Kuidas jaanimardikad tekitavad valgust?

Videviku virvendamine jaanimardikad kinnitab, et suvi on kätte jõudnud. Võimalik, et olete lapsena kinni võtnud niinimetatud välgulöögid oma tassitud kätesse ja piilunud läbi sõrmede, et vaadata, kuidas need hõõguvad, ja mõtlesite, kuidas need põnevad jaanimardikad toota valgust.

Jaanimardikad looge valgust sarnaselt sellele, kuidas hõõglamp töötab. Valgus tuleneb keemilisest reaktsioonist või kemoluminestsentsist. Kui elusorganismis toimub valgust tekitav keemiline reaktsioon, nimetavad teadlased seda omadust bioluminestsentsiks. Enamik bioluminestsentsorganismid elavad merekeskkonnas, kuid jaanimardikad on nende maapealsete olendite hulgas, kes suudavad valgust toota.

Kui vaatate tähelepanelikult täiskasvanud jaanileppa, näete, et kaks viimast või kolme kõhusegmenti on teistest erinevad. Need segmendid koosnevad valgust tootvast elundist, tõhusast struktuurist, mis tekitab valgust soojusenergiat kaotamata. Kui olete pärast mõne minuti möödumist puudutanud hõõglampi, teate, et see on kuum. Kui jaanipära kerge orel eraldaks võrreldavat soojust, vastaks putukas krõbeda otsaga.

Jaepärgade korral sõltub keemiline reaktsioon, mis põhjustab nende hõõgumist, ensüümist, mida nimetatakse lutsiferaasiks. Ärge eksitage selle nime pärast; see ensüüm pole kuradi töö. Lucifer pärineb ladina keelest lucis, mis tähendab valgust, ja ferre, tähendab kanda. Lutsiferaas on sõna otseses mõttes ensüüm, mis toob valgust.

Firefly bioluminestsents nõuab kaltsiumi, adenosiintrifosfaadi, keemilise lutsiferaani ja ensüümi lutsiferaasi olemasolu kerges elundis. Hapniku lisamisel sellele keemiliste koostisosade kombinatsioonile käivitab see reaktsiooni, mis tekitab valgust.

Teadlased avastasid hiljuti, et lämmastikoksiid mängib võtmerolli hapniku sisenemisel jaanituli kergesse elundisse ja reaktsiooni käivitamiseks. Lämmastikoksiidi puudumisel seostuvad hapniku molekulid kergete elundite rakkude pinnal asuvate mitokondritega ega pääse reaktsiooni käivitamiseks elundisse. Nii et valgust ei saa toota. Kui lämmastikoksiid on olemas, seostub lämmastikoksiid mitokondritega, võimaldades hapnikul siseneda elundisse, ühendada teiste kemikaalidega ja tekitada valgust.

Lisaks sellele, et bioluminestsents on liikide markerid paaritõmbejõu märgistamiseks, on see ka signaal jaanimardikate kiskjatele, näiteks nahkhiirtele, et nad saavad kibeda maitsega. Ajakirja 2018. aasta augusti numbris avaldatud uuringus Teaduse edusammud, leidsid teadlased, et nahkhiired sõitsid vähem, kui jaanid hõõgusid.

Valgust tootvad tulerohud vilguvad nende liikidele ainulaadse mustri ja värviga ning neid välguharjumusi saab kasutada nende tuvastamiseks. Oma piirkonnas jaaniliikide tundmaõppimine nõuab teadmisi nende välkude pikkuse, arvu ja rütmi, nende välkude vaheline aeg, nende tekitatava valguse värv, eelistatud lennumudelid ja ööaeg, kui need tavaliselt vilguvad.

Firefly välklambi kiirust kontrollib ATP eraldumine keemilise reaktsiooni ajal. Valgusvärvi (või sagedust) mõjutab tõenäoliselt pH. Jaanituli välklambi kiirus sõltub ka temperatuurist. Madalam temperatuur põhjustab aeglasemat välgukiirust.

Isegi kui olete oma piirkonnas asuvate jaanituldide välguharjumustega hästi kursis, peate olema tähelepanelik võimalike jäljendajate suhtes, kes üritavad oma kaaslasi katteta. Firefly emased on tuntud oma võime tõttu jäljendavad teiste liikide välguharjumusi, trikk, mida nad kasutavad pahaaimamatute meeste lähedaste meelitamiseks, et nad saaksid kerge eine. Kui mitte üle olla, võivad mõned isased jaanimardikad kopeerida ka teiste liikide välguharjumusi.

Lutsiferaas on väärtuslik ensüüm biomeditsiinilistes uuringutes, eriti kui geeniekspressiooni marker. Teadlased näevad lutsiferaasi märgistamisel sõna otseses mõttes tööl olevat geeni või bakteri olemasolu. Lutsiferaasi on laialdaselt kasutatud toiduainete saastumise tuvastamiseks bakterite poolt.

Kuna lutsiferaas on uurimisvahendina väärtuslik, on see laborites suur nõudlus ja elusate jaanilinnude kommertssaak mõjutas mõnes piirkonnas jaanileppe populatsioone negatiivselt. Teadlased aga kloonisid edukalt ühe jaanileiva liigi lutsiferaasi geeni, Photinus pyralis, 1985. aastal, võimaldades sünteetilise lutsiferaasi suurtootmist.

Kahjuks ekstraheerivad mõned keemiaettevõtted ikkagi tulekividest lutsiferaasi, selle asemel et sünteetilist versiooni toota ja müüa. See on mõnes piirkonnas jaanitulipeade jaoks pearaha andnud, kus inimesi julgustatakse neid tuhandete kaupa koguma suvine paaritushooaeg.

Ühes Tennessee maakonnas 2008. aastal võtsid inimesed innukalt raha sisse ühe ettevõtte nõudmisel tulerohud, mis püüdsid kinni ja külmutasid umbes 40 000 meest. Ühe uurimisrühma arvutimudeli koostamine näitab, et selline saagikuse tase võib sellise jaanileivapopulatsiooni jaoks olla jätkusuutmatu. Kuna tänapäeval on saadaval sünteetiline lutsiferaas, on sellised tulirelvade koristamised kasumi saamiseks täiesti ebavajalikud.

• Capinera, John L Entomoloogia entsüklopeedia. Springer, 2008.
• “Firefly käekell.” Teadusmuuseum, Boston.
• “Kuidas ja miks süttivad jaanimardikad?” Teaduslik ameeriklane, 5. sept. 2005.
• “Jaanimardikad süttivad, et meelitada kaaslasi, aga ka kiskjaid.” Ameerika teaduse edendamise ühing, 21. aug. 2018.
• _{Lee, John. "Aluseline bioluminestsents"Gruusia ülikooli biokeemia ja molekulaarbioloogia osakond.}
• _{"Saagikoristuse mõju modelleerimine Firefly populatsiooni püsivusele," Ökoloogiline modelleerimine, 2013.}