Tại sao con đom đóm lại phát sáng

Câu hỏi: Tại sao con đom đóm lại phát sáng?

Trả lời: 

Sự phát sáng ở đom đóm là nhờ một loại phản ứng hóa học gọi là biolumiescence (ánh sáng sinh học). Tiến trình này xảy ra trong cơ quan phát sáng chuyên biệt, thường nằm ở dưới bụng đom đóm. Enzym luciferase hoạt động trên luceferin, với sự có mặt của các ion Magie, ATP, và Oxi để tạo ánh sáng.

Cơ quan phát sáng cấu tạo từ vài lớp tế bào nhỏ phản xạ ánh sáng và một lớp tế bào phát sáng. Tế bào phát sáng được điều khiển bởi thần kinh và các ống khí; ôxy được cung cấp bởi các ống khí chuyển hóa luciferin của tế bào phát sáng thành oxyluciferin. Quá trình ôxy hóa này được xúc tác bởi enzym luciferase đã giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng. 

Hãy cùng Toploigiai đi tìm hiểu chi tiết hơn về sự phát sáng của đom đóm nhé

Chắc chắn ai cũng từng có tuổi thơ gắn liền với một loài bọ mang tên đom đóm, một thứ ánh sáng lập lòe mỗi buổi đêm mà bất cứ đứa trẻ nào cũng thích thú và tò mò. Nhưng vì sao đom đóm có thể phát sáng như vậy thì không phải ai cũng biết, tất cả là nhờ một hợp chất có tên luciferin.

Sự phát sáng ở đom đóm là nhờ một loại phản ứng hóa học gọi là biolumiescence (ánh sáng sinh học). Tiến trình này xảy ra trong cơ quan phát sáng chuyên biệt, thường nằm ở dưới bụng đom đóm. Enzym luciferase hoạt động trên luceferin, với sự có mặt của các ion Magie, ATP, và Oxi để tạo ánh sáng.

Cơ quan phát sáng cấu tạo từ vài lớp tế bào nhỏ phản xạ ánh sáng và một lớp tế bào phát sáng. Tế bào phát sáng được điều khiển bởi thần kinh và các ống khí; ôxy được cung cấp bởi các ống khí chuyển hóa luciferin của tế bào phát sáng thành oxyluciferin. Quá trình ôxy hóa này được xúc tác bởi enzym luciferaseđã giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng. Côn trùng kiểm soát việc phát sáng bằng cách điều hòa lượng không khí cung cấp cho tế bào.

Tất cả các loại đom đóm đều phát sáng từ thời kỳ ấu trùng. Biolumiescence dùng cho một chức năng riêng biệt trong ấu trùng đom đóm hơn là cho những con trưởng thành. Nó xuất hiện như một tín hiệu cảnh báo tới những loài ăn thịt, từ những chất hóa học tổng hợp trong ấu trùng đom đóm, chúng trở nên khó chịu và độc.

Các gene mã hóa cho những chất này được chèn vào trong nhiều các cơ quan riêng biệt. Luciferase đom đóm thường ở trong forensics (chất độc chết người), và enzym có những ứng dụng y học - đặc biệt để dò tìm các phản ứng của ATP hay Magie. Những họa sĩ thời kỳ Phục Hưng đã dùng một loại bột của đom đóm đã sấy khô để tạo ra một hỗn hợp cảm quang.

Về cơ bản, cơ chế phát sáng này có xuất hiện ở những loài vật khác như sứa biển và các nhà khoa học nhận định rằng, hầu như tất cả sinh vật sống đều có thể phát ra một luồng ánh sáng cực kỳ yếu ớt, thậm chí cả con người cũng có khả năng này. Đây là kết quả của các phản ứng sinh hóa.

Điểm khác biệt nhất là bóng đèn điện tỏa rất nhiều nhiệt trong quá trình phát quang. Còn ánh sáng do đom đóm phát ra là ánh sáng lạnh do phần năng lượng tiêu hao dưới dạng nhiệt trong quá trình phát quang của đom đóm không lớn. Dĩ nhiên điều này rất quan trọng đối với đom đóm vì nếu tế bào phát quang ở đom đóm sinh nhiệt nhiều như ở đèn điện, đom đóm hẳn sẽ không sống nổi sau một lần phát sáng.

Đom đóm có thể kiểm soát sự bắt đầu và kết thúc của phản ứng hóa học này. Nó bắt đầu hay ngưng phát sáng bằng cách thêm hay bớt lượng oxy cho phản ứng hóa học trên.

Science World Report dẫn phát hiện đăng trên tạp chí Physical Review Letters cho hay, các nhà khoa học sử dụng kỹ thuật chụp vi cắt lớp tương phản và kính hiển vi tia X đã khám phá ra rằng đom đóm làm lệch hướng oxy dùng cho các chức năng khác của tế bào, lôi kéo khí oxy vào phản ứng phá vỡ luciferin. Trong thời gian này, mức tiêu thụ oxy trong tế bào giảm xuống, quá trình sản xuất năng lượng chậm lại.

Các loài côn trùng vốn không có phổi, chúng lấy oxy từ bên ngoài vào thông qua một chuỗi các ống nhỏ nối tiếp nhau gọi là các ống khí (tracheoles). Cho đến nay người ta vẫn chưa hiểu được làm cách nào đom đóm có thể nhấp nháy ở tần số cao như chúng ta thấy trong khi các cơ kiểm soát lượng oxy vào với tốc độ tương đối chậm.

Lý giải được chấp nhận nhiều nhất hiện nay là khí NO đóng vai trò quan trọng trong việc điều phối ánh sáng. Khi đèn đom đóm tắt là lúc NO không được sản xuất ra. Trong trường hợp này, lượng oxy đi vào tế bào sáng đã được gắn vào bề mặt ti thể- một bào quan chịu trách nhiệm sản xuất năng lượng cho tế bào, vì vậy không có oxy cho phản ứng phát quang.

Sự hiện diện của NO trong tế bào sáng cho phép oxy tham gia vào phản ứng phát quang nhờ việc NO đã gắn vào ti thể thay cho oxy. NO vốn bị phân hủy rất nhanh nên khi NO không được sản xuất ra nữa, oxy sẽ lại bị ti thể bắt giữ và không có oxy cho phản ứng phát quang nữa.