Biyolüminesans: Işık Saçan Hayvanlar, Bunu Nasıl Yapıyorlar?

Doğa bundan daha fazla güzelleşebilir mi bilemiyoruz. Düşünün ki Ay'ın olmadığı bir gecede, Maldivler'de yürüyorsunuz. Dalgalar sahile yumuşak yumuşak vuruyor. Ancak bir farkla: bu dalgalar, tıpkı İstanbul'un gecesi gibi ışıl ışıl parlıyor. Bu parlak organizmalar ayaklarınıza dolanıyor. Dünya üzerinde görülmesi gereken müthiş olaylardan biri "biyolimünesan (biyo-ışıklandırma) serpintisi" olarak da bilinen ve biyolojik olarak kendi ışıklarını üretebilen planktonlardan oluşan bir sürünün karaya vurmasıdır.

Görseldeki fotoğraf Vaadhoo Adası'nda çekilmiştir. Ancak biyolüminesan canlılar Dünya'nın her tarafında bulunurlar. Burada görülenler muhtemelen tek hücreli protistalar ve kopepod olarak da bilinen deniz kabuklularıdır. İkisi de baskı altındayken ışık yayarlar. Fotoğrafçı Doug Perrine şunları söylüyor:

Arada sırada, bu ufak taneciklerden birkaç tanesi sudan fırlayarak kara üzerinde hareket ederler. Bazen hayalet yengeçleri bunları yakalayarak yuvalarına götürür.

Her ne kadar karaya bu kadar yakınken pek işe yaramasa da, normalde bu canlıların biyolüminesans özelliği, avcıları korkutarak kaçırabilmekte veya yüzme davranışlarını etkileyerek avlanmalarına engel olabilmektedir. Kimi türdeyse bu ışıklar, kendilerinin avcısı olan hayvanların avcılarını bölgeye çekmek için kullanılmaktadır.

Bu ışık, oldukça "şeytani" isimlere sahip olan iki kimyasal tarafından yaratılmaktadır: lusiferin adı verilen bir pigment ile lusiferaz adı verilen bir enzim. Lusiferin oksijen ile tepkimeye girer, lusiferaz ise bu tepkimeyi hızlandırır. Bu planktonlarla doğrudan akraba olmayan bazı diğer canlılar da, bu iki kimyasalı kullanarak ışık üretebilirler: örneğin ateşböcekleri, fener balıkları ve denizanaları.

Araştırmalar, evrimsel süreç içerisinde bu şekilde ışık üretebilme yetisinin birden fazla defa evrimleştiğini göstermektedir. Dolayısıyla büyük resme bakacak olursanız, o kadar da "sihirli" sayılmaz. Gelin biraz daha yakından bakalım:

Biyolüminesans Nedir?

Biyolüminesans kelime anlamı olarak canlı bir varlığın kimyasal yolla ışık üretmesidir. Biyolüminesans deniz omurgalı ve omurgasızlarında, bazı mantarlarda, kara omurgasızlarda ve bakterilerde görülebilir. Bu canlılardan özellikle deniz diplerinde yaşayan canlıların %90'ı biyolüminesans özelliğine sahiptir ve yaydıkları ışık genellikle yeşil ve mavi dalga boylarındadır. Deniz canlıları dışında pek görülmese de, karada yaşayan ve biyolüminesans yapan en bilindik canlı ateşböcekleridir. Yukarıdaki ana görselde, denizlerde görülen ve genelde dinoflagellalıların neden olduğu mavi ışıklar gösterilmektedir.

Biyolüminesans yapan canlılar lusiferin (pigment) ve lusiferaz (enzim) kimyasallarını üretir. Bu kimyasallardan lusiferin oksijenle tepkimeye girerek ışık üretirken lusiferaz da bu tepkimeyi hızlandırıcı bir görev üstlenir. Bu tepkime hücre içinde de dışında da gerçekleşebilir. Bakterilerde ise biyolüminesans lux operon denen bir operon tarafından kontrol edilir. Bu tepkime sonucu açığa çıkan ışığın %20'den azı termal radyasyona sebep olur. 

NASA

Son yapılan araştırmalara göre biyolüminesans evrimsel tarihte yaklaşık olarak 50 farklı soyda evrimleşmiştir. Bazı türler bu ışımayı av çekmek için kullanırken bazıları avcıyı şaşırtıp kaçmak için kullanmaktadır. Bazı türler ise bu ışımayı kamuflaj için kullanır. Belgesellerde ve fotoğraflarda gördüğümüzde hoşumuza giden bu ışımayı bakalım hangi canlı ne için kullanıyor. İşte onlardan birkaçı:

Cookiecutter Köpek Balıkları

Biyoluminesansı kamuflaj için kullanırlar, ama vucutlarının alt kısımları karanlık kalır tuna ve uskumru balıkları gibi yırtıcı balıklara küçük bir balıkmış gibi görünür. Küçük balık sandıkları ava gittiklarınde köpek balığı tarafından ısırılırlar. Aşağıda bu görülmektedir:

Ateşböcekleri

Çifleşme döneminde ateş böcekleri karınlarından periyodik olarak ışık yayarlar.

Aşağıda Photinus cinsi böceklerin ışık desenlerini göreceksiniz. Bu ışıklar, ateş böcekleri için büyük önem taşır, çünkü sadece dişileri üzerlerine çekmekle kalmaz, daha önemlisi ışık desenleri sayesinde spesifik olarak kendi türlerine ait dişileri üzerlerine çekmeye yarar. Ateşböcekleri bunu başarabilmek için ışık saçan canlılar arasında son derece yaygın olan lusiferaz-lusiferin tepkimesini kullanırlar. Magnezyum iyonları, ATP ve oksijenin bulunduğu ortamda lusiferin ile tepkimeye giren lusiferaz enzimi, ışık saçan bir reaksiyona sebep olur. Bunun başarılabilmesi, evrimsel süreçte bu tepkimenin seçilimi ile gerçekleşmiştir. Günümüzde bu mekanizmayı son derece iyi bir şekilde tanımaktayız ve ateş böceklerinden aldığımız genleri başka canlılara ekleyerek onların da ışık saçabilmesini sağlayabilmekteyiz.

Mürekkep Balıkları

Bazı mürekkep balıkları ve kabuklular biyoluminesanslı kimyasal karışımları mürekkep gibi yayarlar. Ve bu yolla mürekkep balığı ve kabuklu avcının aklını karıştırıp kaçabilir.

Bakteriler

Birçok bakteri türünde iletişim biyolüminesans üzerinde etkileyici rol oynar. Yüksek hücre yoğunluğunda küçük moleküller kullanılarak biyolüminesans genleri aktif edilebilir.

İnsanlar

Şaşırtıcı olabilecek olsa da, her canlı türü vücutlarında meydana gelen kimyasal tepkimelerden ötürü ışık yaymaktadır. Ancak yukarıda sayılan türler bu özelliği evrimsel açıdan geliştirip aktif olarak kullanmaya başlamışlardır. İnsan türü gibi bu özelliği aktif kullanmayanlarda ise biyolüminesans özel kameralar ya da diğer türlere ait hassas gözlerle tespit edilebilir. PLoS One dergisinde çıkan bir makalede insanların vücutlarından yayılan ışıklar tespit edilmiştir. Araştırmacılar, bu ışıklandırmanın insan gözünün algılayabileceği ışık şiddetinden 1000 kat az olduğunu, bu yüzden çıplak gözle ayırt edemeyeceğimizi belirtmektedirler.

Ayrıca insanlar diğer türlerdeki bu özelliği kendi çalışmalarında da kullanmaktadırlar. Lusiferaz enzimi genellikle genetik mühendisliğinde kullanılmaktadır. Ayrıca yine lüsiferaz enzimi biyoaydınlatıcı olan biyoteknolojik aletlerde kullanılır. Mühendisler tarafından önerilen kullanma alanlarından birisi ise çok yaratıcı, elektrik gerekmeden, parlayan ağaçlar tarafından otoyol aydınlatılması... Ayrıca biyolüminesans kullanılarak da elektrikten tasarruf edilebileceği düşünülüyor. 

Fakat her ışık yayan canlının da biyolüminesans yapıyor demek olmadığını eklemekte fayda var. Bazı mercanlar etraftan yayılan UV ışığı emerek, floresan ve ya başka dalga boyuna çevirerek yayarlar. Bu, biyolüminesans değildir.