Bioluminescenza

In chimica la bioluminescenza è un fenomeno per cui organismi viventi emettono luce^[1] attraverso particolari reazioni chimiche, nel corso delle quali l'energia chimica viene convertita in energia luminosa.

Gruppi tassonomici bioluminescenti

La bioluminescenza è legata soprattutto agli organismi marini a volte tassonomicamente distanti tra loro (Antozoi, Ctenofori, Anellidi, Molluschi, Pesci, Dinoflagellati), ma riguarda anche animali terricoli, ad esempio insetti, come i coleotteri delle famiglie Lampyridae (lucciole) o Phengodidae (i cosiddetti "vermi luminosi", in riferimento alle loro larve, come per esempio Phrixothrix hirtus) e funghi (Omphalotus olearius, Gerronema viridilucens, specie appartenenti al genere Mycena^[2]).

Negli organismi marini gli organi produttori di luce prendono il nome di fotofori e sono presenti soprattutto nei pesci, nei cefalopodi, negli cnidari dell'ordine Siphonophora e in altri invertebrati viventi nel Piano batiale e nel Piano abissale nonché in numerosi organismi batipelagici.

Il fenomeno della bioluminescenza è diffuso anche in molti batteri, alcuni dei quali (es. Vibrio harveyi) originano l'effetto "milky sea" (mare di latte) che si verifica soprattutto nell'Oceano Indiano, dove il mare assume una luminescenza intensa tale da conferirgli il colore bianco del latte.^[3]^[4]

Meccanismo della bioluminescenza

Il principio alla base della bioluminescenza è lo stesso di quello della chemiluminescenza, in cui alcune molecole, prodotte in uno stato elettronico eccitato, emettono parte di energia sotto forma di radiazione luminosa (fotoni) tornando allo stato fondamentale.

Studi biochimici hanno dimostrato che i meccanismi di emissione di luce da parte di organismi viventi sono molto vari e quindi, con buona probabilità, tale proprietà si è sviluppata in maniera indipendente nei vari gruppi biologici.

È stato accertato che in molti organismi viventi, tra i quali la lucciola, la bioluminescenza implica l'azione di almeno due composti chimici: un substrato organico che emette la luce, chiamato "luciferina", e un enzima catalizzatore chiamato "luciferasi". Nella maggior parte dei casi il fenomeno è appunto dovuto alla luciferina, che in presenza di ATP (adenosintrifosfato), magnesio e dell'enzima luciferasi, cede elettroni, i quali, passando ad un livello minore di energia, liberano energia sotto forma di luce.

Nei batteri (Photobacterium) la bioluminescenza è associata al consumo di ossigeno (O₂) e quindi avviene solo in condizioni di aerobiosi.

Raphaël Dubois, un farmacologo francese, divenne noto per il suo lavoro sulla bioluminescenza e sull'anestesia. Coniò i termini proteone e bioproteone, derivanti dal greco Proteon, materia, e Bios, vita; Bioproteone significa materia vivente. Concluse che non vi è alcuna differenza tra i due.

Note

^ (EN) IUPAC Gold Book, "bioluminescence"
^ Desjardin D.E., Capelari M., Stevani C., Bioluminescent Mycena species from São Paulo, Brazil, in Mycologia, vol. 99, n. 2, 2007, pp. 317-331, DOI:10.3852/mycologia.99.2.317. URL consultato il 19 marzo 2009.
^ Miller S.D., Haddock S.H.D., Elvidge C.D. , Lee T.F., Detection of a bioluminescent milky sea from space (PDF), in Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 102, n. 40, 2005, pp. 14181-14184. URL consultato il 16 gennaio 2007 (archiviato dall'url originale il 9 dicembre 2006).
^ Nealson K.H., Hastings J.W., Quorum sensing on a global scale: massive numbers of bioluminescent bacteria make milky seas (PDF), in Applied and Environmental Microbiology, vol. 72, n. 4, aprile 2006, pp. 2295-2297. URL consultato il 16 gennaio 2007.

Bibliografia

Roda Aldo, Guardigli Massimo, Pasini Patrizia, Mirasoli Mara, Michelini Elisa, Recenti applicazioni della luminescenza in campo biomedico, ambientale e tossicologico, in RICHMAC Magazine, n. 85, settembre 2003, pp. 43-48. URL consultato il 16 gennaio 2007 (archiviato dall'url originale il 23 settembre 2006).
Steven H.D. Haddock, Mark A. Moline, and James F. Case, Bioluminescence in the Sea, in Annual Review of Marine Science, vol. 2, 2009, pp. 443-493, DOI:10.1146/annurev-marine-120308-081028.

Shimomura O., The discovery of aequorin and green fluorescent protein, in Journal of Microscopy, vol. 217, n. 1, 2005, pp. 3–15, DOI:10.1111/j.0022-2720.2005.01441.x.
(EN) bioluminescence, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.

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[1] (EN) IUPAC Gold Book, "bioluminescence"

[2] Desjardin D.E., Capelari M., Stevani C., Bioluminescent Mycena species from São Paulo, Brazil, in Mycologia, vol. 99, n. 2, 2007, pp. 317-331, DOI:10.3852/mycologia.99.2.317. URL consultato il 19 marzo 2009.

[3] Miller S.D., Haddock S.H.D., Elvidge C.D. , Lee T.F., Detection of a bioluminescent milky sea from space (PDF), in Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 102, n. 40, 2005, pp. 14181-14184. URL consultato il 16 gennaio 2007 (archiviato dall'url originale il 9 dicembre 2006).

[4] Nealson K.H., Hastings J.W., Quorum sensing on a global scale: massive numbers of bioluminescent bacteria make milky seas (PDF), in Applied and Environmental Microbiology, vol. 72, n. 4, aprile 2006, pp. 2295-2297. URL consultato il 16 gennaio 2007.

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