فهرست مطالب
آیا در مورد شگفتی‌های طبیعی یعنی «زیستتابی اقیانوسی» چیزی شنیده‌اید؟ زمانی‌که دریا به رنگ آبی نئونی یا سبز یا حتی قرمز می‌درخشد. به لطف یک فرآیند شیمیایی به نام زیستتابی، اقیانوس می‌تواند مانند ستارگان بدرخشد و برق بزند. “Bioluminescence” به موجودات زنده این اجازه را می‌دهد تا در بدن خود نور تولید کنند. در ادامه می‌خواهیم به این موضوعات بپردازیم که زیستتابی چیست؟ کاربرد زیستتابی به چه‌صورت است؟
زیستتابی چیست؟
ممکن است درخشش یک کرم شب‌تاب را در یک شب تابستانی دیده باشید. کرم شب‌تاب از طریق یک واکنش شیمیایی در شکم درخشان خود نور تولید می‌کند، فرآیندی که به‌عنوان بیولومینسانس (Bioluminescence) شناخته می‌شود؛ اما آیا می‌دانستید که مناظر دریایی نیز می‌توانند به لطف توانایی‌های تولید نور بسیاری از موجودات دریایی بدرخشند؟
برخی از ماهی‌ها برای جذب طعمه، طعمه‌ای روشن را جلوی دهان خود آویزان می‌کنند، در حالی‌که برخی از ماهی‌های مرکب، به‌جای جوهر، مایع نورافشانی را به بیرون پرتاب می‌کنند تا شکارچیان خود را گیج کنند. کرم‌ها و سخت‌پوستان ریز نیز از نورتابی زیستی برای جذب جفت استفاده می‌کنند.
انسان‌ها زمانی نور بیولومینسانس را می‌بینند که توسط یک اختلال فیزیکی مانند امواج یا بدنه‌ی قایق در حال حرکت ایجاد شود که باعث می‌شود حیوان نور خود را نشان دهد؛ اما اغلب حیوانات در پاسخ به حمله یا به‌منظور جذب جفت روشن می‌شوند.
موجودات Bioluminescence در سراسر ستون آب، از سطح تا کف دریا، از نزدیک ساحل تا اقیانوس باز، زندگی می‌کنند. در اعماق دریا، نور زیستتابی بسیار رایج است و از آنجا که اعماق دریا بسیار وسیع است، نور زیستتابی ممکن است رایج‌ترین شکل ارتباط در این سیاره باشد.
تاریخچه‌ی Bioluminescence
نور در خرافات بسیاری از نژادها جایگاه مهمی را به خود اختصاص داده‌است. در فولکلور (folklore) پلینزی‌ها (Polynesians)، سیبری‌ها (Siberians) و اسکاندیناوی‌ها (Scandinavians) و در افسانه‌های دریانوردان باستان به آن اشاره شده‌است. نورها یا آتش‌های مرموز که بر فراز آب، مزارع یا کوه‌ها دیده می‌شد، اغلب به اژدها یا خدایان نسبت داده می‌شد. گزارش‌هایی از کرم شب‌تاب در نوشته‌های مذهبی اولیه‌ی چین و هند یافت شده‌است. اعتقاد بر این بود که اولین یافته‌های زیستتابی از چنین نوشته‌هایی از تمدن شرق باستان بوده و به کرم شب‌تاب و کرم درخشنده اشاره دارد.
یونانی‌ها و رومی‌ها اولین کسانی بودند که ویژگی‌های موجودات درخشان را گزارش کردند. ارسطو (322-384 قبل از میلاد)، 180 گونه‌ی دریایی را توصیف کرد و اولین کسی بود که «نور سرد» (cold light) را تشخیص داد. همچنین یونانیان به فسفرسانس دریا (حدود 500 سال قبل از میلاد) اشاره کردند.
در قرن شانزدهم اشاراتی به بیولومینسانس در ادبیاتی مانند شکسپیر (1564-1616) در هملت یافت شد که از «آتش بی‌تاثیر» کرم درخشان صحبت می‌کرد. اولین کتاب اختصاص‌یافته به Bioluminescence و نورتابی شیمیایی در سال 1555 توسط کنراد گسنر (Conrad Gesner) منتشر شد.
یکی از برجسته‌ترین دانشمندان قرن بیستم «ای نورتون هاروی» (E.Newton Harvey) بود. او بخش زیادی از زندگی خود را صرف پیداکردن سیستم لوسیفرین لوسیفراز (luciferin luciferase) در هر ارگانیسم درخشانی کرد که به آن دسترسی داشت. اولین لوسیفرین در سال 1956 جدا شد. اولین فتوپروتئینی (photoprotein) که جدا شد، فتوپروتئین فعال‌شده با کلیسم آکورین (aequorin) در دهه 1960 بود. این گزارش همچنین اشاره کرد که یک «پروتئین سبز» در عصاره‌هایی وجود دارد که آکورین از آن‌ها خالص شده‌است. اگرچه، خود پروتئین فلورسنت سبز (GFP) در آن زمان به‌عنوان منبع زیستتابی در عروس دریایی شناخته نشده بود.
پدیده‌ی زیستتابی چگونه رخ می‌دهد؟
Bioluminescence از طریق یک واکنش شیمیایی رخ می‌دهد که انرژی نوری را در بدن یک موجود زنده تولید می‌کند. برای این که یک واکنش رخ دهد، یک گونه باید حاوی لوسیفرین باشد، مولکولی که وقتی با اکسیژن واکنش می‌دهد، نور تولید می‌کند.
انواع مختلفی از لوسیفرین وجود دارد که بسته به حیوان میزبان، واکنش متفاوت است. بسیاری از ارگانیسم‌ها همچنین کاتالیزور (catalyst) لوسیفراز را تولید می‌کنند که به تسریع واکنش کمک می‌کند.
حیوانات می‌توانند با تنظیم شیمی و فرآیندهای مغزی خود بسته به نیازهای فوری، اعم از غذا یا جفت، زمان زیستتابی را از نزدیک کنترل کنند. بعضی از ارگانیسم‌ها لوسیفرین را با اکسیژن در چیزی که «فتوپروتئین» (photoprotein) نامیده می‌شود (مانند یک بمب بیولومینسانس از پیش بسته‌بندی‌شده) بسته‌بندی می‌کنند که از این طریق ذخیره می‌شود تا لحظه‌ای که یون آماده‌ای در آن قرار بگیرد، روشن شود. همچنین آن‌ها می‌توانند شدت و رنگ نورها را انتخاب کنند.
در چه موجوداتی پدیده‌ی زیستتابی رخ می‌دهد؟
Bioluminescence در بسیاری از موجودات دریایی مانند باکتری‌ها، جلبک‌ها، عروس‌دریایی، کرم‌ها، سخت‌پوستان، ستاره‌های دریایی، ماهی‌ها و کوسه‌ها یافت می‌شوند. تنها در ماهی، حدود 1500 گونه وجود دارد که درخشنده هستند. در برخی موارد، حیوانات برای به‌دست‌آوردن توانایی روشن‌شدن، باکتری‌ها یا دیگر موجودات نورافشانی را جذب می‌کنند؛ به‌عنوان مثال، ماهی مرکب دم‌کوتاهی هاوایی (Hawaiian bobtail squid) اندام نوری خاصی دارد که طی چند ساعت پس از تولدش تحت اختیار باکتری‌های بیولومینسانس قرار می‌گیرد؛ اما به‌طور معمول خود حیوان حاوی مواد شیمیایی لازم برای واکنشی است که باعث ایجاد زیستتابی می‌شود.
با توجه به تعداد گونه‌هایی که زیستتابی می‌کنند و انواع واکنش‌های شیمیایی که نور تولید می‌کنند، نشان‌دهنده‌ی این است که Bioluminescence چندین برابر (حداقل 40 بار) به‌صورت جداگانه تکامل یافته‌است. این تعداد همچنان در حال افزایش است؛ زیرا تحقیقات منجر به اکتشافات جدیدی می‌شود. در سال 2018 دانشمندان کشف کردند که در ماهی‌های پرتودار (ray finned fishes) نور بیولومینسانس 27 بار به‌صورت مجزا دچار تکامل شده‌است.
بیشتر جانوران اعماق دریا مقداری نور بیولومینسانس تولید می‌کنند؛ اما این پدیده به اعماق زمین منتقل نمی‌شود. یکی از رایج‌ترین مشاهدات در سطح اقیانوس رخ می‌دهد. بسیاری از ساکنان کوچک سطح، پلانکتون (مانند داینوفلاژل‌های (dinoflagellates) تک‌سلولی) بیولومینسانس هستند. وقتی شرایط مساعد باشد، داینوفلاژل‌ها در لایه‌های متراکم در سطح آب شکوفا می‌شوند و باعث می‌شوند اقیانوس در نور روز رنگ قهوه‌ای مایل به قرمز و هنگام حرکت در امواج شب درخشش درخشانی به خود بگیرد.
Bioluminescence چه رنگی است؟
برای این‌که متوجه شویم نور Bioluminescence چه رنگی است، ابتدا باید کمی در مورد نور بدانیم. نور در امواجی با اشکال مختلف حرکت می‌کند (به‌عنوان طول موج شناخته می‌شود) که رنگ نور را تعیین می‌کند. هنگامی‌که امواج به چشم ما برخورد می‌کنند، بسته‌به طول موج آن‌ها توسط مغز به رنگ تبدیل می‌شوند.
طول موج‌هایی که چشمان ما می‌توانند ببینند به‌عنوان «طیف نور مرئی» شناخته می‌شوند و ما می‌توانیم تمام رنگ‌های این طیف را هنگامی‌که در هوا حرکت می‌کنند، ببینیم؛ اما نور در زیر آب به گونه‌ای متفاوت حرکت می‌کند، زیرا طول موج‌های بلندتر نمی‌توانند آنقدر دور حرکت کنند. بیشتر زیستتابی تولیدشده در اقیانوس به‌صورت نور سبزآبی است؛ زیرا این رنگ‌ها طول موج‌های کوتاه‌تری از نور هستند که می‌توانند در آب‌های کم‌عمق و عمیق حرکت کنند و در نتیجه دیده شوند.
نوری که از خورشید با طول موج‌های طولانی‌تر مانند نور قرمز عبور می‌کند، به اعماق دریا نمی‌رسد. به همین دلیل است که بسیاری از حیوانات در اعماق دریا قرمز هستند، این در واقع مانند نامرئی‌بودن است. علاوه‌بر این، به‌دلیل عدم وجود آن، بسیاری از حیوانات اعماق آب توانایی دیدن آن را به‌طور کلی از دست‌داده‌اند. با این حال، برخی از حیوانات مانند اژدهاماهی (dragonfish) برای انتشار و دیدن نور قرمز تکامل یافته‌اند و از زیستتابی بهره می‌گیرند. آن‌ها با ایجاد نور قرمز در اعماق دریا، می‌توانند طعمه‌های قرمز رنگ را ببینند و همچنین با دیگر اژدهاماهی‌ها ارتباط برقرار کنند و حتی طعمه را نشان دهند، در حالی‌که سایر حیوانات ناآگاه نمی‌توانند نور قرمز را به‌عنوان هشداری برای فرار ببینند.
اهمیت تکاملی زیستتابی
گروهی از جانورشناسان اشاره کرده‌اند که 80 درصد از حیوانات درخشان در اقیانوس‌ها زندگی می‌کنند. فقط تعداد کمی از حیوانات خشکی نور ساطع می‌کنند و همه‌ی آن‌ها بندپایانی مانند کرم شب‌تاب و هزارپا هستند. تنها دو راه وجود دارد که حیوانات شروع به تابش می‌کنند؛ آن‌ها یا دارای زیستتابی ذاتی هستند که مواد شیمیایی را در بدن خود مخلوط می‌کنند تا رنگ و شدت نور را تنظیم کنند، یا دارای زیستتابی هم‌زیستی هستند که کلنی‌هایی از باکتری‌های درخشان را در اندام‌ها یا کیسه‌های تخصصی پرورش می‌دهند. سوالی که تعجب محققان را برانگیخت این بود که چرا بسیاری از حیوانات با شروع به درخشیدن با محیط خود سازگار شدند؟
لئو اسمیت (Leo Smith)، زیست‌شناس تکاملی دانشگاه کانزاس که در این مطالعه شرکت داشت گفت که ماهی‌ها به دلایل مختلف از نورهای داخلی خود استفاده می‌کنند. در مناطق ساحلی، ماهی‌ها از الگوهای نوری چشمک‌زن برای «ارتباط در طول جفت‌گیری» استفاده می‌کنند. این امر مهم است؛ زیرا آن‌ها در مناطق شنی زندگی می‌کنند که دید کم است. این ماهی‌ها مانند قایق‌رانان در حال پرسه‌زدن، از الگوهای نور برای شناسایی یکدیگر در مناطقی که بسیاری از گونه‌ها شنا می‌کنند، استفاده می‌کنند. ماهی‌هایی که در اعماق اقیانوس زندگی می‌کنند نیز برای یافتن جفت خود از نورهای چشمک‌زن استفاده می‌کنند؛ اما آن‌ها بیشتر مواقع از Bioluminescence برای یافتن طعمه استفاده می‌کنند.
آیا آب زیستتابی ایمن است؟
ایمن‌بودن یا نبودن آب بیولومینسانس بستگی به این دارد که کدام ارگانیسم‌ها باعث ایجاد آن شده‌اند. به‌عنوان مثال، نوعی جلبک بیولومینسانس به‌نام «دینوفلاژلات» (dinoflagellates) که در نزدیکی ساحل دیده می‌شود، می‌تواند در طول شکوفایی جلبکی برای انسان سمی باشد.
کاربرد زیستتابی
حیوانات می‌توانند از نور خود برای جذب طعمه به سمت دهان خود یا حتی برای روشن‌کردن منطقه‌ی اطراف استفاده کنند تا بتوانند غذای بعدی خود را کمی بهتر ببینند. گاهی اوقات طعمه‌ای که اغوا می‌شود می‌تواند پلانکتون کوچکی باشد، مانند آن‌هایی که جذب زیستتابی اطراف منقار اختاپوس (Stauroteuthis) می‌شوند؛ اما نور می‌تواند حیوانات بزرگ‌تر را فریب دهد. نهنگ‌ها و ماهی مرکب جذب سطح درخشان زیرین کوسه کاتر (cookie-cutter shark) می‌شوند که پس از نزدیک‌شدن به حیوانات نیش می‌زند.
-
جذب همسر
حیوانات فقط نیازی به جست‌وجو و جذب غذا ندارند. زیستتابی نیز می‌تواند در جذب جفت نقش داشته باشد. استراکود (ostracod) نر کارئیب، یک سخت‌پوست کوچک است که از سیگنال‌های Bioluminescence بر روی لب‌های بالایی خود برای جذب ماده‌ها استفاده می‌کند. کرم‌های آتشین سیلیدی (Syllid fireworms) در کف دریا زندگی می‌کنند؛ اما با شروع ماه کامل به‌سمت آب‌های آزاد حرکت می‌کنند، جایی‌که ماده‌های بعضی گونه‌ها مانند “Odontosyllis enopla” از زیستتابی برای جذب نرها در حالی‌که به‌صورت دایره‌ای حرکت می‌کنند، بهره می‌گیرند. این کرم‌های درخشان حتی ممکن است به کریستف کلمبوس (Christopher Columbus) در پیداکردن دنیای جدید کمک کرده باشند.
-
حفاظت
اغلب حیوانات برای ترساندن یک شکارچی قریب‌الوقوع از یک درخشش قوی بیولومینسانس استفاده می‌کنند. سیگنال روشن می‌تواند شکارچی را مبهوت و منحرف کند و باعث سردرگمی در مورد مکان هدفش شود. از پاروپایان (copepods) کوچک گرفته تا ماهی مرکب خون‌آشام بزرگ‌تر، این تاکتیک می‌تواند در اعماق دریا بسیار مفید باشد. کرم «بمب‌افکن سبز» (Swima bombiviridis) و چهارگونه کرم مشابه دیگر از خانواده‌ی چندتاران (polychaete) در صورت آسیب‌رسیدن به بدن یک «بمب زیستتابی» را از بدن خود آزاد می‌کنند. این کرم‌های اعماق دریا، نزدیک به کف دریا زندگی می‌کنند و در سال 2009 کشف شدند.
برخی از جانوران مانند ماهی مرکب اعماق دریا (Octopoteuthis deletron)، حتی بازوهای Bioluminescence خود را جدا می‌کنند که به شکارچیان آن‌ها می‌چسبد و شاید حواس آن‌ها را پرت می‌کند؛ همچنین تمام این هیاهو می‌تواند به‌عنوان یک زنگ خطر عمل کند و شکارچیان بزرگ‌تر را به صحنه بکشاند. بیولومینسانس می‌تواند برای کمک به استتار با استفاده از ضدروشنایی (counterillumination) استفاده شود. فتوفورها (Photophores) در قسمت پایینی یک حیوان می‌توانند با نور ضعیفی که از سطح می‌آیند مطابقت داشته باشند و این کار را برای شکارچیانی که از پایین دنبال طعمه هستند، سخت می‌کند و نمی‌توانند به‌درستی ببینند که به‌دنبال چه چیزی هستند.
مزایای زیستتابی
- یافتن غذا
- دفاع‌کردن در مقابل شکارچیان یا هشداردادن به آن‌ها
- پنهان‌شدن از شکارچیان
- با کمک آن شکار را جذب یا شناسایی می‌کنند.
- جذب همسر
- برقراری ارتباط
بهترین مناطق زیستتابی
- خلیج پشه، پورتوریکو (Mosquito Bay, Puerto Rico)
- جزیره “Mudhdhoo”، مالدیو (Maldives)
- “Toyama Bay”، ژاپن
- خلیج”Matakatia” ، نیوزلند
- خلیج “Coles”، تاسمانی
- جزیره “Matsu”، تایوان
- خلیج “Ha Long”، ویتنام
رازهای حل‌نشده!
بسیاری از چیزهای درمورد زیستتابی یک راز باقی مانده‌است. بخشی از چالش این است که ارگانیسم‌های Bioluminescence در اقیانوس‌ها به‌سختی قابل مشاهده هستند و بسیاری از انواع بیولومینسانس زیر نور مرئی معمولی دیده نمی‌شوند؛ بنابراین زیستتابی موضوعی است که برای اکتشافات جدید آماده است.
نویسنده: ریحانه ارفعی
ویراستار: حدیث پرهیزگاری
منابع:
- http://photobiology.info/HistBiolum/HistBiolum.html
- https://www.environment.sa.gov.au/goodliving/posts/2018/04/sea-sparkl
- https://ocean.si.edu/ocean-life/fish/bioluminescence
- https://deepoceaneducation.org/resources/bioluminescence-fact-sheet/
- https://www.thetimes.co.uk/travel/inspiration/the-worlds-best-bioluminescent-beaches
- https://matadornetwork.com/read/dazzling-bioluminescence-locations/
- https://arstechnica.com/science/2016/06/evolution-favors-the-bioluminescent/
