Biyolojik Işıldama

Biyolojik Işıldama
  • 07.01.2017

Biyolojik Işıldama Nedir, Biyolojik Işıldama Hakkında Bilgi

Biyolojik ışıldama, bîyolüm inesans olarak da bilinir, bir canlının ya da canlıdan alınarak deney ortamına aktarılmış biyo­kimyasal bir sistemin ışık yayması. Çürüyen etlerin üstündeki bakterilerin belli belirsiz Harıldaması, tropik denizlerdeki tekhücreli titrek fosforışıması ya da ateşböceklerinin yanıp sönen donuk ışıkları biyolojik ışıldamanın en bilinen örnekleridir. Bakteri ve mantarlardan böceklere, deniz omurga­sızlarına ve balıklara kadar birçok canlıda görülen yaygın bir biyolojik olgu olmasına karşın, gerçek bitkilerde, amfibyumlarda, sürüngenlerde, kuşlarda ve memelilerde bugüne değin biyolojik ışıldama örneğine rastlanmamıştır. Kimyasal enerjinin doğru­dan doğruya ışıma enerjisine dönüştüğü biyolojik ışıldamada hemen hemen hiçbir enerji kaybı olmaz; başka bir deyişle, bu kimyasal süreçte önemsenmeyecek kadar az bir ısı açığa çıkar. Bu nedenle, canlıla­rın yaydığı ışığa çoğu kez “soğuk ışık” denir.

biyolojikisildama

Biyolojik ışıldamanın davranışsal çözümle­mesi : Canlıların ışık üretmesi, büyük olası­lıkla yaşamını sürdürmeye ve saldırganlar­dan korunmaya yönelik bir davranış biçimi­dir. Düşmanını yanıltıp kaçabilmek için ışıklı bir bulut salgılayan bazı mürekkepbalıklarında ve avının ilgisini çekmek, saldır­ganları ürkütmek ya da okyanusun karanlık dibinde yolunu aydınlatmak için ışık organ­larını kullanan birçok derin deniz balığında bu amaç açıkça sezilir. Türünün dişisini tanımak ve eşleşmeye çağırmak için ışığını yakıp söndüren canlılarda da biyolojik ışıl­damanın yaşamsal bir işlevi olduğu yadsına­maz. Kuzey Amerika ateşböceğinin (Photinus pyralis) erkeği, uçarken her 5,5 saniye­de bir 0,3 saniye süreyle ışığını yakıp söndürür. Yerde durup erkeğin ışığını bek­leyen dişi, ışığı gördükten yaklaşık iki saniye sonra ışıldayarak yanıt verir. Dişi böcek erkeğini ışığından tanıyamadığı için, ışığın yanıp sönme süresine bakarak doğru sinyali alan ve dişiyi arayan erkektir. Bu nedenle, erkeğin işareti ile dişinin yanıtı arasındaki süre çok önemlidir. Ateşböceklerinin bazı türlerinde, eşleşmeye çağrı niteli­ğindeki ışık işaretlerinde değişik renkten ışıkların da ayrı anlam taşıdığı sanılmak­tadır.

Birçok deniz dibi canlısının ve bazı balıkla­rın gövdelerinin çeşitli yerlerinde, büyük olasılıkla türdeşlerini ve dişisini ya da erkeğini tanımasına yardımcı olan ışık or­ganları (fotofor) vardır. Derin deniz balıkla­rının çoğunda, ışık organları gövdenin iki yanında ve karın bölgesinde bulunduğu için ışık aşağıya ve yanlara doğru yayılır. Bu düzenleme sayesinde, fotoforlardan yayılan ışık ile yukarıdan sızan güneş ışığı her yanı eşit olarak aydınlatacağından, hayvanın göl­gesi aşağıya düşmez ve daha altta yüzen saldırganlara yerini belli etmez. Bazı balık­ların yalnız karınlarında ve yanlarında de­ğil, burunlarında da büyük bir ışık organı vardır; bazılarının ise kuyruk bölgesinde ışıklı bir doku parçası bulunur. Derin deniz­lerde yaşayan fenerbalıklarında, ileriye doğru iyice uzamış olan birinci sırt omuru­nun ucundan, başın üstüne doğru ışıklı bir organ sarkar. Bu organ, fenerbalığının, durumdan kuşkulanmaksızın ışığa yaklaşan avları yakaladığı bir olta gibidir.

Biyolojik ışıldamanın metabolizmadaki iş­levi: Bakteriler, dinoflagellatlar ve mantar­lar gibi basit yapılı canlılarda ışıldamanın ne tür bir işlevi olduğunu anlamak oldukça güçtür. Işıklı bakterilerin oksijensiz ortam­da ışıldamadığına bakılırsa. Yer atmosfe­rinde oksijenin bulunmadığı ya da çok az bulunduğu zamanlarda yaşamış ilkel bakte­rilerin, kendileri için zararlı olan oksijeni ortamdan yok etmek üzere böyle bir tepki­me geliştirdikleri düşünülebilir. Oksijen ile indirgeyici bir maddenin (lusiferin) birleşti­ği kimyasal bir tepkime sonucunda açığa çıkan enerji, canlının vücudundaki özel bir molekülü uyararak görünür ışık yaymasını sağlar. Işıldayan bu ilkel canlılardan çoğu sonraları oksijeni kullanabilecekleri sistem­ler geliştirdikleri halde, ya metabolizmadaki eski sistemin bir parçası olarak ya da ışıldamanın sağlayacağı bazı ayrıcalıklardan yararlanmak üzere ışıldama yeteneklerini korumuşlardır.

Biyolojik ışıldamanın araştırmalardaki önemi: Bütün canlılardaki metabolizma tepkimeleri için gerekli enerjiyi sağlayan adenozin trifosfat (ATP) koenziminin sap­tanmasında, ateşböceğinin ışıldama tepki­mesinden yararlanılmıştır. Ateşböceklerinin ışık organlarından hazırlanan özütün ışıldaması, ATP molekülü parçalandıkça azalır ve giderek kaybolur; ortama taze ATP eklenir eklenmez ışık yeniden parlar. Parıltının şiddeti, eklenen doku özütü için­deki ATP miktarının doğrudan göstergesi­dir. Bu yöntem, hücre ve doku özütlerindeki ATP miktarını belirlemek amacıyla tıp ve biyoloji araştırmalarında yaygın olarak kullanılmıştır. Öte yandan, ATP’nin katıldığı tepkimelerin incelenmesiyle, hücredeki enerji dönüşümlerinin mekanizması daha ayrıntılı olarak anlaşılabilmiştir. Ateşböce­ğinin ışıldaması, ışık yayılmasından doğru­dan ATP’nin sorumlu olduğu birkaç tepkimeden biridir. Bütün öbür canlıların ışılda­ma tepkimelerinde, kimyasal yapısı ATP’ den değişik olan başka bileşikler rol oynar.

Işıldayan canlıların dağılımı ve çeşitliliği: Işıldayan türlerin sınıflandırmadaki yeri, bir genelleme yapılamayacak kadar dağınıktır. Karidesler arasında birçok ışıldayan tür olmasına karşın, yengeçlerin ışıldayanına rastlanmaz. Mürekkepbalıklarının birçoğu, ahtapotların yalnızca bir tek türü (Japonya sularındaki Callistoctopus arakavvai) ışık saçar. Aynı biçimde, ışıldayan kırkayak türlerinin sayısı hiç de az değildir, ama akrep ve örümcekler arasında henüz böyle bir örneğe rastlanmamıştır. Protista âleminin (bitki ve hayvanlar âlemi içinde sınıflandırılamayan canlılar âlemi), bakteriler ve mantarlar gibi bitki benzeri üyelerinin pek çoğunda biyolojik ışıldama gözlenirken, gerçek bitkilerin hiçbiri ışıldamaz.

Hayvanlar âleminin üst dallarının hemen hemen yarısında ışıldayan örnekler bulun­makla birlikte, bilinen bütün hayvan türlerinin toptan sayısına oranlandığında, ışıklı hayvanların sayısı çok azdır. Genel olarak bakıldığında, Protista âleminin bitki benzeri örnekleri de ışıklı türler açısından pek zengin değildir, ama özellikle tropik deniz­lerde bu canlıların sayısı doruğa ulaşır. Gerçekten de, ışıldayan canlıların büyük bölümü denizlerde yaşar.

Tropik kuşaktaki hemen hemen bütün denizlerin yüzeyi, ışık saçan tekhücreli plankton canlılarla, özellikle dinoflagellatlarla örtülüdür. Bu canlı örtü, dalgalarla ya da su yüzeyini çalkalandıran herhangi bir mekanik etkiyle uyarıldığında parıldamaya başlar. Bazı canlılardan yayılan ışığın şidde­ti, geceleri en yüksek değere ulaşıp gündüz­leri en alt değere düşerek 24 saatlik bir dalgalanma gösterir.

Işıldayan kabuklu türleri arasında çok ilginç örneklere rastlanır. Hoplophorus cin­sinden bazı karideslerin ışık organları ışıklı bir sıvı salgılarken, bazılarında bir mercek, bir yansıtıcı ve ışık üreten hücrelerden (fotosit) oluşmuş gerçek ışık organları ya da fotoforlar bulunur, Cypridina cinsinin ışıl­dayan üç-dört türü içinde en ünlüsü, Japon­ya’nın kıyı sularında ve kumsallarında bulu­nan Cypridina hilgendorfi’/’dir. Rahatsız edildiğinde ışıklı ve mavi bir sıvı salgılayan bu küçücük kabuklu, toplanıp kurutuldu­ğunda bile ışıldama yeteneğini hiçbir zaman yitirmez.

Deniz yüzeyindeki ışıldamadan sorumlu olan öbür canlılar, başta denizanaları olmak üzere bazı knidlilerdir. Knidlilerin Penna- tula, Cavernularia ve Renilla cinsinden bazı türleri, örneğin pinalar, denizkaktüsleri ve denizmenekşeleri, uyarıldıklarında, saydam gövdenin her yanını dolaşan bir ışık dalgası yayarlar. Bu canlılardaki ışıldamanın sinir sistemince denetlendiği sanılmaktadır.

Halkalısolucanların hem denizde, hem ka­rada yaşayan türlerinde ışıldayan örneklere rastlanır. Bermuda’da bulunan Odontosyllis cinsinden ışıklı solucanlar, dolunaydan bir­kaç gün sonra kalabalık kümeler oluşturur­lar. Yaklaşık 2 cm uzunluğundaki dişi solucanlar gün batımından hemen sonra su yüzeyine çıkar ve daireler çizerek yüzerken bir yandan da ışıklı bir sıvı salgılarlar. Erkekler bu ışıklı halkalara doğru yüzerek dişileri bulur ve çiftleşirler. Odontosyllis’in ışıldamayan türlerinde de aynı kur yapma davranışı gözlemlendiğinden, bu ışıldama­nın eşleşmeyle bir ilişkisi olup olmadığı bilinmiyor. Chaetopterus cinsinden halkalı- solucanlar, yaşamlarını, her iki ucu da açık olan zardan bir borunun içinde geçirir ve tedirgin edildiğinde ışıldar. Polynoe ve Polycirrus cinsinin üyeleri de, genellikle kumlar ve kayalar arasında yaşayan ışıklı halkalılardır.

Işıldayan mürekkepbalıkları ile derin deniz balıklarının ışık organları son derece karma­şıktır ve ışık üreten hücrelerin yanı sıra yansıtıcılar, mercekler, hatta bazen renk filtrelerinden oluşur. Lycoteııthis, Histiote- uthis ve Enoploteuthis cinslerinin açık de­nizlerde yaşayan türlerinin yaklaşık yüzde 75’inin ışığı, bu canlıların üstünde asalak yaşayan ışıklı bakterilerden değil, hayvanın kendi vücudunda gelişen biyokimyasal tep­kimelerden doğar. Euprymna, Uroteuthis ve Sepiola cinslerinin sığ sularda yaşayan ve pek azı ışıldayan türlerinde, mürekkep ke­sesinin önünde bir çift ışık organı bulunur ve hayvan ışık organı ile mercek arasındaki boşluğa mürekkep akıtarak ışığını gizleye­bilir. Dipte yaşayan mürekkepbalıklanmn ışık organı genellikle gözkapağında ya da doğrudan göz yuvarının içindedir. Bazı türlerde ise (örn. Watasenia scintillans) dokunaçların uçlarında da ışık organları bulunur.

Balıkların çoğundaki ışık organlarının ana­tomik yapısı mürekkepbahklarımnkine ben­zer. Derin deniz balıklarının ışık organları gövde boyunca, gözlerin altında, hatta bıyık ya da antenlerinin üstünde yer alır. Tipik bir ışık organında bir mercek, ışık üreten hücreler, renk filtresi ve yansıtıcı bulunur. Derin deniz balıklarından çoğunun ışık organında melanin pigmenti içeren renk perdesi bulunmaz. Işık yayımı genellikle sinir sistemince denetlenir ve balık ölür ölmez ışıldama yeteneğini yitirir. Işık verici bileşenleri balığın mı ürettiği, yoksa yaşadı­ğı ortamdan mı aldığı bugün için bilinmiyor. Başka bir olasılıkla da, ışıldayan kabuklu­larla beslenen bir balığın, bu canlıların ışık üreten bileşenlerini kendi ışık organlarında kullanmasıdır. Derin deniz balıklarının bir­kaç cinsi ile sığ su balıklarının bazı familya­ları, fotoforlarında yaşayan ışıklı bakterile­rin ürettiği ışıktan yararlanır. Bu balıkların ışık organı, ışıldayan bakterileri beslemek üzere zengin bir kan dolaşımı ağıyla donatıl­mıştır. Her balık türünün özel bir bakteri türüyle ortakyaşam sürdürdüğü sanılmakta­dır. Işığını bakterilerden alan böyle bir organ sürekli ışıldayacağından, gereğinde ışığı karartmak için, balığın istediği an indirebileceği koyu renk zardan bir perde ya da organın yüzeyini kaplayan melanin hücrelerinden oluşmuş bir örtü bulunur. Melanin hücrelerinin kasılıp genişlemesiyle ışığın yanıp sönmesi denetlenebilir.

Bazı balıkların ışıldama organı ışığı doğru­dan değil, dolaylı olarak yayar. Genellikle doku içine gömülü olan bu organ kısa bir boruyla bağırsağa bağlıdır ve ışık, yarısay- dam karın çatısından sızarak yayılır. Üstün yapılı hayvanlar arasında, ışıldayan örneklerin bulunduğu başka bir grup da gömleklilerdir. Pyrosoma cinsindeki türle­rin çoğu, denizlerdeki parlak ışıldamanın kaynağı olan makroplanktonları oluşturur. Açık denizde yaşayan, yaklaşık 5 mm uzunluğundaki bu yarısaydam canlıların oluşturduğu yüzen kolonilerin çapı genellik­le 3-10 cm’yi bulur.

Protista âlemindeki bitki benzeri canlıların ışıldayan temsilcileri yalnızca bakteriler ile mantarlardır. Işıldayan bakterilerin tümü denizlerde yaşar ve tuz olmaksızın ne gelişe­bilir, ne de ışıldayabilir. Bu bakterilerin hepsi aynı biçimde değildir, ama hiçbiri öbür bakteriler gibi zincir ya da salkım oluşturacak biçimde kümelenmez. Tek bir bakterinin ışığını kuşkusuz çıplak gözle görme olanağı yoktur, ama besiyerinde üretilen milyarlarca bakterinin yaydığı ma­vimsi ve sürekli ışık kolayca görülebilir. Kum pirelerine, karideslere ve böceklere bulaşabilen bu bakteriler insanda hastalık yapmaz. Işıldayan bakterilerin çoğu, kona­ğa herhangi bir zarar vermeden balıkların ve mürekkepbalıklanmn ışık organlarında yaşar.

Küçük ve beyazımsı olan ışıldayan mantar­lar, tropik bölgelerin nemli ormanlarındaki ölü ağaç gövdelerinde gelişir. Bazı yöreler­de “tilki ateşi” denen bu mantarların ışığı, türe bağlı olarak mavi ile yeşilimsi sarı arasında değişir. Avustralya’da yetişen Ple- urotus lampas ile ABD’de yetişen, yaklaşık 13 cm çapındaki Clitocybe illudens ışıldayan mantarlann en iri örnekleridir. Kara hayvanlarının ışıldayan örneklerinin hemen hepsi gececidir. Asya’nın tropik bölgelerinde yaşayan Orphaneus cinsinden bazı kırkayaklar, gövdenin her bölütünden ışıklı bir sıvı salgılar. Işıldayan böcekler arasında, Diptera (çiftkanatlılar) takımın­dan gerçek sinekler de bulunur. Bunlardan Arachnocampa luminosa’rvm larvaları, Yeni Zelanda’daki mağaraların tavanlarında, sal- gıladıklan iplikçilerin ucunda asılı durarak gövdenin alt ucundaki yumrudan yeşilimsi mavi bir ışık yayarlar. Ateşböcekleri, kan- dilböcekleri, taklaböceklerinin tropik böl­gelere özgü bazı türleri ışıldayan kınkanatlıların en bilinen örnekleridir. Diplocladon hasseltii’nin dişisi, gövdesinin her bölütündeki üç noktadan sürekli olarak yeşilimsi- mavi bir ışık saçarak uzunlamasına üç ışık dizisi oluşturur.

Yeni Zelanda’nın Auckland yöresindeki akarsularda yaşayan bir kanndanayaklı (La- tia neritoides), ışıldayan tatlı su canlılarının bilinen tek örneğidir. Japonya’daki Suva Gölünde yaşayan ve ateşböceği karidesi (hotaru ebi) denen bir tür karidesin ışığı, hayvanın vücuduna yerleşen ve genellikle 24 saat içinde karidesi öldüren ışıklı bakte­rilerden yayılır.

Işıldamanın biyokimyasal açıklaması: Işık yayımından sorumlu olan temel bileşenler, yükseltgenebilir organik bir molekül olan lusiferin ile lusiferaz enzimidir. Yapısı her canlıda değişen bu maddeler, genellikle cins ya da tür adı belirtilerek kullanılır; örneğin ateşböceği lüsiferini ve lüsiferazı gibi. Lüsiferin-lüsiferaz tepkimesi, gerçekte, lüsiferaz enziminin katalizleyici etkisiyle geli­şen bir yükseltgenme tepkimesidir; lüsiferi- nin serbest oksijenle yükseltgenmesi ışık yayılmasıyla sonuçlanır. Cypridina ve Latia cinsinden kabuklular ile birçok balıkta rast­lanan bu tür tepkimede, ortamdaki tüm lüsiferin yükseltgeninceye kadar ışık yayımı sürer.

Herhangi bir enzimle katalizlenmeyen ve lüsiferin-lüsiferaz tepkimesine benzemeyen başka bir biyolojik ışıldama tepkimesinde, fotoprotein denen ve molekül ağırlığı he­men her canlıda değişen ışık yayıcı bir protein rol oynar. Aequorea ve Halistaura cinsinden denizanalarında, Chaetopterus cinsinden denizsolucanlarında ve Megany- ctiphanes norvegica türü karideslerde ışılda­ma böyle bir proteinle gerçekleşir. Aequo­rea ya da Halistaura’da, fotoprotein kalsi­yum iyonuyla karıştığı an ışık yayılır; bu tepkimede oksijene gerek yoktur. Chaetop­terus sisteminde, canlının fotoproteini bir oksijen molekülü, bir hidroperoksit, Fe+2 iyonları ve biri nükleoprotein, öbürü lipit yapısında iki yardımcı maddeyle birleşir. Meganyctiphanes sisteminde ise ışık, fotop- roteinin, henüz yapısı bilinmeyen ısıya daya­nıklı flüorışıl bir bileşikle ve bir oksijen molekülüyle karışmasından doğar. Dinoflagellatlardan Gonyaulax polyedra’ da ise daha değişik bir ışıldama sistemi vardır. Bu tekhücreli deniz canlısının ışık sisteminde bulunan kristalsi parçacıklar, ancak ortamın asitliği arttığı anda ışık saçabilir. Oksijen ve tuz eşliğinde birleşerek ışık yayan lusiferin ve lusiferaz molekülleri, bu kristalsi parçacıkların ayrışmasıyla da açığa çıkabilir.

 

 

ZİYARETÇİ YORUMLARI

Henüz yorum yapılmamış. İlk yorumu aşağıdaki form aracılığıyla siz yapabilirsiniz.

YORUM YAZ