Bioluminescence: Living Lights, Lights for Living

تابش زیستی در همه جای زمین وجود دارد—بیشتر از همه در اقیانوس، از ماهیان ماهیگیر در اعماق تا چشمک زدن داینوفلاژلاتها در سطح. در اینجا، ترز ویلسون و وودی هاستینگز تاریخ طبیعی، تکامل و بیوشیمی ارگانیسم های متنوعی را که نور ساطع می کنند، بررسی می کنند.

در حالی که برخی از باکتری ها، قارچ ها و بی مهرگان، علاوه بر ماهی ها، بیولومنسسن هستند، سایر مهره داران و گیاهان چنین نیستند. توزیع پراکنده و کمبود اشکال نورانی نیاز به توضیح دارد، همچنین این واقعیت که گروه های نامرتبط مسیرهای بیوشیمیایی کاملاً متفاوتی را برای لومینسانس تکامل دادند. نویسندگان این فرضیه را بررسی می‌کنند که بسیاری از سیستم‌های مختلف لوسیفراز در تکامل اولیه حیات به دلیل توانایی آنها در حذف اکسیژن، که برای اولین بار روی زمین ظاهر شد برای زندگی سمی بود، پدید آمدند. همانطور که اکسیژن فراوان شد و بیولومینسانس دیگر برای حذف اکسیژن کافی نبود، مکانیسم های آنتی اکسیدانی دیگر تکامل یافت و بسیاری از گونه های درخشان منقرض شدند. گونه‌های ساطع‌کننده نور که از انقراض اجتناب کردند، استفاده‌هایی با ارزش بقای خود نور داشتند. ارگانیسم های درخشان امروزی از نورتابی زیستی برای دفاع از شکارچیان، برای اهداف شکارچی خود یا برای برقراری ارتباط در معاشقه جنسی استفاده می کنند. اما مطالعه‌ای که بعید به نظر می‌رسید به هیچ وجه کمکی به آن کند. امروزه، بیولومینسانس دیگر یک حوزه تحقیقاتی باطنی نیست. کاربردها بسیار زیاد است، از تشخیص سریع آلودگی میکروبی در گوشت گاو و آب، تا یافتن محل سلول‌های سرطانی، تا کار کردن مدارها در مغز.

Bioluminescence is everywhere on earth—most of all in the ocean, from angler fish in the depths to the flashing of dinoflagellates at the surface. Here, Thérèse Wilson and Woody Hastings explore the natural history, evolution, and biochemistry of the diverse array of organisms that emit light.

While some bacteria, mushrooms, and invertebrates, as well as fish, are bioluminescent, other vertebrates and plants are not. The sporadic distribution and paucity of luminous forms calls for explanation, as does the fact that unrelated groups evolved completely different biochemical pathways to luminescence. The authors explore the hypothesis that many different luciferase systems arose in the early evolution of life because of their ability to remove oxygen, which was toxic to life when it first appeared on earth. As oxygen became abundant and bioluminescence was no longer adequate for oxygen removal, other antioxidant mechanisms evolved and most luminous species became extinct. Those light-emitting species that avoided extinction evolved uses with survival value for the light itself. Today’s luminous organisms use bioluminescence for defense from predators, for their own predatory purposes, or for communication in sexual courtship.

Bioluminescence was earlier viewed as a fascinating feature of the living world, but one whose study seemed unlikely to contribute in any practical way. Today, bioluminescence is no longer an esoteric area of research. Applications are numerous, ranging from the rapid detection of microbial contamination in beef and water, to finding the location of cancer cells, to working out circuitry in the brain.