Բիոլյումինեսցենցիա

Կենսալուսարձակում կամ բիոլյումինեսցենցիա (հին հունարեն՝ 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։


== Մեխանիզմ ==

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։


== Կառուցվածք ==
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 գիտնական Մաքէլրոյ և ուրիշներ, 1962), որ կենսալյումինեսցենցումը առաջացել է անաերոբ ապրելակերպից աերոբին անցնելու փուլում։ Կենսալյումինեսցենցման կենսաբանական 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 ==

Բիոլյումինեսցենցիայով են օժտված դինոֆլագելյատների պարզագույն ներկայացուցիչ Noctiluca scintillans-ը, սրանց կուտակումը ամերիկյան Ջիպսլենդ լճում (2008 թ), 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 արևմտյան մասում 180-350 մ 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 15 սմ։ 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 ==

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 երևույթի 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։ Տերևաթափից 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 ==
Էվոլյուցիան ու լուսավոր օրգանիզմները
Bioluminescence // American Society for Photobiology


== Գրականություն ==
Борис Юдин, Живой свет в природе. Географический сборник «Глобус», Л., 1977, с. 324-329.
Эволюция и свечение организмов
С.Б. Ланда Петербургский институт ядерной физики им. Б. П. Константинова РАН 188350 Гатчина, Орлова роща։ «Коммуникация у светляков»։ Վերցված է 2009 թ․ դեկտեմբերի 25–ին