La bioluminescenza

Scritto da Andrea Mucedola
Sarà capitato a tutti di osservare su una spiaggia o nuotando in immersione nelle ore notturne, il fenomeno della bioluminescenza. Ha qualcosa di magico con le sue strisce di luce che seguono ogni movimento dell’onda o di chiunque si muove nel volume di acqua. Non c’è da meravigliarsi se gli antichi vedevano in queste manifestazioni qualcosa di divino. Oggi sappiamo che è un fenomeno naturale.
Bioluminescenza Parliamo oggi della bioluminescenza, ovvero di quel fenomeno per cui alcuni organismi viventi emettono luce convertendo l’energia chimica di alcune cellule in energia luminosa. Sebbene sia legata soprattutto agli organismi marini, a volte tassonomicamente distanti tra loro riguarda anche alcuni organismi terrestri; ad esempio alcuni insetti come i coleotteri delle famiglie delle Lampyridae (comunemente note come lucciole) ed alcuni funghi (Omphalotus olearius, Gerronema viridilucens, appartenenti al genere Mycena).
Una curiosità: in oriente, nell’antichità, si usava catturare le lucciole e racchiuderle in contenitori di vetro (lanterne) per usarli come lampade da usarsi nelle ore notturne.
Il principio alla base della bioluminescenza è lo stesso di quello della chemiluminescenza, in cui alcune molecole, in uno stato elettronico eccitato, emettono energia sotto forma di radiazione luminosa (fotoni) tornando poi allo stato fondamentale. Studi biochimici hanno dimostrato che i meccanismi di emissione di luce da parte di organismi viventi sono molto diversi fra loro e quindi, con buona probabilità, tale proprietà si sviluppò in maniera indipendente nei vari gruppi biologici. È stato accertato che in molti organismi viventi, tra i quali la lucciola, la bioluminescenza implica l’azione di almeno due composti chimici: un substrato organico che emette la luce, chiamato luciferina, e un enzima catalizzatore chiamato luciferasi.
Nella maggior parte dei casi il fenomeno è appunto dovuto alla luciferina, che in presenza di ATP (adenosintrifosfato), magnesio e dell’enzima luciferasi, cede elettroni, i quali, passando ad un livello minore di energia, liberano energia sotto forma di luce. Nei batteri (Photobacterium) la bioluminescenza è associata al consumo di ossigeno e quindi avviene solo in condizioni di aerobiosi. Negli organismi marini gli organi produttori di luce prendono il nome di fotofori, e si ritrovano nei pesci, nei cefalopodi, nei cnidari dell’ordine Siphonophora e altri invertebrati viventi nel piano batiale e abissale nonché in numerosi organismi batipelagici. Un fenomeno molto comune è quello causato dalla noctiluca che, durante le uscite notturne di fine estate, quando la temperatura dell’acqua è ideale, se sollecitata si illumina per poi spegnersi velocemente. Questo fenomeno è causato dalla Noctiluca (Noctiluca miliaris o Noctiluca scintillans), una fitoflagellata gelatinosa che di giorno colora di rosso le acque mentre di notte si illumina vistosamente rischiarando la scia delle imbarcazioni e … dei subacquei. Quando numerose producono uno spettacolo naturale di rara bellezza.
bioluminescenza alle Maldive
Il fenomeno della bioluminescenza è diffuso anche in molti batteri, alcuni dei quali (ad esempio il Vibrio harvey) originano un effetto spettacolare chiamato “milky sea“ (mare di latte) che si verifica soprattutto nell’Oceano Indiano. Il mare assume infatti una luminescenza intensa tale da conferirgli un colore bianco latte.
Principio chimico Il principio alla base della bioluminescenza è lo stesso di quello della chemiluminescenza, in cui alcune molecole, in uno stato elettronico eccitato, emettono parte di energia sotto forma di radiazione luminosa (fotoni) tornando poi allo stato fondamentale. Studi biochimici hanno dimostrato che i meccanismi di emissione di luce da parte di organismi viventi sono molto vari e quindi, con buona probabilità, tale proprietà si è sviluppata in maniera indipendente nei vari gruppi biologici. È stato accertato che in molti organismi viventi, tra i quali la lucciola, la bioluminescenza implica l’azione di almeno due composti chimici: un substrato organico che emette la luce, chiamato “luciferina”, e un enzima catalizzatore chiamato “luciferasi”. Nella maggior parte dei casi il fenomeno è appunto dovuto alla luciferina, che in presenza di ATP (adenosintrifosfato), magnesio e dell’enzima luciferasi, cede elettroni, i quali, passando ad un livello minore di energia, liberano energia sotto forma di luce. Nei batteri (Photobacterium) la bioluminescenza è associata al consumo di ossigeno e quindi avviene solo in condizioni di aerobiosi.

E se usassimo la bioluminescenza per la vita di tutti i giorni? Non parliamo di fantascienza. Si stanno studiando in molti centri scientifici possibili utilizzi di questo fenomeno del tutto naturale. Se si prende una comunissima lampadina, la sua efficienza luminosa è molto bassa, il 10 % che diventa 20 % nelle luci fluorescenti e sale al 30% con il LED. L’efficienza delle lucciole è invece di circa il 90%. Ciò significa una luce quasi totalmente fredda con perdite in calore quasi azzerate e quindi un maggior risparmio e durata delle apparecchiature. Geniale.
Questo interessante video ci mostra gli effetti della bioluminescenza in mare causati da minuscole forme di vita vegetale marina, il fitoplancton, ovvero l’insieme degli organismi presenti.

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