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Wann leuchten Glühwürmchen in ihrem Leben?

Wann leuchten Glühwürmchen in ihrem Leben?


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Leuchtet ein Glühwürmchen nur im ausgewachsenen Zustand oder als Larve? Oder leuchtet es während seines ganzen Lebens. Mit glühen meine ich, dass sie nur dann leuchten, wenn sie es brauchen, nicht die ganze Zeit.

Gibt es einen Grund (evolutionäre Argumentation), warum sie leuchten? Auch, wenn die Antwort die ganze Zeit ist, warum, oder wenn die Antwort eine bestimmte Lebensphase ist, warum dann?


Glühwürmchen "leuchten" im Larven- und Erwachsenenstadium, aber aus sehr unterschiedlichen Gründen. Es wird vermutet, dass sich das leuchtende Verhalten zuerst bei Larven entwickelt hat, um Raubtiere abzuschrecken (Branham und Wenzel (2003)). Dies ist ein Beispiel für eine aposematische Warnung, das durch leuchtende Farben, Gerüche, Geräusche oder in diesem Fall Licht den Raubtieren mitteilt, dass sie als Beute unerwünscht sind. Manchmal verwendet ein Beutetier eine aposematische Warnung, um Raubtieren mitzuteilen, dass sie giftig sind, oder um einfach eine giftige Beute nachzuahmen. Im Fall von Glühwürmchenlarven schmecken sie Raubtieren wegen einer Steroidverbindung in ihrem Körper nicht gut (Branham (2005)).

Erwachsene leuchten ebenfalls, tun dies jedoch in einem synchronisierten Muster von Blitzen, um mit Partnern zu kommunizieren (Carlson und Copeland (1985)). Partner werden ihr Blinken mit physiologischen Schwankungen zeitlich festlegen und sogar direkt auf das Blinkmuster einer anderen Person mit entsprechenden Verzögerungen und Reaktionszeiten reagieren.

Um Ihre erste Frage zu beantworten, Glühwürmchen leuchten nicht ständig, sondern leuchten nachts als Larven, um Raubtiere abzuschrecken, und während der aktiven Paarung als Erwachsene.

Ihre zweite Frage kann zu einer langatmigen Erklärung dafür führen, wie sich bestimmte Merkmale als Reaktion auf einen Druck entwickeln, aber um es zu vereinfachen, ist es wahrscheinlich, dass Glühwürmchen sich glühend entwickelt haben, weil sie den Prädationsdruck verringert haben. Diese Fähigkeit entwickelte sich dann weiter, um die Qualität der Partner effizienter zu kommunizieren als Phermonsignale.


Wann leuchten Glühwürmchen in ihrem Leben? - Biologie

Wissenschaftlicher Name: Photuris pennsylvanicus
Gemeinsamen Namen: Pennsylvania Firefly

(Die Informationen auf dieser Artenseite wurden teilweise von Frau Megan McAuley für eine Aufgabe in Biologie 220W (Frühlingssemester 2007) zusammengetragen).

Das Pennsylvania-Glühwürmchen (Photuris pennsylvanicus) (auch &ldquoLightning Bug&rdquo genannt) ist ein beliebtes Merkmal an warmen Sommerabenden in Pennsylvania. Seine pulsierenden Punkte aus gelbem und grünem Licht lassen die dunklen Wälder, Felder und Gärten mit Bewegung und Möglichkeiten lebendig werden. Das Glühwürmchen wurde 1974 zum Staatsinsekt von Pennsylvania ernannt.

Klassifizierung und Aussehen
Das &ldquofirefly&rdquo ist jedoch nicht wirklich eine Fliege. Es ist ein Käfer aus der Familie der Lampyridae, der zusammen mit mehreren hundert anderen eng verwandten &ldquofirefly&rdquo-Arten die bemerkenswerte Fähigkeit besitzt, in allen seinen Lebensstadien biologisch Licht zu erzeugen. Der erwachsene Käfer, die den Menschen am besten bekannte Form, ist ½ bis ¾ Zoll lang, mit einem abgeflachten Körper, der überwiegend schwarz mit gelben Reflexen und markanten roten Flecken auf der Rückseite seines Brustkorbs ist. Es hat große Augen und lange Fühler und fliegt sanft und schwebend. Die lichterzeugenden Teile dieser Erwachsenen befinden sich in den Endsegmenten ihres Abdomens. Das erwachsene Glühwürmchen hat lange, gebogene Mandibeln, die auf einen räuberischen Lebensstil hindeuten, aber nur wenige Arten verbrauchen tatsächlich etwas anderes als Blütennektar oder Pollen. Die weniger bekannten Larven des Glühwürmchens, "Glühwürmer" genannt, leben in Laubstreu und sind gefräßige Raubtiere. Sie fressen andere Insekten, Milben, Regenwürmer und sogar Schnecken.

Licht für die Kommunikation nutzen
Die Lichter der Glühwürmchen repräsentieren Kommunikationsmechanismen. Die überwiegend sitzenden weiblichen Glühwürmchen sitzen auf der Vegetation in ihrem Lebensraum und erzeugen eine artspezifische Abfolge von Lichtblitzen, die die viel beweglicheren Männchen anlocken. Die Männchen reagieren mit einer antwortenden Lichtsequenz und richten sich auf die Weibchen, um sich zu paaren. Es wurde gezeigt, dass einige Glühwürmchenarten die Lichtsequenzen anderer Arten nachahmen, um ahnungslose Männchen zu wartenden, räuberischen Weibchen zu ziehen. Diese Weibchen gewinnen nicht nur Energie durch den Verzehr der Männchen dieser anderen Arten, sondern können auch Chemikalien von ihrer Beute ansammeln, die sie vor ihren eigenen Raubtieren schützen. Dieses Verhalten wird &ldquoaggressive Mimikry genannt.&rdquo

Reproduktion
Nach der Paarung im Spätsommer legen die Weibchen ihre Eier einzeln auf die Oberflächen von Holz- oder Laubresten. Die Eier schlüpfen in wenigen Wochen und die schlüpfenden Larven gelangen in den Lebensraum Boden/Einstreu, wo sie sich aktiv von einer Vielzahl von Wirbellosen ernähren. Im Spätherbst graben sich die Larven in den Boden oder unter die Rinde verholzter Stängel ein, wo sie überwintern. Im Frühjahr tauchen sie wieder auf und ernähren sich weiterhin aktiv von ihren vielfältigen Beutearten. Nach einigen Wochen dringen sie wieder in den Boden ein und verpuppen sich. Sie schlüpfen dann im Früh- bis Hochsommer als erwachsene Glühwürmchen aus ihren Puppenkammern.

Lichtproduktion
Der Mechanismus der Lichtproduktion in Glühwürmchen wird durch das Enzym &ldquoluciferase&rdquo vermittelt. Hochenergetische Phosphate aus Nahrungsmolekülen werden über Luciferase an die direkte Produktion von Lichtphotonen gekoppelt. Diese Kupplung ist extrem effizient (90%+) und erzeugt fast keine Abfallenergie (Wärme). Die Gene, die diese Lichterzeugung regulieren, wurden in der Krebsforschung verwendet, um metallisierende Krebszellen zu markieren und zu verfolgen.

Es gibt viele Berichte über eine rückläufige Zahl von Glühwürmchen in ganz Nordamerika. Der weit verbreitete Einsatz von Pestiziden und Herbiziden, der Verlust des von Larvenstadien benötigten Lebensraums für Laubstreu, insbesondere in Vorstädten, und Dürre wurden als Faktoren für den Rückgang des Glühwürmchens vorgeschlagen. Wir hoffen, dass dieser Rückgang rückgängig gemacht werden kann, damit wir alle weiterhin das Vergnügen haben, diese einzigartigen und wunderbaren Organismen zu beobachten.

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Die Wissenschaft hinter Glühwürmchen

An warmen Sommernächten im Garten herumzulaufen, um Glühwürmchen zu fangen, ist ein lustiger Zeitvertreib. Diese Insekten, auch Blitzwanzen genannt, können die Nacht mit ihrem magischen Leuchten erhellen. Aber was lässt sie eigentlich blinken? Lesen Sie weiter, um mehr über die Wissenschaft hinter diesem schillernden Sommerkäfer zu erfahren. Sie könnten „erleuchtet“ sein!

Glühwürmchen sind überhaupt keine Fliegen!

Sie sind eigentlich Käfer. Glühwürmchen sind nachtaktive Mitglieder der Lampyridae Familie. Der Name leitet sich vom griechischen „lampein“ ab, was „leuchten“ bedeutet. Oh die Ironie! Einige Glühwürmchen sind tagaktiv, aber sie leuchten normalerweise nicht. Die meisten Glühwürmchen sind geflügelt, was sie von anderen leuchtenden Insekten derselben Familie unterscheidet, die oft als Glühwürmchen bezeichnet werden. Der Name „Glühwürmchen“ kann auf viele verschiedene Arten hinweisen, einschließlich Glühwürmchen.

Glühwürmchen sind Effizienz-Superstars.

Glühwürmchen haben Lichtorgane, die sich unter ihrem Bauch befinden. Obwohl mehr als 2.000 Arten den Namen Glühwürmchen tragen, leuchten nicht alle Glühwürmchen. Diejenigen, die Sauerstoff mit einem Pigment namens Luciferin mischen, um Licht mit sehr geringer Wärme zu erzeugen. Das Enzym Luciferase wirkt auf das Luciferin in Gegenwart von Magnesiumionen, einer Chemikalie namens Adenosintriphosphat (ATP) und Sauerstoff, um Licht zu erzeugen. Das Licht, das manche Glühwürmchen erzeugen, ist äußerst effizient. Tatsächlich ist es das effizienteste Licht der Welt! Fast 100 % der Energie der chemischen Reaktion wird zu Licht. Das Licht, das Glühwürmchen erzeugen, kann grün, gelb oder orange sein.

Gelegentlich setzen Glühwürmchen ihr effizientes Licht in auffälligen Displays ein. Einige Glühwürmchen, am bekanntesten in Südostasien, synchronisieren ihre Blitze. In den USA tritt dieses Phänomen in den ersten Juniwochen in den Great Smokey Mountains in Tennessee auf.

Glühwürmchenblitze können so romantisch sein wie ein Dutzend Rosen ... manchmal.

Glühwürmchen blitzen in Mustern auf, die für jede Art einzigartig sind. Jedes Blinkmuster wird verwendet, um ihnen zu helfen, potenzielle Partner zu finden. Männliche Glühwürmchen fliegen typischerweise auf der Suche nach einem Weibchen durch die Luft, indem sie ein artspezifisches Blinkmuster aussenden. Manche Glühwürmchen blinken nur einmal, andere bis zu neunmal. Die Weibchen sitzen auf dem Boden und warten, bis sie ein beeindruckendes Lichtspiel sehen. Sie zeigen ihr Interesse, indem sie mit einem einzigen Blitz reagieren, der zeitlich so eingestellt ist, dass er den charakteristischen Blitzen der Männchen auf artspezifische Weise folgt.

Weniger romantisch, weibliche Glühwürmchen in der Gattung Photuris ahme das Aufblitzen von Weibchen in der Gattung nach Photinus anziehend Photinus Männchen, die sie zum Fressen anlocken. nicht nur die Photuris Weibchen bekommen Nahrung, sie nehmen auch Chemikalien aus dem Photinus Männchen, die sie für Raubtiere geschmacklos machen.

Glühwürmchen nutzen ihr Licht, um Raubtiere abzuwehren.

Apropos Raubtiere: Glühwürmchenblut enthält ein defensives Steroid namens Lucibufagine, das sie für potenzielle Jäger unappetitlich macht. Sobald Raubtiere einen Biss bekommen, assoziieren sie den unangenehmen Geschmack mit Glühwürmchenlicht und vermeiden es in Zukunft, die Blitzwanzen anzugreifen.

Einige Glühwürmchen fressen andere Arten von Glühwürmchen.

Die Larven der meisten Glühwürmchen sind räuberische, nützliche Insekten, die sich von Schnecken, Nacktschnecken und Würmern ernähren. Wenn sie erwachsen werden, können Glühwürmchen Pollen, Nektar oder gar nichts essen! Die wenigen Arten, die bis ins Erwachsenenalter fleischfressend bleiben, fressen andere Arten von Glühwürmchen. Sprechen Sie über eine seltsame Diät!

Der Mensch trägt zum Rückgang der Glühwürmchen bei.

Wenn Sie diesen Sommer nicht mehr so ​​viele Glühwürmchen sehen wie in der Vergangenheit, liegt dies daran, dass diese Blitzkäfer auf dem Rückzug sind. Lichtverschmutzung, die Entwicklung der Lebensräume der Glühwürmchen und die Ernte führen zu einem Rückgang der Anzahl der Glühwürmchen. Wenn ihr Lebensraum überholt wird, ziehen Glühwürmchen nicht um. Stattdessen verschwinden sie einfach.

Wenn Sie an einem Ort leben, an dem Glühwürmchen häufig vorkommen, achten Sie auf die hier besprochenen Muster und Gewohnheiten. Wenn Sie Glühwürmchen fangen möchten, bewahren Sie sie auf, indem Sie ein nasses Papiertuch auf den Boden eines Glasgefäßes legen. Löcher in den Deckel des Glases stechen, damit die Glühwürmchen atmen können. Vergiss nicht, sie nach ein oder zwei Tagen freizugeben!

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Glühwürmchen fressen andere Glühwürmchen.

Glühwürmchen sind in erster Linie Fleischfresser. Larven fressen normalerweise Schnecken und Würmer.
Einige Arten von Glühwürmchen ernähren sich von anderen Glühwürmchen – am bemerkenswertesten ist die
Gattung fotoris, das weibliche Blitze nachahmt photinus,
eine eng verwandte Art, um die Männchen von anzulocken und zu verschlingen
diese Spezies. Aber erwachsene Glühwürmchen wurden fast nie beim Fressen gesehen
bei anderen Insektenarten. Wissenschaftler sind sich nicht sicher, was sie essen. Sie können
ernähren sich von Pflanzenpollen und Nektar, oder sie fressen nichts.


SIE GLÜHEN, JUNGE

Glühwürmchen verwenden ihr Licht meistens, um mit anderen Glühwürmchen zu „sprechen“ und einen Partner zu finden. Sie haben spezielle Organe unter ihrem Bauch, die Sauerstoff aufnehmen. In speziellen Zellen kombinieren sie den Sauerstoff mit einer Substanz namens Luciferin, um fast ohne Wärme Licht zu erzeugen. Sie verwenden dieses Licht, Biolumineszenz genannt, um die Enden ihres Bauches zu beleuchten.

Jede Glühwürmchenart hat ihr eigenes einzigartiges Blinkmuster. Wenn ein männliches Glühwürmchen mit einem weiblichen Glühwürmchen kommunizieren möchte, fliegt es in Bodennähe, während es alle sechs Sekunden mit seinem Licht blinkt. Sobald es sich in Bodennähe befindet, kann ein Weibchen leichter erkennen, ob es zu derselben Spezies gehört wie sie. (Die meisten weiblichen Glühwürmchen können nicht fliegen.) Sie beantwortet seine Blitze, indem sie ihre Lichter einschaltet. Dann findet das Männchen sie.

Raubtiere wie Vögel oder Kröten erhalten von diesen Lichtern eine andere Botschaft. Obwohl sie Glühwürmchen leicht an ihrem Leuchten erkennen können, fressen sie sie selten. Das liegt daran, dass Glühwürmchen Tropfen von giftigem, übel schmeckendem Blut freisetzen. Ihr Blinken ist ein Warnlicht für Raubtiere, sich fernzuhalten.


Wie Glühwürmchen ihren Körper erleuchten

Der geheime Trick, mit dem Glühwürmchen alles zum Leuchten bringen können, beginnt in ihrem Unterleib. Glühwürmchen enthalten in ihrem Unterleib eine spezielle lichtemittierende Verbindung namens Luciferin. Wenn Luciferin und ein bestimmtes Enzym, Luciferase, mit Sauerstoff reagieren, kommt es zu einer chemischen Reaktion. Diese Reaktion setzt Energie in Form von Licht frei, wodurch der Körper des Glühwürmchens erhellt wird. Die Wellenlänge des von Glühwürmchen emittierten Lichts liegt im Bereich von 510-670 Nanometern (blassgelb bis rötlich-grün).

Glühwürmchen (Credits: Tyler Fox/Shutterstock)

Das von einem Glühwürmchen erzeugte Licht wird als „kaltes Licht&rdquo bezeichnet, da die erzeugte Wärme sehr gering ist. Das ist gut für das Glühwürmchen, denn sein Körper könnte nicht überleben, wenn es Wärme wie eine Glühbirne erzeugt. Der Prozess, durch den Glühwürmchen ihren Körper erleuchten, wird genannt Biolumineszenz. Ein Glühwürmchen ist nicht das einzige Lebewesen, das über diese Fähigkeit verfügt, jedoch können auch viele andere Organismen, hauptsächlich Meeres- und Meeresorganismen, ihr eigenes Licht erzeugen.


Das Enzym, das den Regenbogen von farbigen Lichtern anmacht, die in verschiedenen Glühwürmchenarten vorkommen, wird Luciferase genannt. Sara Lewis, Autorin des wunderschönen neuen Buches Silent Sparks: Die wundersame Welt der Glühwürmchen, sagt, was zuerst auf den Schalter gedrückt wurde, war wirklich eine Panne.

Das Glühwürmchen-Gen, das für Luciferase kodiert, ist einem gewöhnlichen fettsäurebildenden Gen sehr ähnlich, sagt Lewis. Es ist wahrscheinlich, dass ein Duplikat dieses Gens eine Mutation erworben hat, die dazu führte, dass es bei einem entfernten Glühwürmchen-Vorfahren ein winziges bisschen Licht erzeugte. (Verwandt: Wie leuchten Glühwürmchen? Rätsel nach 60 Jahren gelöst).

Über Äonen hinweg entwickelten sich hohe Konzentrationen dieser lichterzeugenden Chemie zusammen mit spezialisiertem Gewebe, um ein ganz neues „Lichtorgan“ zu schaffen, sagt Lewis – die Glühwürmchen-Laterne.


Biolumineszierende Käfer

Glühwürmchen produzieren Licht in speziellen Organen in ihrem Unterleib, indem sie eine Chemikalie namens Luciferin, Enzyme namens Luciferasen, Sauerstoff und den Treibstoff für die Zellarbeit, ATP, kombinieren. Entomologen glauben, dass sie ihr Blitzen kontrollieren, indem sie regulieren, wie viel Sauerstoff in ihre lichterzeugenden Organe gelangt.

Glühwürmchen haben wahrscheinlich ursprünglich die Fähigkeit zum Leuchten entwickelt, um Raubtiere abzuwehren, aber jetzt nutzen sie diese Fähigkeit hauptsächlich, um Partner zu finden. Interessanterweise produzieren nicht alle Glühwürmchen Licht. Es gibt mehrere Arten, die am Tag fliegen und anscheinend auf die Gerüche von Pheromonen angewiesen sind, um sich zu finden.

Jede Glühwürmchenart hat ihr eigenes Signalsystem. Bei den meisten nordamerikanischen Arten fliegen die Männchen in der richtigen Höhe, im richtigen Lebensraum und zur richtigen Nachtzeit für ihre Art herum und geben ein für ihre Art einzigartiges Signal ab. Die Weibchen sitzen auf dem Boden oder in der Vegetation und halten Ausschau nach Männchen. Wenn ein Weibchen sieht, wie ein Weibchen das Signal seiner Art macht – und es gut macht –, blitzt es mit einem eigenen artgerechten Blitz zurück. Dann signalisieren die beiden wechselseitig, wie das Männchen zu ihr herabfliegt. Wenn alles gut geht, paaren sie sich.

Ein gutes Beispiel ist Photinus pyralis, eine gemeinsame Hinterhofart, die oft als Big Dipper bezeichnet wird. Ein Männchen fliegt in der Abenddämmerung etwa 3 Fuß über dem Boden. Etwa alle fünf Sekunden macht er einen einsekündigen Blitz, während er in Form eines „J“ fliegt. Das Weibchen Photinus pyralis sitzt in niedriger Vegetation. Wenn sie einen Gefährten sieht, den sie mag, wartet sie zwei Sekunden, bevor sie in der dritten Sekunde selbst eine halbe Sekunde aufblitzt.

Einige Arten können viele Stunden pro Nacht „rufen“, während andere in der Abenddämmerung nur etwa 20 Minuten lang blinken. Die Lichtkommunikation von Glühwürmchen kann viel komplizierter werden. Einige Arten haben mehrere Signalsysteme, und einige könnten ihre Lichtorgane für andere Zwecke verwenden.

Einige Glühwürmchen aus Tennessee zeigen eine synchronisierte Show.

Während die meisten männlichen Glühwürmchen ihr eigenes Ding machen und unabhängig von anderen Männchen derselben Art blinken, gibt es solche, die ihre Blitze synchronisieren, wenn viele andere in der Nähe sind. In Nordamerika sind die zwei bekanntesten Arten, die dies tun, die Photinus carolinus der Appalachen, einschließlich des Great Smoky Mountains National Park, und der Photuris frontalis die Orte wie den Congaree National Park in South Carolina zum Leuchten bringen.

Bei beiden Arten glauben Wissenschaftler, dass sich die Männchen synchronisieren, sodass jeder die Möglichkeit hat, nach Weibchen zu suchen und nach Weibchen, um Männchen zu signalisieren. Diese Vorführungen sind spektakulär, und der Andrang der Leute, die sie an den berühmtesten Orten sehen wollten, hat es notwendig gemacht, eine Lotterie um die Erlaubnis zu veranstalten, sie zu sehen. Beide Arten kommen jedoch in weiten geografischen Gebieten vor, und es könnte möglich sein, sie an anderen, weniger überfüllten Orten zu sehen.


Äpfel, Orangen und Glühwürmchen

Die konventionelle Erklärung, wie ein Glühwürmchen seine Rückseite in ein biolumineszierendes Leuchtfeuer verwandelt, hat Branchini und andere Chemiker schon immer beunruhigt. Für den Anfang sollte es nicht funktionieren.

Insbesondere zwei der oben genannten Inhaltsstoffe – Sauerstoff und Luciferin – reagieren wahrscheinlich nicht so aufeinander, wie sie es brauchen würden, um Licht zu erzeugen.

Es wird schnell kompliziert zu verstehen, warum dies so ist, aber eine einfache Erklärung ist, dass Äpfel dazu neigen, nur mit Äpfeln chemische Reaktionen auszulösen, während Orangen dazu neigen, nur mit Orangen chemische Reaktionen hervorzurufen. Mit anderen Worten, Sauerstoff und Luciferin sind wie Äpfel und Orangen.

Branchinis Experimente zeigten, dass der Sauerstoff, der am Glühen des Glühwürmchens beteiligt ist, in einer speziellen Form vorliegt, die als Superoxidanion bezeichnet wird.

"Superoxidanion ist eine Form von molekularem Sauerstoff, die ein zusätzliches Elektron enthält", sagt Branchini. (Video ansehen: "Die Wissenschaft des Sommers.")

Dieses zusätzliche Elektron verleiht den Sauerstoffeigenschaften sowohl eines metaphorischen Apfels als auch einer metaphorischen Orange. Dies bedeutet, dass das Molekül tatsächlich in der Lage wäre, eine chemische Reaktion mit dem Luciferin auszulösen, wie die Wissenschaftler vermutet haben.

Er fügt hinzu, dass diese Superoxid-Anionen die Art und Weise sein könnten, wie Biolumineszenz in der Natur funktioniert, vom Plankton bis zum Tiefseefisch.


Verstehen, wie Glühwürmchen ihr Leuchten entwickelt haben

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Bei der spektakulären Vielfalt des Lebens ist es leicht, einige seiner barockeren Merkmale zu betrachten und sich zu fragen, "wie könnte sich das entwickelt haben?" Betrachtet man jedoch die eigentlichen molekularen Details, gibt es oft recht banale Antworten auf diese Frage.

Eines der neuesten wurde in einem Papier bereitgestellt, das Anfang dieser Woche von . veröffentlicht wurde PNAS, die untersucht, warum Glühwürmchen leuchten können. Es stellt sich heraus, dass das Protein, das die Käfer beleuchtet, Luciferase, eng mit einem Protein verwandt ist, das normalerweise am grundlegenden Fettstoffwechsel beteiligt ist. In der neuen Veröffentlichung zeigen Forscher, dass das Enzym, das zur Fettherstellung verwendet wird, mit der richtigen Chemikalie auch die Zellen einer Fruchtfliege zum Leuchten bringen kann. Leider wird versucht, die Chemikalie zu füttern Drosophila gelang es nicht, sie biolumineszierend zu machen.

Proteine ​​bestehen aus einer langen Kette von Untereinheiten, den sogenannten Aminosäuren. Jede Position in der Kette kann von einer von 20 verschiedenen Aminosäuren besetzt werden. Die genaue Reihenfolge, in der sie erscheinen, bestimmt die Struktur und Funktion des Proteins. Wenn zwei Proteine ​​durch gemeinsame Abstammung verwandt sind (d. h., beide stammen von demselben Vorfahrenprotein ab), sind die Sequenzen der Aminosäuren ähnlich – eine Ähnlichkeit, die mit der DNA geteilt wird, die die Proteine ​​kodiert.

Nachdem die Forscher das Gen für das Glühwürmchen-Protein geklont hatten, das die Glühreaktion katalysiert, konnten sie feststellen, ob es Verwandte im Genom von Insekten hatte. Und es überrascht nicht, dass sie es tat: Fettsäure-CoA-Synthetase. Hierbei handelt es sich um ein Enzym, das eine Schlüsselrolle im Fettstoffwechsel spielt und einen Vermittler bildet, der es den Zellen ermöglicht, mehr Kohlenstoff an wachsende Fettsäureketten hinzuzufügen. Das Glühwürmchen-Protein, Luciferase genannt, katalysiert eine sehr ähnliche Reaktion, arbeitet jedoch mit einer speziellen Chemikalie, die viel Licht erzeugt.

Wir wissen also, dass Luciferase nicht auf magische Weise entstanden ist. Aber wenn Sie Fettacyl-CoA-Synthetase mit der speziellen Chemikalie hinzufügen, die Glühwürmchen zum Leuchten bringt, passiert nichts. Dies warf die Frage auf, wie die Fähigkeit, Licht zu erzeugen, überhaupt ausgewählt wurde, wenn es kein Licht gibt, es gibt nichts zu wählen.

Die Autoren des neuen Papiers von der University of Massachusetts Medical School argumentierten, dass der Prozess mit einer alltäglichen, nicht leuchtenden Fettacyl-CoA-Synthetase begonnen haben muss. Wenn das identisch war, bedeutete dies wahrscheinlich, dass das Leuchten von einer weniger spezialisierten Chemikalie stammte. Also begannen sie, Verwandte der Glühwürmchen-Chemikalie zu testen, indem sie die fettige Acyl-CoA-Synthetase aus der Fruchtfliege verwendeten Drosophila. Sie fanden schnell eine Chemikalie, die bei Verabreichung an Drosophila Zellen ein mattes, rotes Leuchten aussenden. Wenn sie menschliche Zellen mit der Fliegenversion der Fettacyl-CoA-Synthetase beladen, würde ihnen die gleiche Chemikalie ebenfalls zum Leuchten gebracht.

Leider war die einzige Sache, die fehlschlug, die Chemikalie an lebende Fliegen zu verfüttern. „Im Prinzip bedeutet das Vorhandensein einer latenten Luciferase in Fruchtfliegen, dass diese Insekten biolumineszierend werden könnten, wenn sie mit [unserer Chemikalie] CycLuc2 behandelt werden“, stellen die Autoren fest. "Allerdings konnten wir keine Biolumineszenz von Fruchtfliegen nachweisen, die mit Futter gefüttert wurden, das 100 μM CycLuc2 enthielt."

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein zufälliger Unfall – das Einbringen der richtigen Chemikalie in Zellen mit einem bestimmten Enzym – genug Licht für die Evolution lieferte, um danach zu selektieren. Und mit genügend Zeit spezialisierten sich sowohl die Chemikalie als auch das Enzym und erzeugten ein helleres, intensiveres Leuchten. Und wenn Sie jemals einen Nachthimmel voller Glühwürmchen gesehen haben, wissen Sie, dass dies ein ziemlich spektakulärer Endpunkt für ein Enzym ist, das mit der Fettproduktion begann.