Como os vaga-lumes produzem luz?

O crepúsculo bruxuleante de vagalumes confirma que o verão chegou. Quando criança, você pode ter capturado os chamados relâmpagos em suas mãos em concha e espiado por entre os dedos para vê-los brilhar, imaginando como aqueles vaga-lumes fascinantes produzir luz.

Vagalumes crie luz de maneira semelhante à maneira como um glowstick funciona. A luz resulta de uma reação química ou quimioluminescência. Quando uma reação química produtora de luz ocorre dentro de um organismo vivo, os cientistas chamam essa propriedade de bioluminescência. A maioria organismos bioluminescentes vivem em ambientes marinhos, mas os vaga-lumes estão entre as criaturas terrestres capazes de produzir luz.

Se você observar atentamente um vaga-lume de adulto, verá que os dois ou três últimos segmentos abdominais parecem diferentes dos outros. Esses segmentos compreendem o órgão produtor de luz, uma estrutura eficiente que produz luz sem perder energia térmica. Se você já tocou em uma lâmpada incandescente depois de alguns minutos, sabe que está quente. Se o órgão luminoso do vaga-lume emitisse calor comparável, o inseto encontraria um fim crocante.

Nos vaga-lumes, a reação química que os faz brilhar depende de uma enzima chamada luciferase. Não se deixe enganar pelo nome; essa enzima não é obra do diabo. Lúcifer vem do latim lucis, significando luz, e ferre, o que significa levar. Luciferase é literalmente, então, a enzima que traz luz.

A bioluminescência do vaga-lume exige a presença de cálcio, trifosfato de adenosina, o luciferano químico e a enzima luciferase no órgão da luz. Quando o oxigênio é introduzido nessa combinação de ingredientes químicos, ele desencadeia uma reação que produz luz.

Os cientistas descobriram recentemente que o óxido nítrico desempenha um papel fundamental ao permitir que o oxigênio entre no órgão leve do vaga-lume e inicie a reação. Na ausência de óxido nítrico, as moléculas de oxigênio se ligam às mitocôndrias na superfície das células do órgão leve e não podem entrar no órgão para desencadear a reação. Portanto, nenhuma luz pode ser produzida. Quando presente, o óxido nítrico se liga às mitocôndrias, permitindo que o oxigênio entre no órgão, combina com os outros produtos químicos e gera luz.

Além de serem marcadores de espécies para atração de parceiros, a bioluminescência também é um sinal para os predadores dos vaga-lumes, como os morcegos, de que eles terão um sabor amargo. Em um estudo publicado na edição de agosto de 2018 da revista Avanços científicos, os pesquisadores descobriram que os morcegos comiam menos vaga-lumes quando os vaga-lumes estavam brilhando.

Os vaga-lumes produtores de luz piscam em um padrão e cor únicos para suas espécies, e esses padrões de flash podem ser usados ​​para identificá-los. Aprender a reconhecer as espécies de vaga-lume em sua área requer conhecimento do tamanho, número e ritmo de seus flashes, o intervalo de tempo entre os flashes, a cor da luz que produzem, seus padrões de vôo preferidos e a hora da noite em que normalmente piscam.

A taxa do padrão de flash de um vaga-lume é controlada pela liberação de ATP durante a reação química. A cor (ou frequência) da luz produzida é provavelmente influenciada pela pH. A taxa de flash de um vaga-lume também varia com a temperatura. Temperaturas mais baixas resultam em taxas de flash mais lentas.

Mesmo se você é versado nos padrões de flash para vaga-lumes em sua área, precisa estar atento a possíveis imitadores que tentam enganar seus colegas vaga-lumes. As fêmeas Firefly são conhecidas por sua capacidade de imitar os padrões de flash de outras espécies, um truque que eles empregam para atrair homens inocentes para mais perto, para que eles possam marcar uma refeição fácil. Para não ficar atrás, alguns vaga-lumes masculinos também podem copiar os padrões de flash de outras espécies.

A luciferase é uma enzima valiosa para pesquisa biomédica, particularmente como marcador da expressão gênica. Os pesquisadores podem literalmente ver um gene em ação ou a presença de uma bactéria quando a luciferase é marcada. A luciferase tem sido amplamente usada para ajudar a identificar a contaminação de alimentos por bactérias.

Devido ao seu valor como ferramenta de pesquisa, a luciferase está em alta demanda por laboratórios e a colheita comercial de vaga-lumes vivos afetou negativamente as populações de vaga-lumes em algumas áreas. No entanto, os cientistas clonaram com sucesso o gene da luciferase de uma espécie de vaga-lume, Photinus pyralis, em 1985, permitindo a produção em larga escala de luciferase sintética.

Infelizmente, algumas empresas químicas ainda extraem luciferase de vaga-lume, em vez de produzir e vender a versão sintética. Isso efetivamente colocou uma recompensa nas cabeças dos vaga-lumes em algumas regiões, onde as pessoas são incentivadas a colecioná-las aos milhares durante o auge de suas vidas. estação de acasalamento de verão.

Em um único condado do Tennessee em 2008, as pessoas ansiosas por lucrar com a demanda de uma empresa por vaga-lumes capturaram e congelaram aproximadamente 40.000 homens. A modelagem computacional de uma equipe de pesquisa sugere que esse nível de colheita pode ser insustentável para uma população de vaga-lume. Com a disponibilidade da luciferase sintética hoje em dia, essas colheitas de vaga-lumes com fins lucrativos são totalmente desnecessárias.

• Capinera, John L. Enciclopédia de Entomologia. Springer, 2008.
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• “Como e por que os vaga-lumes acendem?” Americano científico, 5 de setembro 2005.
• “Vaga-lume acendem para atrair companheiros, mas também para impedir predadores.” Associação Americana para o Avanço da Ciência, 21 de agosto 2018.
• _{Lee, John. "Bioluminescência básica. "Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular, Universidade da Geórgia.}
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