարմիր լույս: Սակայն անհրաժեշտ մանուշակագույն լույսը գիշերը գտնելը անհնար է: Գիտնականները խնդիրը կարողացան լուծել ոսկու նանոմասնիկների միջոցով: Ոսկու նանոմասնիկները մարդու աչքի համար անտեսանելի կարճալիք ճառագայթներից գրգռվելով արձակում են կապույտ լույս, որն էլ ընկնելով քլորոֆիլի վրա գրգռում է այն և քլորոֆիլը սկսում է արձակել կարմիր լույս: Այս փորձը դեռևս հաջողությամբ է պսակվել միայն ջրային Vibrio fischeri բույսի մոտ: Սովորական բույսերի մոտ նույն հաջողությանը հասնելու համար դեռ որոշակի աշխատանք է անհրաժեշտ կատարել:

Մի խումբ գիտնականների հաջողվել է լուծել այս խնդիրը, օգտագործելով գենային ինժեներիայի նվաճումները: Գիտնականները լուսատիտիկի լուսարձակաման համար պատասխանատու գենը հատուկ ֆերմենտների միջոցով անջատել են լուսատիտիկի գենոմից, գենետիկական վեկտորների միջոցով տեղափոխել բակտերիայի օրգանիզմ և ներդրել նրա գենոմի մեջ: Բակտերիայի գենետիկական նյութը միացված չէ սպիտակուցների հետ, ուստի արտադրվում է լուսարձակման համար պատասխանատու սպիտակուցների մեծ քանակ, որն էլ ապահովում է բավարար լուսավորություն: Լուսավորման համար պատասխանատու գենի համար ակցեպտոր է հանդիսանում հիմնականում աղիքային ցուպիկ բակտերիան: Գինու շշի մեջ տեղադրված լուսարձակող բակտերիաների գաղութը արձակում է այնքան լույս, որը բավական է կարդալու համար:

Այդպիսի բակտերիաների գաղութներ աճեցնում են հատուկ սննդային միջավայրում: Այդ գաղութները բավականին արդյունավետ են, քանի որ սննդի սպառվելուց հետո բակտերիաները չեն ոչնչանում այլ առաջացնում են սպորներ: Սպորները շատ դիմացկուն են և սննդային միջավայրի թարմացումից հետո գաղութը նորից կարող է կենդանանալ: Կա ևս մի կարևոր հանգամանք, որը հեշտացնում է փորձարկումները բակտերիաների վրա: Բակտերիաներում բոլոր գեները աշխատում են և ներդրված գենը միանգամից դրսևորվում է, քանի որ բակտերիաների ԴՆԹ-ն միացած չէ սպիտակուցների հետ, որոնք միանալով ԴՆԹ-ին պասիվացնում են այն: Բակտերիաների մոտ կարող է տեղի ունենալ ԴՆԹ-ի ոչ մեծ հատվածների(պլազմիդների) անցում մի բակտերիայից մյուսին: Այս երեվույթի պատճառով, օրինակ ոչ ախտածին բակտերիայի լորձաթաղանթի առաջացման համար պատասխանատու գենը կարող է փոխանցվել ախտածին բակտերիային, որը նրան դարձնում է անմատչելի հակաբիոտիկների նկատմամբ: Այսինքն, եթե լուսարձակման համար պատասխանատու գենը տեղափոխենք ինչ որ բակտերիայի ցիտոպլազմա, այն կարող է տարածվել ամբողջ գաղութում: Խնդիրը շատ ավելի բարդ է բույսի դեպքում, քանի որ ներմուծված գենը շատ արագ կմասնատվի հատուկ ֆերմենտների(ռեստրիկտազների) կողմից: Եթե նույնիսկ հաջողվի լուսատիտիկի գենը ներդնել բույսի գենոմում, հնարավոր է, որ այն պասիվանա: Խնդիրն ավելի է հեշտանում, եթե գենը տեղափոխվում և ներդրվում է քլորոպլաստի ԴՆԹ-ում: Այս դեպքում գենը անկասկած կաշխատի և բույսի կրած վնասը անհամեմատ ավելի քիչ կլինի: Լուսարձակումը բույսի համար նյութերի և էներգիայի կորուստ է: Բույսերի մոտ քլորոպլաստների զգալի քանակը գտնվում է տերևներում: Տերեվաթափից հետո բույսը գրեթե չի լուսարձակի: Այսպիսի բույսեր կարելի է ստանալ օգտագործելով բջջային ինժեներիայի մեթոդը (ցանկալի հատկանիշով առավել օժտված 1 բջջից ամբողջական օրգանիզմի ստացում): Ստացված բույսը արդեն կլուսարձակի լուսատիտիկին բնորոշ սառը դեղին կամ կանաչ լույս: Փորձարկման համար կարելի է ընտրել մեծ տերևներով և վեգետատիվ եղանակով հեշտությամբ բազմացող դեկորատիվ բույսեր: Այդպիսի բույսերը հնարավոր կլինի կիրառել զբոսայգիներում հաճելի լուսավորություն ապահովելու համար, որոնց արձակած լույսը բավական կլինի կարդալու համար: Եթե լուսատիտիկի լուսարձակման գենը տեղադրենք փորձանոթում, որտեղ կան ամինաթթուներ, փ-ՌՆԹ-ներ, մի քանի րոպե հետո փորձանոթը տեղափոխելով մութ սենյակ, կտեսնենք, որ փորձանոթը լուսարձակում է կանաչավուն լույս:

Արտաքին հղումներ[խմբագրել]

Գրականություն[խմբագրել]

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական տարբերակը վերցված է Հայկական սովետական հանրագիտարանից, որի նյութերը թողարկված են Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) թույլատրագրի ներքո։ CC-BY-SA-icon-80x15.png