ホタルはどのように光りますか?

ルシフェラーゼと呼ばれる酵素は、これらの稲妻のバグを発光させます

ゲッティイメージズ/ジェームズ・ジョーダン写真

夕暮れのちらつき ホタル 夏が来たことを確認します。子供の頃、カップ状の手でいわゆるイナゴマメを捕らえ、指の間から覗いて光るのを見たことがあるかもしれません。 魅力的なホタル 光を生み出す。

ホタルの生物発光

ホタル グロースティックが機能するのと同様の方法で光を作成します。光は、化学反応、または化学発光から生じます。生体内で光を生成する化学反応が起こると、科学者はこの特性を生物発光と呼んでいます。多くの 生物発光生物 ホタルは海洋環境に住んでいますが、ホタルは光を発することができる陸上生物の1つです。

大人のホタルをよく見ると、腹部の最後の 2 ～ 3 節が他の部分とは異なって見えることがわかります。これらのセグメントは、熱エネルギーを失うことなく光を生成する効率的な構造である光生成器官を構成します。白熱電球を点灯してから数分後に触ったことがあれば、それが熱くなっていることがわかります。ホタルの光器官が同等の熱を放出した場合、昆虫はサクサクした終わりを迎えます.

ルシフェラーゼはそれらを光らせます

ホタルの光を発する化学反応は、ルシフェラーゼと呼ばれる酵素に依存しています。その名前に惑わされないでください。この酵素は悪魔の仕業ではありません。 ルシファー ラテン語に由来する 光の 、光を意味し、 負担する 、運ぶという意味。 ルシフェラーゼ 文字通り、光をもたらす酵素です。

ホタルの生物発光には、光器官内にカルシウム、アデノシン三リン酸、化学ルシフェラン、および酵素ルシフェラーゼが存在する必要があります。この化学成分の組み合わせに酸素が導入されると、光を生成する反応が引き起こされます。

科学者たちは最近、酸素がホタルの発光器官に入り、反応を開始できるようにする上で、一酸化窒素が重要な役割を果たしていることを発見しました。一酸化窒素が存在しない場合、酸素分子は光器官細胞の表面にあるミトコンドリアに結合し、器官に入って反応を引き起こすことができません。したがって、光を生成することはできません。存在する場合、代わりに一酸化窒素がミトコンドリアに結合し、酸素が臓器に入り、他の化学物質と結合して光を生成します.

生物発光は、交尾相手を惹きつけるための種マーカーであることに加えて、コウモリなどのホタルの捕食者に苦い味がすることを知らせる信号でもあります。ジャーナルの2018年8月号に掲載された研究では 科学の進歩 、研究者は、ホタルが光っているときにコウモリが食べるホタルの数が少ないことを発見しました。

蛍の光り方のバリエーション

光を発するホタルは、その種に固有のパターンと色で点滅し、これらのフラッシュパターンを使用して識別できます。あなたの地域のホタルの種を認識することを学ぶには、ホタルの閃光の長さ、数、リズム、閃光間の時間間隔、ホタルが発する光の色、ホタルの好みの飛行パターン、夜の時間帯についての知識が必要です。通常は点滅します。

ホタルの閃光パターンの速度は、化学反応中の ATP の放出によって制御されます。生成される光の色 (または周波数) は、次の影響を受ける可能性があります。 pH .ホタルの点滅速度も温度によって異なります。温度が低いと、フラッシュ速度が遅くなります。

お住まいの地域のホタルの発光パターンに精通している場合でも、仲間のホタルをだまそうとする模倣者に注意する必要があります。ホタルのメスは、 他の種の閃光パターンを模倣する 、疑いを持たない男性をより近くにおびき寄せて簡単な食事を獲得できるようにするために彼らが採用するトリック.負けじと、オスのホタルの中には、他の種の発光パターンをコピーできるものもいます。

生物医学研究におけるルシフェラーゼ

ルシフェラーゼは、特に遺伝子発現のマーカーとして、生物医学研究にとって価値のある酵素です。ルシフェラーゼがタグ付けされている場合、研究者は文字通り、遺伝子の働きや細菌の存在を確認できます。ルシフェラーゼは、細菌による食品汚染の特定に広く使用されています。

ルシフェラーゼは研究ツールとしての価値があるため、研究室で高い需要があり、生きたホタルの商業的な収穫は、一部の地域でホタルの個体数に悪影響を及ぼしました。しかし、科学者たちは 1 種のホタルのルシフェラーゼ遺伝子のクローン化に成功し、 フォチヌス・ピラリス 、1985年に、合成ルシフェラーゼの大規模生産を可能にしました。

残念ながら、一部の化学会社は、合成バージョンを製造および販売するのではなく、ホタルからルシフェラーゼを抽出しています.これにより、一部の地域ではホタルの頭に効果的に恩恵がもたらされ、ホタルのピーク時に人々がホタルを数千匹集めることが奨励されています。 夏の交尾期 .

2008 年にテネシー州の 1 つの郡で、ホタルに対する 1 つの会社の需要に応えようとする人々が、約 40,000 匹のオスのホタルを捕獲して凍結しました。ある研究チームによるコンピューターモデリングは、このレベルの収穫は、そのようなホタルの個体数にとって持続不可能である可能性があることを示唆しています.現在、合成ルシフェラーゼが利用できるようになったため、利益のためにそのようなホタルを収穫する必要はまったくありません。

ソース

• ブラックキャップ、ジョン・L. 昆虫学百科事典 .スプリンガー、2008年。
• ホタルウォッチ . 科学博物館、ボストン。
• ホタルはなぜ、どのように光るのですか? サイエンティフィック アメリカン 、2005 年 9 月 5 日。
• ホタルは仲間を引き付けるために点灯しますが、捕食者を抑止するためにも点灯します . アメリカ科学振興協会 、2018 年 8 月 21 日。
• _{リー、ジョン。 ' 基本的な生物発光 .'ジョージア大学生化学および分子生物学科。}
• _{' ホタル個体群の持続性に対する収穫の影響のモデリング 、' 生態モデリング 、2013年。}