Biyolüminesens ve Biyolüminesens’ in Temeli
Biyolüminesens, canlı organizmalar tarafından kimyasal reaksiyonlarla
ışık üretilmesidir. Organizmadaki ışık üretimi kimyasal enerjinin ışık
enerjisine dönüşmesi sonucu ortaya çıkar.
Ateş böceklerinde luciferin olarak bilinen bir grup madde O2
ile birleşerek oksiluciferin haline dönüşür. Oksiluciferin
uyarılmış formdur ve çabucak ışık vererek geri döner. Bu reaksiyon
luciferaz denen bir enzim ile olur ki, bu enzim de inaktifken ATP’ ye
bağlıdır. Özelleşmiş biyolüminesent hücreden sinyal geldiğinde
luciferaz ATP’ den ayrılır ve luciferinin okside olmasını sağlar.
Sonra tekrar ATP ile rekombine olur. Farklı organizmalar farklı
biyolüminesent madde üretirler. Biyolüminesent balıklar okyanus
diplerinde yaygındır. Bu da muhtemelen karanlıkla ilgilidir. Bazı
diğer hayvanlar ise bunu korunmak için kullanırlar.
Biyolüminesens okyanusun tüm seviyelerinde vardır, ancak en sık
yüzeyde tanımlanır. Güneş ışığının derine inemediği okyanus
bölgelerinde ışığın tek kaynağıdır. İnanılmaz bir biçimde okyanusun bu
bölgelerinde yaşayan canlıların %90 kadarı ışık üretme yeteneğine
sahiptir.
Organizmaların biyolüminesensi dört ana amaç için kullandığı
düşünülmektedir.
1-
Saldırganlardan kurtulmak
2-
Avlanmak
3-
Diğer türler ile iletişim kurmak
4-
Kendini belli etmek
Çoğu biyolüminesens mavidir. Bunlarda mavi-yeşil olan ışık suda en
uzağa gidebilir. Dalga boyu 440-479 nm’ dir. İkinci olarak da, çoğu
organizmalar sadece mavi ışığa karşı hassastır ve bu dalga boyundan
fazla veya az dalga boyundaki ışığı algılayamazlar. Kırmızı ışığın
dalga boyu uzundur ve suda çabuk absorbe olur, bu da deniz dibinin
mavi olmasını sağlar.
Bazı knidoriyonlar yeşil ışık verir ve bir balık formu olan
Malacostelds ( Loasejaws olarak da bilinen ) kırmızı ışık verirler.
Bunlar infroredde üretirler, bu ışık insan tarafından görülemez. Bu da
bunlara düşmanları tarafından görülmeden onları görebilme avantajını
kazandırır.
Her biyolüminesent organizma farklı özelliklere sahiptir. Bunlar
rengin farklılığı, ışığın artma ve azalma süresi, total ışık süresi
şeklinde ayrılır. Bazıları ışığı sürekli yayar, bazıları da flaş
patlaması şeklinde yayar.
Dinoflagellatların biyolüminesensi 0,1 sn sürer ve insanlar tarafından
gözlenir. Jellyfish gibi büyük organizmalar saniyelerce biyolüminesens
verebilir. Çoğu çok hücreli organizmalar sinirsel kontrollü ışık yapma
yeteneğine sahiptirler. Limünnesens diğer bir limünnesent organizma
tarafından uyarılabilir. Tüm biyolüminesens canlıların birkaç
karakteristiği vardır. Tüm biyolüminesent reaksiyonlar O2
ile gerçekleşir. Luciferin ve luciferaz denilen kimyasallara
ihtiyaç duyarlar. Lucifer; ışık getiren, luciferin ise, ışık
üretiminin esas maddesi anlamındadır. Reaksiyonu luciferaz kataliz
eder. Bu reaksiyonda luciferin luciferaz katalizörlüğünde okside olur.
Bunun sonucunda ışık ve inaktif oksiluciferin oluşur. Çoğu
organizmalarda yeni luciferin sisteme besinler ile yada sentezleme
yolu ile getirilir. Bazen luciferin ve luciferaz birbirine bağlıdır.
Buna fotoprotein denir.
Sisteme bir iyon eklendiğinde ( ki bu iyon sıklıkla Ca’ dır. )
fotoprotein tetiklenir. Bu reaksiyondaki enerjinin çoğu ışık olarak
salınır. Bu yüzden biyolüminesens sıklıkla soğuk ışık olarak
adlandırılır.
Luciferinlerin beş tipi bilinir. Birinci tip bakteriyel luciferin;
redüklenmiş riboflavin fosfattır. Squid, bazı balıklar ve bakterilerde
bulunur. İkinci tip dinoflagellat luciferin; klorofilden oluştuğu
düşünülür. Çünkü dinoflagellatlar ile euphasiid shrimp ( içlerindeki
yapılar ) benzer yapıdadır. Üçüncü tip vargulin; ostracod vargula da
bulunur ve midshipman fish poricthys tarafından kullanılır. Bu ilginç
bir diet bağlantısıdır. Çünkü balık luciferin içeren bir besin
alıncaya kadar biyolüminesens vermez. Dördüncü tip sölenterlerde en
çok görülen türdür. Radiolarians, ctenophores, cnidarians, squids,
capepods, chaetognats ve bau balıklarda bulunur. Beşinci tip ateş
böceği luciferinidir. Bu reaksiyon için ATP bir kofaktör gibi
gereklidir.
Biyolüminesens Hangi Canlılar Tarafından Yapılır?
Mikroorganizmalardan balıklara hatta köpek balıklarının birkaç türüne
kadar bir çok organizma biyolüminesens verir.
Balıklardan daha gelişmiş organizmalarda ve vertebratalarda
biyolüminesens yoktur. Biyolüminesent canlıları gruplayacak olursak;
* Tek hücreli organizmalar:
* Bakteriler
- Radiolaria
* Dinoflagellatlar
- Fungi
* Sölenterler ve Ktenoforlar ( Jellyfish ) : Sifonoforlar, medüzler,
yumuşak mercanlar
- Gastoropodlar: Nudibranchs, clams
* Squids, octopus
- Annelidler: Poliketler
* Kapepodlar, ostrakodlar, amfipodlar
- Derisi dikenliler
* Tunikatlar: Larvalar
* Çeşitli balık türleri
( Not: Yıldız
işaretli olanlar kuvvetli biyolüminesens veren organizmalardır. )
Neden Biyolüminesens?
Muhtemelen biyolüminesens okyanustan kaynaklanır. Luciferinler ve
luciferazlar kimyasalları yapısı üzerinde oluşur. Işık salınımı diğer
organizmalar tarafından tanımlanmak açısından fonkriyonel olarak
önemlidir. Biyolüminesensin okyanustaki iletişimde önemli etkileri
vardır.
1-
Okyanusun büyük bölümünde güneş ışığı çok az veya yok denecek
kadar azdır. Bu yüzden biyolüminesens, ışığı kullanarak iletişim
kurmanın alternatif yoludur.
2-
Okyanus gibi devasa bir ekolojide doğal seleksiyona etkisi
olduğu düşünülür.
3-
Okyanusun çok büyük bir bölümünde hayvanlar geniş bir
açıklıkta gizlenmiştir. Biyolüminesent hayvanlar kısmen rölatif olarak
nadirdir.
Biyolüminesens’ te Hangi Renkler Verilir?
Biyolüminesens maviden kırmızıya kadar farklı renklerde oluşur. Bu
renk kimyasal reaksiyona bağlıdır. Luciferin ve luciferaz
moleküllerine de bağlıdır. Kara hayvanlarında ( Ateş böceği vs. ) ışık
genelde yeşil ve sarı bazen de kırmızıdır. Okyanuslarda en çok
mavi-yeşil veya yeşildir. Bunun nedeni de; tüm renklerin okyanus
suyunda eşit olarak penetre olamamasıdır. Mavi-yeşil ışık en iyi
şekilde iletilir. Mavi-yeşil veya yeşil renk kuralı bazen bozulur.
Bazı ovorms sarı ışık yapar ve derin deniz balıkları ( black loasejaw
) kırmızı ışık verir. Biz bu kırmızı ışığın görünmeden araştırma yapma
fonksiyonu için yaratıldığına inanıyoruz. Çünkü çoğu hayvanlar kırmızı
ışığı göremez. Fakat black loasejaw balığının gözleri kırmızıya
hassastır ve kırmızı ışığı kullanarak hareket ederler.
Biyolüminesens’ in Gücü!
Biyolüminesens’ in ölçüm birimi saniyedeki foton sayısı ile olur. Bir
biyolüminesent bakteri saniyede 1000-10000 foton yayabilir. Bir
biyolüminesent dinoflagellat saniyede 10¹º-10¹¹ foton yayabilir.
Kıyaslamak için; 100 watt’ lık bir lamba 10 üzeri 18 foton yayar.
Fotoproteinlerin Yapısındaki Monomerler!
Ateş böceğinin luciferini benzodiazondan oluşur. Bu da tirozin ve
sistein aminoasitlerden oluşur. Bu denizdekilerden çok farklıdır.
Ostrakodların luciferini imitazoloprazindir ve triptofan, arginin ve
izolösin aminoasitlerinden oluşur.
Jellyfish luciferini imitazoloprazindir. Ama iki trozin ve fenilalenin
yönünden farklıdır.
Dinoflagellatlarda Biyolüminesens
Biyolüminesens dinoflagellatlarda savunma mekanizmasında bir alarm
ve saldırganlardan kaçmak için kullanılır. Dinoflagellatlar rahatsız
edildiklerinde 0,1-0,5 sn arasında ışık saçarlar. Çoğu
dinoflagellatlar biyolüminesensi internal biyolojik ritimleri ile
kontrol ederler. Dinoflagellatlar sirkadien ritimdedir. Günün sonuna
doğru ışık veren kimyasallar vesiküllerde paketlenir. Buna scintillons
denir. Bunlar stoplazmada nukleusun kenarına göç eder. Şu anda
scintillonların stoplazmadaki hareketinin nasıl olduğu
bilinmemektedir. Gece ışık mekanik uyarı ile tetiklenir, vakuolde
aksiyon potansiyeli üretildiğinde bu aksiyon potansiyeli hücre boyunca
artarak iletilir. Bu protonların vakuolden stoplazmaya geçmesine izin
verir, stoplazma asidifiye olur ve üretim scintillonların içinde
aktive olur.
Dinoflagellatlarda luciferin genellikle LBP ( Luciferin Binding
Protein )’ e bağlıdır. Nötral pH’ da LBP luciferini spontan olarak
okside halde tutar. Aktive edildiğinde yani pH azaldığında luciferin
LBP’ den ayrılır ve luciferaz ile birleşir. pH değeri 8 olunca molekül
stabildir, pH değeri 6’ ya inince LBP ile luciferin ayrılır. Bu
süreçte oksidasyon olur. Luciferin uyarılmış hale geçer ve enerjiyi
ışık olarak salar.
Çoğu dinoflagellatlar gün boyunca az biyolüminesens üretirler. Çünkü
daha az scintillon vardır. Biyolüminesens dinoflagellatlarda
karanlıkta 2 saat geçirdikten sonra maximum seviyeye gelir.
Yunuslar Tarafından Uyarılan Plankton Biyolüminesensi
Yüzen yunusların etrafındaki sahada belirgenleşme, akım tarafından
indüklenen biyolüminesens için özel bir fırsat olmuştur. Ne yazık ki,
yunuslar tarafından oluşturulan biyolüminesens daha önceleri
anektodlara konu olmuş ve sıklıkla karıştırılmıştır. Bilimsel
literatürdeki çoğu referanslar yunuslarda biyolüminesensin olmadığını
söyler. Bununla beraber hidrodinamik uzmanların yunusların vücudunun
üst kısmında akımın laminar olduğunu belirtir. Son yapılan laboratuar
kompüterize ve saha çalışmaları bu tip biyolüminesensin
karakteristiklerinin ve gözlenmesinin sonucunda limünesent
planletonların uyarılması ile doğal olarak oluştuğunu açıklar.
Laboratuar deneylerinde biyolüminesent organizmaların laem laminar hem
turbular akımla uyarıldıkları ve akım sırasındaki stres değerleri 0,1
nm־² olduğu bulunmuştur. Bilgisayarlı ideal hidrodinamik çalışmalar
yunusun 1/6 oranındaki model ile yapılmıştır. Hızın 2 ms olması
durumunda modelin her tarafına stres değerleri yayılmıştır. Artan akım
ile biyolüminesensin azaldığı gösterilmiştir.
Sonuç olarak, bu biyolüminesensin yoğunluğu yüzen cismin sınırındaki
tabakanın genişliği ile direk ilişkili olduğu gözlenmiştir.
Octopus’ ta Biyolüminesens
Derin deniz octopuslarındaki biyolüminesensin araştırılması bilim
dünyasında çok büyük haberler oluşturmuştur. Farklı araştırmacıların
octopuslarda biyolüminesens bulmaları büyük sürpriz oldu.
Cudlefish ve squidlerde biyolüminesens yaygındır. Fakat octopodlarda
son derece nadirdir. Şimdiye kadar biyolüminesens veren iki octopus
türü bulunmuştur. Bunlardan stauroteuthis syrtensis büyük sürpriz
olmuştur.
Mantarlarda Biyolüminesens
Mantarlarda biyolüminesens sadece Mycetphilitae’ de görülmüştür.
Bunlarda biyolüminesens avlarını kendine çekmek için kullanılır.
Kaynaklar:
1-
“Bioluminescence Demonstrations”
http://siobiolum.ucsd.edu
2-
www.hboi.edu
3-
www.biolum.org
4-
“Dinoflagellate Bioluminescence”
http://siobiolum.ucsd.edu
5-
“The Bioluminescence Web Page”
http://lifesci.ucsd.edu
