פלאי הזוהר הטבעי: ביולומינסנציה וביופלואורסצנציה

בעלי חיים המפיקים אור הם מהתופעות המרהיבות והמסתוריות ביותר בטבע. חלקם זוהרים באמצעות ביולומינסנציה (Bioluminescence) – תהליך כימי פנימי המייצר אור, בעוד אחרים מפגינים ביופלואורסצנציה (Biofluorescence) - תופעה שבה הם סופגים אור חיצוני ופולטים אותו בצבע שונה. חוקרי טבע ומדענים מנסים זה שנים לפענח את התהליכים האלה ואת מטרותיהם בטבע, ובמהלך הדרך נחשפו גילויים מסקרנים ומרתקים.

מהי ביופלואורסצנציה?

ביופלואורסצנציה היא תופעה שבה אורגניזם סופג אור באורך גל מסוים ואז פולט אותו באורך גל אחר, כך שהוא נראה בצבע שונה מזה של האור המקורי שנקלט. ברמה המיקרוסקופית, התהליך הזה כולל ביומולקולות פלואורסצנטיות. אלמוגים ודגים רבים פולטים אור ירוק, אדום או כתום, כמו מינים מסוימים של כרישים המכילים מטבוליטים זעירים בעורם שאחראים לתופעת הביופלואורסצנציה שלהם.

עם זאת, הביומולקולות הידועות ביותר בזוהר הפלואורסצנטי הן חלבונים, והחלבון המפורסם ביותר הוא החלבון הפלואורסצנטי הירוק (GFP). הוא זוהה לראשונה בשנת 1962 במדוזת אקווארה ויקטוריה (Aequorea victoria), וכפי ששמה מרמז, היא זוהרת בירוק תחת אור אולטרה-סגול (UV).

לא רק שהגילוי סייע לנו להבין כיצד אורגניזמים מסוימים זוהרים, אלא שהחלבון הפלואורסצנטי הירוק הפך לכלי שלא יסולא בפז בחקר ביולוגיית התא, ואפשר למדענים לחקור את מנגנוני התא ברזולוציה חסרת תקדים. לכן, אין זה מפתיע כי שלושה מהחוקרים שפיתחו ושכללו את השימוש בחלבון הפלואורסצנטי הירוק זכו בפרס נובל בשנת 2008.

אילו צמחים ובעלי חיים הם ביופלואורסצנטיים?

מדוזות וכרישים הם רק חלק קטן מהיצורים הביופלואורסצנטיים בטבע. גם זיקיות, סנאים, ואפילו הפלטיפוס – אותו יצור מוזר שנראה כמעט לא אמיתי – התגלו כזוהרים תחת אור אולטרה-סגול; תוכים כמו הפאפין (Puffin) מפגינים צבעים חזקים במיוחד תחת אור אולטרה-סגול; ציפורי פרוש גולדיאן (Gouldian finch) צעירים מציגים "חרוזים" זוהרים מסביב למקורם, המדריכים את ההורים בהאכלה; צב הים הקרני (hawksbill sea turtle) התגלה כאורגניזם ביופלואורסצנטי, אך עדיין לא ברור כיצד ולמה; דיונוני בובטייל (Bobtail squid) מתאימים את אורם לתנאי הסביבה כדי להסוות את עצמם; עקרבים זוהרים תחת אור אולטרה-סגול, אולי כאמצעי תקשורת או אזהרה לטורפים.

מחקר חדש שנערך לאחרונה מצא שגם ציפורי גן עדן יכולים להיות ביופלואורסצנטיים. החוקרים סבורים כי נוצותיהן הזוהרות התפתחו כדי למשוך בני זוג במהלך טקסי חיזור. בצד האפל של המשיכה, ישנם גם צמחים טורפים, כולל דיונאה (Venus flytrap), שנמצאו זוהרים בכחול תחת אור אולטרה-סגול, מה שעשוי לעזור להם למשוך חרקים תמימים אליהם.

מהי ביולומינסנציה?

בניגוד לביופלואורסצנציה, ביולומינסנציה היא תגובה כימית שמתרחשת בתוך אורגניזם חי ופולטת אור. התגובה כוללת שני רכיבים עיקריים: לוציפרין (Luciferin), תרכובת אורגנית שמגיבה עם חמצן, ולוציפראז (Luciferase), אנזים שמזרז את התגובה. בניגוד לביופלואורסצנציה, ביולומינסנציה אינה תלויה במקור אור חיצוני ואינה מייצרת חום.

ביולומינסנציה אינה נפוצה מאד בקרב בעלי חיים יבשתיים, אך ישנן דוגמאות מוכרות, כמו תולעים זוהרות (glowworms) המייצרות אור כדי למשוך חרקים לרשתות הדביקות שלהן; גחליליות עם "אורותיהן הקטנים" המשתמשות בזוהר שלהן כדי למשוך בני זוג. מתחת לפני הים, לעומת זאת, ביולומינסנציה נפוצה הרבה יותר, במיוחד בקרב יצורי ים ממעמקי האוקיינוס, דוגמה בולטת היא החיידקים הזוהרים שמאכלסים את הפיתיון של דג החכאי (anglerfish) ולועיתיים (Dragonfish) פולטים אור אדום שרק הם מסוגלים לראות, מה שנותן להם יתרון על טרפם.

אסטרטגיות הגנה באמצעות אור

בעולם החי, האור אינו משמש רק לחיזור או להסוואה, אלא גם ככלי הגנה מפני טורפים: שרימפסים מסוימים פולטים "ענן אור" כדי לעוור טורפים. נחשוני ים (Banded Brittle Star) הם יכולים להוריד את קצות זרועותיהם, בעלי זוהר ביולומינסנציה ירוק, כפתיון לטורפים. בעלי חיים ימיים מסוימים פולטים אור מבטנם כדי להסוות את הצללית שלהם מפני טורפים מתחתם.

לעומת בעלי חיים, צמחים אינם ביולומינסצנטיים בטבע, אך כוחו של המדע יצר פתרונות יצירתיים. עריכת גנים שימשה ליצירת צמחי טבק זוהרים בחשיכה, וחוקרים הצליחו לגרום לעץ לזהור על ידי החדרת פטריות ביולומינסצנטיות אל תוך רקמתו.

התופעות של ביולומינסנציה וביופלואורסצנציה הן מהמרתקות והיפות ביותר בטבע. עם הזמן, המדע ממשיך לגלות עוד ועוד בעלי חיים שמפיקים אור, ואת מטרות השימוש בו. כל תגלית פותחת דלת לעולם חדש של מחקר והבנה על דרכי ההישרדות והתפקוד של בעלי חיים בסביבתם הטבעית. המחקר של תופעות אלו מבטיח להיות מסע מאיר עיניים תרתי משמע.