التلألؤ البيولوجي : Bioluminescence (8 زائر)

[Dilara]

وميض أخضر ساحر .. لم يكن مجرد خيال في عالم الأنمي
بل هو معجزة كيميائية حقيقية تحدث في طبيعتنا ♡

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
كيف حالكم أعضاء التون الكرام يارب بخير وأموركم تمام ؟
اليوم راح أعرفكم على ظاهرة طبيعية رائعة جدا ماشاء الله , الأغلب يعرفها والأغلب لأ لأنه ما الكل يتكلم عنها ف راح أعرفكم عليها بنفسي ان شاء الله
لنبدأ

هو انتاج الضوء بواسطة الكائنات الحية نتيجة تفاعل التلألؤ الكيميائي , وتعد من أروع وأجمل الظواهر الطبيعية حيث تقوم الكائنات الحية بانتاج
واشعاع ضوء خاص بها ويعرف الضوء باسم " الضوء البارد " لأن أقل من 20% منه ينتج حرارة

ويحدث في مجموعة واسعة من الكائنات الحية بما في ذلك الفقاريات والدوارة , والسوطيات وبعض أنواع البكتيريا

والكائنات الدقيقة مثل الفطريات , وبعض اليراعات الأرضية مثل : المفصليات واللافقاريات البحرية

بدأت معرفة ظاهرة التلألؤ البيولوجي عبر العضو منذ الملاحظات الفلسفية القديمة , وبعدها تم التوصل إلى الاكتشافات العلمية والكيميائية الحديثة
⭒ العصور القديمة ( القرن الرابع قبل الميلاد ) :
سجل الفليسوف اليوناني أرسطو ( 384 - 322 ) الظاهرة ووصفها بدقة , وكان أول من أشار إلى أن هذا الضوء لا يصاحبه حرارة وتم تسميته " الضوء البارد "
⭒ ⭒ ⭒ ⭒
⭒ القرن الأول الميلادي :
وثق الكاتب الروماني بليني الأكبر ( 23-79) في موسوعته " التاريخ الطبيعي " العديد من الكائنات المضيئة مثل : اليراعات وقناديل البحر والديدان المضيئة
⭒ ⭒ ⭒ ⭒
⭒ نهاية القرن التاسع عشر ( 1885) :
بدأت الأبحاث العلمية الحديثة الحقيقية على يد عالم الصيدلة وعالم وظائف الأعضاء الفرنسي " رافائييل هوراس دوبوا " عندما درس الخنافس الثلاثة
واستخلص مادتين أساسيتين ضروريتين لانتاج الضوء من الرخويات
⭒ ⭒ ⭒ ⭒
⭒ القرن العشرون ( 1917) :
اكتشف العالم هارفي نظام التفاعل الكيميائي بين مادتي اللوسيفيرين واللوسيفيراز في القشريات البحرية
⭒ ⭒ ⭒ ⭒
⭒ عام 1961 :
تمكن العالم أوسامو شيمومورا وزملاؤه من عزل وتحديد بروتين " الايكورين " المتلألىء من قنديل البحر
وهو الاكتشاف الذي مهد بشكل واسع للتطبيقات الحيوية والطبية

تعتمد الألية الكيميائية الأساسية في معظم الكائنات الحية على وجود عنصرين رئيسيين :

1- اللوسيفرين : وهو المادة الركيزة أو الجزيء القابل للأكسدة ( مركب كيميائي ينتج الضوء عند أكسدته )

2- اللوسيفيراز : وهو انزيم محفز ( أو بروتين ضوئي في بعض الكائنات ) يسرع التفاعل الكيميائي

⭒ ⭒ ⭒ ⭒

الخطوات الكيميائية والألية الكيميائية للظاهرة :

1- الأكسدة ( Oxidation ) : يقوم انزيم اللوسيفر بتحفيز عملية أكسدة اللوسيفرين باستخدام الأكسجين أو بواسطة أيونات الكالسيوم في حالة البروتينات الضوئية مثل :
الأيكورين في بعض قناديل البحر

2- تكوين المركب الذي فيه طاقة عالية ( Excited state ) : نتيجة لتفاعل الأكسدة , ينتج مركب وسيط اسمه " اللوسيفرين المؤكسد " ( Oxyluciferin )
وهو في حالة جزيئية لديها طاقة عالية ( تحتوي على الكترونات ذات طاقة زائدة )

3- انبعاث الضوء ( Photon Emission ) : لكي يعود جزيء ( أوكسي لوسيفرين ) لحالته المستقرة فأنه يطلق الطاقة الزائدة على هيئة جسيم ضوئي مرئي اسمه فوتونا

⭒ ⭒ ⭒ ⭒

المعادلة الكيميائية لظاهرة التلألؤ البيولوجي :

⭒ اللوسيفرين : هو المركب العضوي الأساسي القابل للأكسدة ( والمسؤول عن انتاج الضوء )

⭒ ATP : جزيء الطاقة الخلوي وهو الوقود الذي يشحن المركب لتبدأ العملية

⭒ O2 ( الأكسجين ) : الغاز الضروري لاتمام عملية الأكسدة

⭒ اللوسيفيراز : الانزيم السحري ( المحفز ) الذي يسرع هذا التفاعل ويجمع المكونات معا

⭒ mg2+ ( المغنيسيوم ) : عامل مساعد يستعمل لتنشيط الانزيم

⭒ ( oxyluciferin) أوكسي لوسيفيرين : هو جزيء لوسيفيرين مؤكسد ومليء بالطاقة الزائدة , وعندما يهدأ ويعود لحالته الطبيعية يطلق الوميض الضوئي

أنواع الاشعاع الحيوي ( حسب ألية ونوع الكائن ) :

1- الاشعاع الحيوي الذاتي ( Intracellular - Autogenic) :
في هذا النوع ينتج الكائن الحي الضوء داخل خلاياه الخاصة بشكل مباشر باستخدام جيناته ومواده الكيميائية المخزنة
مثال : اليراعات البرية , قناديل البحر , بعض أنواع الحبار مثل : حبار فايرفلاي


2- الاشعاع الحيوي التكافلي ( Symbiotic - Bacterial ) :

في هذا النوع لا ينتج الكائن الحي الضوء بنفسه , بل يعتمد على بكتيريا مضيئة تعيش داخل أعضاء خاصة في جسده بعلاقة تكافلية حيث
يوفر الغذاء والمأوى وتوفر له الضوء
مثال : سمكة أبو الشخص التي تستخدم الطعم المضيء لجذب الفرائس , وبعض أنواع الحبار والأسماك الأخرى في أعماق المحيطات


3- الاشعاع الحيوي الخارجي أو الافرازي ( Extracellular) :
يقوم الكائن الحي بافراز المواد الكيميائية المضيئة ( المخاط أو السوائل ) خارج جسمه في الماء أو الهواء , وفي الغالب تستعمل هذه
الطريقة كوسيلة دفاعية لإرباك المفترسين , أو كستار دخاني مضيء للهرب
مثال : بعض أنواع القشريات الصغيرة , الديدان البحرية وبعض أنواع الروبيان

⭒ ⭒ ⭒ ⭒

ألوان الاشعاع الحيوي ( Bioluminescence Colors ) :

1- الأزرق والأزرق المخضر : وهو اللون الأكثر انتشار في المحيطات بسبب أن الموجات الضوئية الزرقاء هي الأكثر قدرة على
الانتقال لمسافات طويلة عبر مياه البحر العميقة , وتمتلكه معظم القشريات والديدان البحرية , وقناديل البحر والعوالق النباتية


2- الأخضر الصافي : هو اللون المنتشر بكثرة بين الكائنات الأرضية , وكائنات المياه الضحلة أو الموحلة

مثال : اليراعات المضيئة وبعض أنواع الفطريات والبكتيريا


3- الأصفر : وهو لون نادر جدا في البيئة البحرية , ويظهر في سوائل تفرزها بعض الديدان مثل : " الديدان الشاشية " وبعض أنواع الأخطبوطات


4- الأحمر والأشعة تحت الحمراء : وهو لون نادر وعالي التخصص , تستخدمه غالبية أسماك الأعماق مثل : " سمكة التنين " ككشاف اضاءة خفي
لرؤية فرائسها , لأن معظم كائنات الأعماق لا تستطيع رؤية اللون الأحمر

تحدث ظاهرة التلألؤ البيولوجي البحري في مجموعة واسعة من الكائنات البحرية ومن ضمنها :

1 - العوالق النباتية والدينوفلاجيلات ( Dinoflagellates) : وهي كائنات مجهرية مسؤولة عن اضاءة الشواطىء وقمم الأمواج
باللون الأزرق أو الأخضر عند اضطراب الماء

2- حبار بوبتيل هاواي ( Euprymna scolopes) : هو حبار يعتمد على بكتيريا متوهجة تعيش داخل أعضائه الضوئية للتمويه واخفاء ظله عن المفترسات

3- حبار اليراعات ( Wataseina Scintillans ) : هو حبار يستخدم الاضاءة المعاكسة لمطابقة سطوع البحر وتجنب الأعداء من الأسفل

4- سمكة الصياد مثل سمكة الصياد المتوهجة ( Cryptopsaras couesii ) , وسمكة الصياد الأحدب : هو سمك يستخدم كطعم متوهج يخرج من رأسها
لجذب الفرائس في أعماق المحيط المظلم

5- قنديل الكريستال ( Aequorea victoria ) : هو قنديل بحر يصدر توهج أخضر حول حافته ويستخلص منه بروتينات مستخدمة في الأبحاث

6- قنديل البحر : هو قنديل يطلق مواد ضوئية لردع المفترسات

7- سمكة القرش المضيئة : هي سمكة وتعد من أصغر أنواع القرش وتمتلك القدرة على التوهج

⭒ ⭒ ⭒ ⭒ ⭒ ⭒
هناك بعض المناطق حول العالم تنتشر فيها التلألؤ البيولوجي البحري منها :

1- خليج البعوض - جزيرة فيكيس بورتوريكو

2- جزر المالديف

3- البحيرة المتلألئة - بالقرب من فالموث - جامايكا

4- جزيرة هولبوكس - المكسيك

5- خليج جيرفيس - الساحل الجنوبي لولاية نيو ساوث ويلز - استراليا

6- جزر ماتسوه - تايوان

7- كوه رونغ - كبموديا

8- شواطىء جنوب كاليفورنيا - من سان دييغو ل سانتا باربرا ( بالتحديد بالقرب من لا جولا وتوري باينز ) في الولايات المتحدة

9- شاطئ في سلطنة عمان ( شاطئ القرم )

10 - شاطئ خورفكان في الامارات

11- بحر حمام الأنف في تونس

تحدث ظاهرة التلألؤ البيولوجي البري في مجموعة واسعة من الكائنات البرية منها :

1- اليراعات ( Fireflies ) : وهي من أشهر الحشرات التي تستخدم الضوء لأغراض التزاوج وتحذير
المفترسات

2- الديدان المضيئة ( Glowworms ) : وتشمل يرقات بعض أنواع الحشرات والذباب التي تصدر توهج لجذب الفرائس أو التواصل

3- خنفساء النقر ( Click Beetles) : هي خنفساء تصدر توهج ثابت من بقع على ظهرها لجذب الحشرات الصغيرة

4- ديدان السكك الحديدية ( Railway Worms ) : وهي يرقات خنافس تتميز باصدار ضوء اخضر على جانبي الجسم وضوء أحمر من الرأس

5- الديدان الألفية ( Bioluminescent Milipedes ) : هي ديدان تفرز بعض أنواعها توهج كإشارة تحذيرية انها غير سامة ومستساغة

6- البزاقة الأرضية ( Quantula striata ) : وهي بزاقة رخوية برية وهي الوحيدة المعروفة بقدرتها على التلألؤ البيولوجي حيث تصدر نبضات ضوئية من مقدمة قدمها

7- بكتيريا فوتورابدوس لومينيسينس ( Photorhabdus luminescens ) : هي بكتيريا برية تعيش بطابع تكافلي داخل أمعاء الديدان الأسطوانية في التربة
وتضيء بلون أزرق خافت

8- فطر المحار المر ( Panellus stipticus ) : هي نوع من الفطريات الرمية التي تتوهج باللون الأخضر على جذوع في الليل

⭒ ⭒ ⭒ ⭒ ⭒ ⭒
هناك بعض المناطق حول العالم تنتشر فيها التلألؤ البيولوجي البري منها :

1- كهوف وايبو وايبو - نيوزيلندا : تشتهر بوجود يرقات ودود مضيء سقف الكهوف باللونين الأزرق
والأخضر

2- كهوف ويتومو - نيوزيلندا : هي من أشهر المواقع البرية تحت الأرض لرؤية الديدان المضيئة على الأسقف الصخرية

3- نفق الديدان المضيئة في هيلينسبيرغ - أستراليا : هو نفق سكة حديدية قديم ومهجور وتحول لموطن للديدان المضيئة التي تكسو جدرانه

4- غابات جنوب شرق اسيا الاستوائية : هي الموطن الأصلي للحلزون البري المتلألئ بيولوجياً والعديد من أنواع الفطريات واليراعات المضيئة

5- غابات ولاية كاليفورنيا - الولايات المتحدة الأمريكية : تظهر فيها أنواع معينة من الفطريات والحشريات التي تتوهج في الليل في بعض المناطق الحرجية الرطبة

لدى ظاهرة التلألؤ البيولوجي العديد من الوظائف الحيوية منها :

⭒ الدفاع وحماية النفس :

1- ارباك المفترسات : اطلاق ومضات ضوئية مفاجئة أو سحب ومضية لإلهاء المهاجمين والهروب منهم
2- التمويه ضد الإضاءة : مطابقة لون وسطح الضوء القادم من الأعلى لكي لا تلاحظها المفترسات التي تنظر إليها من الأسفل
⭒ ⭒ ⭒ ⭒
⭒ الصيد والهجوم :
1- جذب الفرائس : استخدام أعضاء مضيئة تشبه الطعم في سمك الصياد لجذب الفرائس نحوها في الظلام الدامس
2- الرؤية بضوء خاص : إطلاق ضوء أحمر ( لا تستطيع معظم كائنات أعماق البحار رؤيته ) لرؤية الفرائس في الأمام بينما تظل الكائن مخفي
⭒ ⭒ ⭒ ⭒
⭒ التواصل والتكاثر :

1- جذب الشريك : استخدام ومضات وأنماط ضوئية مميزة للتعارف والتكاثر بين أفراد النوع الواحد ( مثل اليراعات على اليابسة أو بعض الكائنات البحرية )
2- تكوين تجمعات : المساعدة في التنسيق والبقاء ضمن أسراب أو مجموعات
⭒ ⭒ ⭒ ⭒
⭒ التحذير :

- إنذار المفترسات : إرسال إشارات ضوئية لتحذير الأعداء بأن الكائن غير مستساغ أو مسمم ( مثل بعض يراعات الحشرات والديدان الألفية )

⭒ ⭒ ⭒ ⭒ ⭒ ⭒

⭒ التطبيقات الطبية والحيوية لظاهرة التلألؤ البيولوجي :

1- التصوير بالتلألؤ البيولوجي ( BLI) وتتبع السرطان : تحقن الخلايا السرطانية المعدلة بجينات مضيئة في النماذج الحيوانية

لمراقبة نمو الأورام وانتشارها في الوقت الفعلي دون الحاجة لتدخل جراحي , وتساعد هذه التقنية في تقييم مدى فعالية الأدوية
والعلاجات المناعية بسرعة ودقة

2- مراقبة العدوى ومقاومة المضادات الحيوية : تستخدم بكتيريا معدلة بشكل وراثي لإصدار الضوء في مسار تتبع العدوى البكتيرية
داخل الجسم , مثل بكتيريا المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين , ويتيح ذلك للعلماء قياس سرعة استجابة البكتيريا للمضادات الحيوية
أو للعلاج الضوئي الديناميكي

3- اكتشاف الأدوية والفحوصات الجزيئية : تستغل هذه الظاهرة ك " جينات مُبلِّغة " ( Reporter Genes) تضيء عند تنشيط جين معين أو حدوث
تفاعل بين البروتينات داخل الخلية , ويستخدم هذا الأسلوب في الفحص عالي الانتاجية لاختبار آلاف المركبات الدوائية المحتملة وتحديد
تأثيرها على الخلايا بدقة متناهية

4- التشخيص السريع والأمراض العصبية : توظف انزيمات التلألؤ في تطوير اختبارات تشخيصية سريعة للكشف عن التهابات المسالك البولية
وتتبع انتشار الفيروسات مثل : فيروس نقص المناعة البشرية , وتستخدم في علم البصريات الوراثي
لتحفيز الخلايا العصبية , ودراسة أمراض الدماغ مثل : الزهايمر

⭒ ⭒ ⭒ ⭒ ⭒ ⭒
⭒ التطبيقات العالمية والبيئية والصناعية لظاهرة التلألؤ البيولوجي :

1- مراقبة سلامة الغذاء والنظافة العامة : يعتمد تفاعل لوسيفراز اليراعات على جزيء الطاقة الخلوي الموجود في جميع الكائنات الحية
وتستخدم أجهزة مسح محمولة تعتمد على هذا التفاعل في المستشفيات ومصانع الأغذية للكشف الفوري عن التلوث البكتيري على الأسطح خلال ثواني معدودة

2- رصد التلوث البيئي وسمية المياه : تستخدم أنواع معينة من البكتيريا البحرية المضيئة كمستشعرات حيوية لاختبار جودة المياه ,
وعند تعرض هذه البكتيريا لمواد سامة أو معادن ثقيلة يقل توهجها فوراً مما يوفر إنذاراً مبكراً وموثوقاً لتلوث المياه

3- الإضاءة المستدامة والهندسة المعمارية : يعمل الباحثون والشركات الناشئة على تطوير أنظمة إضاءة حيوية مستدامة
باستخدام البكتيريا والطحالب المضيئة لإنارة الشوارع , واللافتات الإرشادية , والديكورات الداخلية للمنتجعات دون استهلاك للكهرباء أو انبعاثات كربونية

4- الزراعة الذكية وحماية المحاصيل : تجرى تجارب لتعديل النباتات بشكل وراثي لتتوهج ذاتياً عند تعرضها للاجهاد المائي أو نقص المغذيات
أو هجوم الآفات , ويمكن للمزارعين رصد هذه الإشارات الضوئية للتدخل المبكر وتقليل استخدام المياه والمبيدات الحشرية

1- تتميز يرقات الخنفساء بأنها الكائن البري الوحيد المعروف الذي يُصدر لونين مختلفين في الوقت نفسه , حيث يضيء رأسها باللون الأحمر
بينما تتوهج بقية حلقات جسمها باللون الأخضر

2- تستطيع بعض قناديل البحر العميقة إضاءة أذرعها الطويلة لجذب المفترس , وإذا اقترب الخطر تقوم بفصل تلك الأذرع المضيئة ليتبعها المفترس
بينما يهرب القنديل في الظلام

3- تعد دودة الحرير الذهبي البحرية من الكائنات القليلة جداً في أعماق البحار التي تنتج ضوء أصفر بدلاً من الأزرق والأخضر المعتادين
وذلك عبر إخراج شرارات صفراء متوهجة من زوائد جسمها عند تعرضها للتهديد

4- يعد قرش كايتفين الذي يعيش في أعماق المحيط الهادئ قرب نيوزيلندا أضخم الفقاريات المضيئة المعروفة على وجه الأرض
حيث يصل طوله ل 1.8 متر , ويغطي بطنه آلاف الخلايا الضوئية لإخفاء ظله في الأعماق

5- خلال الحرب العالمية الأولى والثانية تسببت العوالق البحرية المتلألئة في كشف مواقع الغواصات والسفن البحرية ليلاً
لأن حركة المراوح كانت تثير الماء وتترك خلف الغواصة أثر أزرق ساطع يسهل رصده من الطائرات الحربية

6- في القرن التاسع عشر لاحظ الجزارون , والعلماء أن بعض قطع اللحوم والأسماك المخزنة في أماكن رطبة وباردة تتوهج
بضوء أخضر شاحب في الظلام , واتضح لاحقاً أن السبب هو نمو بكتيريا بحرية متلألئة وغير ضارة على سطحها

7- في عام 2008 فاز ثلاثة علماء بجائزة نوبل في الكيمياء لاكتشافهم وتطويرهم " البروتين الفلوري الأخضر " المستخرج من قنديل البحر
والذي أحدث ثورة في علم الأحياء الجزيئي والطب الحديث

8- تقوم نجوم البحر الهشة بفصل أحد أذرعها المضيئة عمداً لتشتيت المفترس واغرائه بالتهام الذراع المتوهج , ثم تزحف بعيداً وتنمو لها ذراع جديدة لاحقاً

9- تعد الشواطئ العمانية من أبرز المواقع العربية التي تشهد ازدهار العوالق المتلألئة ليلاً , حيث تتحول الأمواج عند ملامسة القوارب أو الرمال
إلى لون أزرق نيون ساحر

10- جزيرة فادهو في المالديف - بحر النجوم : تشتهر بشواطئها التي تتلألأ ليلاً بنقاط زرقاء تشبه انعكاس النجوم على سطح المياه
بفعل حركة الأمواج

⭒

وفي الختام أتمنى تعرفتوا على هالظاهرة الجميلة وأحببتوها , سبحان الله كم هي جميلة ولها فوائد واستمتعتوا

وأحب أشكر المبدعة : @Anya chan على تصميمها الرائع للطقم كالعادة أبدعت

دمتم في أمان الله وحفظه
ا
ل
الللل

​