To “παράξενο” φαινόμενο της βιοφωταύγειας

Βιοφωταύγεια (ή και βιοφωτισμός) ονομάζεται το φαινόμενο παραγωγής και έκλυσης ορατού φωτός από ζωντανούς οργανισμούς. Η διαδικασία αυτή επιτυγχάνεται μέσω χημικών αντιδράσεων και παρατηρείται σε πληθώρα διαφορετικών οργανισμών όπως βακτήρια, φύκη, μύκητες, ψάρια και έντομα.  Στα φύκια, όταν το νερό γίνει πιο όξινο ή όταν τα κύματα επηρεάσουν την κυτταρική μεμβράνη τους  προκαλείται μια σειρά χημικών αντιδράσεων οι οποίες τελικά οδηγούν τους οργανισμούς αυτούς να φωσφορίζουν. Υπάρχουν κι άλλοι θαλάσσιοι οργανισμοί που παράγουν φως με αντίστοιχο τρόπο, κάνοντας την νυχτερινή θάλασσα να λαμπυρίζει μαγευτικά, σαν να επιπλέον στην επιφάνεια χιλιάδες μικρά διαμάντια.

Η Βιοφωταύγεια ή βιοφωτισμός (bioluminescence) παρουσιάζεται σε πολλές βιοομάδες πολύ διαφορετικές μεταξύ τους όπως τα βακτήρια, οι μύκητες, οι πυγολαμπίδες (και άλλα κολεόπτερα) καθώς και σε διάφορους θαλάσσιους οργανισμούς.  Ένα συγκεκριμένο είδος πλαγκτόν, το Noctiluca scintillans, εκπέμπει φως όταν επηρεάζεται με μηχανικό τρόπο –για παράδειγμα, από ένα πλοίο ή έναν κολυμβητή–, οπότε εκδηλώνεται έντονη βιοφωταύγεια στη θάλασσα.

Το παραπάνω θέαμα είναι πολύ διαδεδομένο τις νύχτες στη Μαύρη Θάλασσα αλλά και σε όλες σχεδόν τις παραλίες των τροπικών και εξωτικών προορισμών με το  το εντυπωσιακό και μαγευτικό λαμπύρισμα των νερών. Όσο παραμυθένιο είναι το θέαμα, άλλο τόσο πεζή είναι η επιστημονική εξήγηση των “διαμαντιών” στην επιφάνεια της θάλασσας. Αυτό που κάνει τα νερά να φωσφορίζουν τόσο υπερφυσικά είναι απλά φύκια και θαλάσσιοι μικροοργανισμοί. Το  φυσικό αυτό φαινόμενο , η  βιοφωταύγεια προκαλείται από έμβιους οργανισμούς με τη βοήθεια μιας χημικής αντίδρασης. αιτία της φωτοβολίας αυτής των ζωντανών οργανισμών είναι η οξείδωση της πρωτεΐνης λουκιφερίνης. Αυτή η βιοχημική αντίδραση απαιτεί τριφωσφάτη αδενοσίνη (ΑΤP), που καταλύεται από τη λουκιφεράση.

Στα φύκια, όταν το νερό γίνει πιο όξινο ή όταν τα κύματα επηρεάσουν την κυτταρική μεμβράνη τους  προκαλείται μια σειρά χημικών αντιδράσεων οι οποίες τελικά οδηγούν τους οργανισμούς αυτούς να φωσφορίζουν.

ΠΙΣΩ ΑΠΟ ΤΗΝ ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΥΠΑΡΧΕΙ Ο ΜΥΘΟΣ …

Ενας θρύλος λέει ότι αν και οι Εγγλέζοι τον 17ο αιώνα μπορούσαν να αποβιβαστούν στην Κούβα, δεν το έκαναν επειδή περνώντας κοντά από το νησί είδαν φώτα να τρεμοπαίζουν και πίστεψαν ότι ήταν φωτιές που είχαν ανάψει στρατοπεδευμένοι Ισπανοί στρατιώτες. Τα φώτα ήταν στην πραγματικότητα χιλιάδες πυγολαμπίδες, που ίσως άλλαξαν το ρου της Ιστορίας σε σχέση με τον αποικισμό του νησιού.

Αμέτρητοι μύθοι υπάρχουν για τις πυγολαμπίδες σε όλο τον κόσμο. Στις Φιλιππίνες μια εκδοχή λέει ότι είναι τα κομμάτια του άστρου που είχε στο μέτωπό της μια θεόσταλτη πριγκίπισσα και μια άλλη ότι είναι οι απόγονοι ενός νεαρού άντρα που πρόσβαλε μια νεράιδα και τώρα ως ζωύφιο ψάχνει μες στη νύχτα μέχρι να βρει μια γυναίκα ομορφότερη από τη νεράιδα, ώστε να σπάσει το ξόρκι.

Στην Ιαπωνία ο μύθος λέει ότι είναι τα δάκρυα μιας όμορφης πριγκίπισσας του φεγγαριού, που αναγκάστηκε να επιστρέψει στον ουρανό στα 20ά της γενέθλια, αφήνοντας πίσω τούς αγαπημένους της. Για τους ινδιάνους Τσερόκι, οι πυγολαμπίδες ήταν άστρα που κατέβηκαν από τον ουρανό για να βοηθήσουν να βρεθεί ένα χαμένο παιδί.

…ΚΑΙ ΔΕΝ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΑΠΟΥΣΙΑΖΟΥΝ ΟΙ ΑΡΧΑΙΟΙ ΕΛΛΗΝΕΣ ΚΑΙ Ο …ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΗΣ !

Η βιοφωταύγεια, δηλαδή η ικανότητα ορισμένων ζωντανών οργανισμών να παράγουν φως μέσω ειδικών χημικών αντιδράσεων, συνάρπαζε τον άνθρωπο ανά τους αιώνες. Οι ναυτικοί πίστευαν κάποτε ότι η βιοφωταύγεια στα απόνερα των πλοίων τους ήταν απόδειξη της χείρας του Ποσειδώνα. Οι μύκητες που λάμπουν θεωρούνταν χαμένα πνεύματα νεράιδων. Η βιοφωταύγεια έγινε από παλιά αντικείμενο μελέτης, πολύ πριν εμφανιστεί η σύγχρονη επιστήμη.

Πίσω στον χρόνο ένα βράδυ του 6ου αιώνα π.X., ο Αναξιμένης από τη Μίλητο αποφάσισε να πάει βόλτα με τη βάρκα του. Ενιωθε την ανάγκη να μείνει μόνος για να τακτοποιήσει τις σκέψεις του: Είχε μόλις εξηγήσει στους φίλους του ότι το ουράνιο τόξο δεν μπορεί παρά να ήταν παιχνίδισμα του φωτός με τη «σκόνη από σταγόνες» που άφησε στο πέρασμά της η βροχή. Τώρα σκόπευε να ξαφνιάσει ακόμη περισσότερο τον φίλο και δάσκαλό του Αναξίμανδρο, λέγοντάς του όχι μόνο ότι οι πλανήτες διαφέρουν από τα αστέρια αλλά και ότι από τα τέσσερα θεμελιώδη φυσικά στοιχεία της θεωρίας του ο αέρας ήταν αυτός που δημιουργούσε και το νερό και τη γη και τη φωτιά! Δεν πρόλαβε όμως να βυθιστεί στον ειρμό των επιχειρημάτων του και μια αναλαμπή στο κουπί τράβηξε την προσοχή του. Τι ήταν αυτό το φως που έλουζε το ξύλο κάθε φορά που έσκιζε το βελούδο της γαλήνιας θάλασσας;  H ίδια απορία ταλάνισε τον Αριστοτέλη  δυόμισι αιώνες μετά, όταν είδε ψάρια αφημένα για τη γάτα να λαμπυρίζουν μια νύχτα χωρίς φεγγάρι. Την απόκοσμη αυτή λάμψη την είχε ξαναδεί: φυτρωμένα σε σχίζες νεκρών δένδρων, τα «μανιτάρια του μελιού» (Armillarielia mellea) εξέπεμπαν παρόμοιο φως…

Ο Αριστοτέλης ήταν ο πρώτος που κατέγραψε με λεπτομέρεια το φαινόμενο που παρατήρησε σε θαλάσσια όντα, σημειώνοντας πως το φως που εκπέμπουν είναι ψυχρό, συγκρινόμενο με το φως που εκπέμπει μια φωτιά ή ένα κερί. 

Ο ΒΙΟΦΘΟΡΙΣΜΟΣ

Εκτός από τη βιοφωταύγεια, που προέρχεται από εσωτερικές χημικές αντιδράσεις, υπάρχει και ο βιοφθορισμός, που πυροδοτείται από κάποιον εξωτερικό παράγοντα, όπως ο φωτισμός του οργανισμού με κάποιο συγκεκριμένο μήκος κύματος. Για παράδειγμα, τα κοράλια στον Ματωμένο Κόλπο, στα νησιά Κέιμαν, εμφανίζονται κόκκινα, πράσινα ή πορτοκαλί, ανάλογα με το μήκος κύματος του φωτός στο οποίο εκτίθενται και το οποίο αλλάζει σημαντικά την εμφάνιση τόσο των κοραλιών, όσο και των ψαριών και ανεμώνων που ζουν εκεί. Το φως συγκεκριμένου μήκους κύματος απορροφάται και διεγείρει ηλεκτρόνια σε άτομα συγκεκριμένων χημικών ουσιών, που επανέρχονται σύντομα στην κανονική τους ενεργειακή κατάσταση, εκπέμποντας φωτόνια επίσης συγκεκριμένου μήκους κύματος.

Η γνώση για τα φαινόμενα βιοφωταύγειας που έχει η ανθρωπότητα σήμερα δεν μειώνει καθόλου την ομορφιά του φαινομένου, που πάντα συγκεντρώνει το ενδιαφέρον και το θαυμασμό, οπουδήποτε συναντάται.

Ο θαλάσσιος βιολόγος Ντέιβιντ Γκρούμπερ πραγματοποίησε για λογαριασμό του National Geogrpahic μια κατάδυση σε αυτά τα νερά για να καταγράψει σε βίντεο αυτά τα εντυπωσιακά είδη. Αυτό που είδε μπροστά του όμως ξεπέρασε κατά πολύ τις προσδοκίες του. Την ώρα που ο Γκρούμπερ κατέγραφε εικόνες πέρασε από μπροστά του μια χελώνα που… φωσφόριζε!

Δεν είναι η απλά η πρώτη θαλάσσια χελώνα με ιδιότητες βιοφθορισμού αλλά το πρώτο αμφίβιο ζώο που εντοπίζεται να φωσφορίζει. Η χελώνα ανήκει σε ένα είδος (Eretmochelys imbricata) που βρίσκεται υπό εξαφάνιση αφού τις τελευταίες δεκαετίες έχει χαθεί το 90% του πληθυσμού του παγκοσμίως. (Δείτε το βίντεο πατώντας εδώ )

H βιοοπτική βιομηχανία

Μια άλλη σημαντική ανακάλυψη ήλθε από την απέναντι πλευρά του Ειρηνικού. Στη δεκαετία του ’80 η ιαπωνική κυβέρνηση είχε χρηματοδοτήσει γενναία την ανάπτυξη βιοοπτικής βιομηχανίας. Στο πλαίσιο αυτό κατασκευάστηκαν οι τεχνολογικά πιο προηγμένοι ανιχνευτές φωτονίων και άρχισαν να αποκαλύπτουν ότι εκατοντάδες ζώων, εντόμων και φυτών αλλά και ανθρώπων εξέπεμπαν φως! Πώς συμβαίνει αυτό; Σε κάθε κύτταρό μας βρίσκονται μιτοχόνδρια. Τα μιτοχόνδρια είναι οι μηχανές παραγωγής ενέργειας του οργανισμού μας. Το πλεόνασμα ενέργειας αποθηκεύεται σε «ελεύθερες ρίζες», αλλά από την «υπερχείλιση» κάποια ηλεκτρόνια αναπηδούν σε υψηλότερο ενεργειακό πεδίο και κατά τη μετάπτωσή τους στην προτεραία κατάσταση εκπέμπουν φωτόνια. Τα φωτόνια αυτά είναι που λαμπυρίζουν ολόγυρά μας σαν χιτώνας – ορατός μόνο από τους ειδικούς ανιχνευτές.

Οι ανακαλύψεις στον τομέα ακολούθησαν σαν βροχή. Στην αρχή μάθαμε πως τα φυτά βγάζουν «φωτεινή κραυγή» όταν τα κόβουμε. Επειτα, ότι τα καρκινικά κύτταρα εκπέμπουν 1.400 φωτόνια ανά τετραγωνικό εκατοστό κάθε λεπτό, ήτοι 35 φορές περισσότερα απ’ ό,τι τα κανονικά κύτταρα. Αρα ένα νέο είδος διάγνωσης του καρκίνου είχε βρεθεί! Επίσης πρόσφατα οι ερευνητές έφθασαν στο συμπέρασμα ότι τα εκπεμπόμενα από το σώμα μας φωτόνια δεν είναι απλώς «κραυγές» αλλά και πλήρης «γλώσσα επικοινωνίας» των κυττάρων μεταξύ τους. Ισως έτσι εξηγείται το πώς τα κύτταρα των εμβρύων προσανατολίζονται στο πού θα κατευθυνθούν και ποιο όργανο θα σχηματίσουν.

Τέλος, η πιο πρόσφατη και περίεργη συνεισφορά της βιοφωταύγειας στην επιστημονική έρευνα εντοπίστηκε στο… Διάστημα. Συγκεκριμένα, η ανάλυση των εικόνων που στέλνει το δορυφορικό τηλεσκόπιο Hubble δείχνει ότι το κοκκινωπό φως της διαστημικής σκόνης που κυριαρχεί στη ζώνη Kuiper αλλά και στον πλανήτη Αρη ταιριάζει με τη γήινη βιοφωταύγεια. Ο αστρονόμος Pershin και άλλοι ερευνητές του φαινομένου εμφανίζονται πεπεισμένοι ότι η υπερβάλλουσα ερυθρότητα του Αρη και των κομητών της ζώνης Kuiper οφείλεται σε οργανικά κατάλοιπα πάνω στα ορυκτά τους, μιας ζωής που προϋπήρξε και εξαλείφθηκε!

Πηγές : National Geographic, το Βήμα , Wikipedia , Rizospastis.gr, Nature

https://www.nature.com/articles/s41598-020-59528-9