Nuova Zelanda' la grotta di Waitomo è illuminata da una strana luce

Nel 1888 il capo locale Maori della tribù Kawhia, un uomo di nome Tane Tinorau, decise di guidare un gruppo di guerra e attaccare un’altra tribù nella regione di Waikoto nell’Isola del Nord della Nuova Zelanda.

Dopo aver conquistato con successo l’altro clan, un cacciatore è stato inviato a trovare cibo. Si è imbattuto attraverso l’ingresso di una rete di grotte. Il capo Tinorau fu il primo ad esplorare le grotte in dettaglio, galleggiando su una zattera fatta di gambi di fiori di lino con solo una torcia accesa per guidare la strada.

Tuttavia, la sua torcia non era l’unica luce nella grotta. Sopra la sua testa, il tetto della grotta brillava come il cielo notturno. C’erano migliaia di piccoli insetti attaccati alla roccia, ognuno tremolante nell’oscurità. Il bellissimo effetto ha guadagnato le grotte il loro nome: il Waitomo Glowworm Caves.

Sono solo un ambiente in cui è possibile trovare creature di luce – una delle tante specie che possono emettere un bagliore luminoso per aiutare a catturare la preda, evitare i predatori, anche per trovare un compagno. Queste creature luminose sono uno dei luoghi più familiari del mondo naturale, ma in alcuni casi stiamo appena iniziando a capirli.

Le lucciole Waitomo Cave non sono affatto vermi. Sono le larve dei moscerini fungini: mosche piccole e delicate che si nutrono di funghi. Non appena le larve si schiudono, iniziano a girare corde appiccicose dal soffitto della grotta. I fili di seta hanno ispirato il nome latino degli insetti: Arachnocampa luminosa, che si traduce direttamente come “verme ragno incandescente”.

La bioluminescenza si è evoluta separatamente almeno 50 volte

Le lucciole rilasciano globuli di muco appiccicoso lungo le fibre del web, il che le fa sembrare collane di perle di vetro appese come lenze da pesca dal soffitto. Poi pendono dai fili di seta e si siedono e aspettano. Una ghiandola simile a un globo nelle loro code produce la luce blu spettrale: la luce brilla letteralmente dai loro lati posteriori.

Gli altri insetti che vivono nel buio pesto della grotta non possono vedere la trappola appiccicosa della lucciola – ma possono vedere la luce blu. Attratti come falene da una fiamma, volano verso l’alto – solo per essere intrappolati. Tutto ciò che è poi lasciato per il moscerino affamato a fare è bobina nella linea e divorare la sua preda viva.

Le lucciole sono abili a vivere al buio. Oltre alle grotte di Waitomo, si possono trovare anche nascosti in baldacchini bui e umidi della foresta. Usano una reazione chimica nei loro corpi per creare luce: un processo noto come bioluminescenza.

Sono tutt’altro che soli nel generare luce in questo modo. La bioluminescenza si è evoluta separatamente almeno 50 volte. L’abilità è sparsa in tutto l’albero della vita, apparendo in insetti, pesci, meduse, batteri e persino funghi.

Sebbene questi organismi possano essere sorprendentemente diversi l’uno dall’altro – sono passati miliardi di anni dall’ultima volta che alcuni di loro hanno condiviso un antenato comune – la reazione chimica responsabile della produzione di luce è notevolmente simile negli organismi bioluminescenti.

In ogni caso l’animale, funghi o batteri sfrutta la natura reattiva dell’ossigeno, che vuole combinarsi con altri elementi in un processo noto come ossidazione. L’ossigeno si lega a una sostanza chimica chiamata luciferina e subisce una reazione chimica, aiutata da un enzima chiamato luciferasi.

Una ghiandola simile a una sfera nelle loro code produce la spettrale luce blu

Il composto ad alta energia che si forma si rompe, rilasciando energia sufficiente per eccitare gli elettroni negli atomi in modo che saltino più lontano dal nucleo. Quando si rilassano di nuovo al punto in cui erano, un fotone viene espulso e l’energia sotto forma di luce visibile viene rilasciata.

Sebbene tutte le creature bioluminescenti usino la stessa reazione, l’esatta natura e struttura della luciferina e della luciferasi variano notevolmente tra le diverse specie.

Nel caso delle lucciole Waitomo Cave, i ricercatori hanno appena iniziato a studiare come le larve producono luce. Il primo studio di questo tipo è stato pubblicato nel 2015. Gli scienziati hanno scoperto una notevole somiglianza con forse il più famoso di tutti gli animali bioluminescenti: la lucciola.

I ricercatori non avevano motivo di sospettare che Waitomo glowworm bioluminescence sarebbe qualcosa di simile alla versione firefly. Per prima cosa, quando si mescolano lucciola luciferina con Waitomo glowworm luciferase non viene prodotta luce.

C’è un’enorme distanza evolutiva tra lucciole e lucciole

La lucciola utilizza anche una parte insolita del suo corpo per creare organi di luce chiamati tubuli malfighiani che fanno parte del sistema escretore dell’insetto. È un po ‘ come gli umani che fanno luce dai loro reni. Nessun altro insetto bioluminescente è noto per farlo.

Per indagare ulteriormente, gli scienziati dell’Università di Otago in Nuova Zelanda hanno isolato i geni dai tubuli malfigiani delle lucciole e hanno cercato di vedere quali erano insolitamente attivi rispetto all’attività genica altrove nel corpo degli insetti.

Sorprendentemente, tre dei geni più attivi codificati per proteine che erano simili a lucciola luciferasi. Questo è strano perché, sebbene le due specie siano entrambe insetti, c’è un’enorme distanza evolutiva tra lucciole e lucciole. Uno è una mosca e l’altro un coleottero. Per trovare un antenato comune per i due organismi si dovrebbe andare indietro di 330 milioni di anni.

È quasi impossibile che un antenato comune trasmetta i geni della bioluminescenza a entrambi gli insetti, poiché la maggior parte degli altri insetti che si sono evoluti dallo stesso antenato non si illuminano al buio. Invece, le due luciferasi potrebbero essersi evolute indipendentemente da un enzima comune ereditato da un antenato molto tempo fa.

“I due insetti sono evolutivamente abbastanza lontani che ci aspettavamo una chimica unica dalla lucciola”, dice Kurt Krause, uno degli scienziati che ha studiato la lucciola. “Sembra che la luciferina sia completamente diversa da quella della lucciola, ma l’enzima luciferasi ha molte caratteristiche simili.”

La natura ha escogitato diversi modi per risolvere il problema della luce

È una scoperta insolita, dato che i ricercatori sanno che altri organismi bioluminescenti usano tutti i tipi di sostanze chimiche diverse per produrre un bagliore. Il verme della ferrovia, che non è un verme ma la larva di un coleottero, utilizza due diverse luciferasi per produrre due colori separati: rosso e verde come un semaforo. Il plancton monocellulare chiamato dinoflagellati produce la propria luciferina, che è chimicamente molto simile alla clorofilla chimica verde che si trova nelle piante.

Alcuni animali bioluminescenti rubano la loro luciferina da altre creature, facendo in modo che gli altri facciano la loro luce per loro.

Il calamaro hawaiano bobtail, ad esempio, sfrutta la natura luminosa dei batteri Vibrio fischeri. I batteri non producono luce quando sono da soli galleggianti nell’oceano, ma quando incorporati nell’organo di luce del calamaro iniziano a brillare una debole luce blu. Il rapporto è reciprocamente vantaggioso in quanto in cambio della produzione di luce i batteri ottengono un flusso costante di sostanze nutritive.

“Se si guarda alla chimica delle luciferine, sebbene l’ossigeno molecolare inneschi sempre la reazione incandescente, le luciferine chimiche effettive utilizzate nella reazione sono molto diverse”, afferma Krause. “La natura ha escogitato diversi modi per risolvere il problema della luce.”

In che modo esattamente è nata questa capacità di generare luce? Una teoria è che luciferine prima evoluto come antiossidanti.

Sulla Terra primitiva, prima che il nostro pianeta avesse un’atmosfera adeguata, le forme di vita furono bombardate dalle radiazioni UV del Sole. Questa radiazione avrebbe rotto l’acqua e rilasciato una forma reattiva dannosa di ossigeno che danneggia le cellule. La vita ha risposto producendo antiossidanti-sostanze chimiche che sono in grado di assorbire questo pericoloso ossigeno.

Tra l ‘ 80 e il 90% delle specie che vivono a 700 metri o più sotto il livello del mare può produrre la propria luce

Gradualmente, l’atmosfera terrestre è cambiata. I livelli di ossigeno aumentavano, il che significava che più era disponibile a dissolversi negli oceani e gli organismi potevano iniziare ad esplorare livelli più profondi dell’oceano e ottenere ancora l’ossigeno di cui avevano bisogno per sopravvivere. Ma poco della luce UV nociva filtra attraverso la colonna d’acqua, quindi gli antiossidanti prodotti da questi organismi profondi erano senza lavoro.

Evolution ha risposto come sempre: ha improvvisato, trovando un nuovo ruolo per gli antiossidanti.

Poiché c’era poca luce in profondità, le specie avevano bisogno di un modo per trovare cibo e compagni. Sfruttando il fatto che gli antiossidanti si erano già evoluti per interagire con l’ossigeno, evolution ha gradualmente selezionato per le versioni che generano luce come parte di quell’interazione. La bioluminescenza si è evoluta e si è dimostrata un’innovazione così utile che, come dice il proverbio, si è diffusa a macchia d’olio.

Infatti, si pensa che tra l ‘ 80 e il 90% delle specie che vivono 700m (2.297 piedi) o più sotto il livello del mare possano produrre la propria luce.

Anche nei luoghi più bui molti animali hanno occhi che si sforzano di catturare il più debole barlume, e sembra che alcuni animali abbiano evoluto la bioluminescenza per cercare di attirare la loro attenzione.

In alcuni casi, avere un corpo che si illumina può effettivamente renderti meno probabile di essere visto

La rana pescatrice dall’aspetto spaventoso, ad esempio, ha un’appendice simile a una lancia che si illumina come un faro. I pesci nuotano per dare un’occhiata più da vicino e vengono fatti a pezzi dalle mascelle mostruose della rana pescatrice.

Le lucciole, d’altra parte, usano la luce per attirare un compagno piuttosto che un pasto. In alcune specie i maschi emettono uno schema specifico che dice alle femmine che sono interessati all’accoppiamento.

Ma le creature della luce non hanno sempre attrazione nelle loro menti. Alcuni generano luce per distrarre l’attenzione – o anche per evitare il controllo indesiderato del tutto. In alcuni casi, avere un corpo che si illumina può effettivamente rendere meno probabilità di essere visto.

Le luci scintillanti del già citato calamaro hawaiano bobtail gli permettono di mimetizzarsi, mentre la luce imita quella della luce screziata che filtra dalla superficie lungo la colonna d’acqua. I predatori, compresi gli squali, spesso cacciano dal basso cercando sagome nell’acqua dove un animale blocca la luce del sole che filtra. Utilizzando bioluminescenza come una forma di contro-illuminazione può sventare questi attacchi, rendendo l’animale brillante come l’acqua circostante.

Hatchetfish usa anche questo approccio. Hanno organi che emettono luce che puntano verso il basso dalle loro pance. Sono in grado di mettere a punto la quantità di luce che fanno in modo che corrisponda a quella proveniente dal cielo, rendendoli quasi invisibili ai predatori sottostanti.

I predatori, compresi gli squali, spesso cacciano dal basso cercando sagome nell’acqua

Oltre a mimetizzarsi, gli animali possono usare le luci lampeggianti per spaventare e confondere i loro nemici, comprando loro tempo prezioso per fuggire. I calamari vampiri vivono nelle profondità dell’oceano. Se attaccati spruzzano un muco glow-in-the-dark al loro aggressore.

Le stelle fragili, un parente stretto delle stelle marine, hanno anche un modo unico e astuto di ingannare i predatori. Possono staccare uno dei loro bracci luminescenti in modo che il predatore insegua il braccio invece del corpo principale della stella fragile. Più tardi possono ricrescere la loro appendice.

Alcune specie di cetriolo di mare – un altro parente delle stelle marine – sono ancora più sfacciate e possono trasmettere le loro parti del corpo incandescenti ai pesci di passaggio. Il predatore poi insegue il pesce mentre il cetriolo di mare fa la sua fuga.

Altre creature possono superare in astuzia i loro predatori. Usano la bioluminescenza per attirare gli animali che attaccheranno e mangeranno quei cacciatori.

Il plancton dinoflagellato rientra in questa categoria. Producono spettacoli abbaglianti di luce blu di notte. La luce avvisa gli animali più in alto nella catena alimentare, che sono attratti dalla prospettiva di catturare e mangiare uno degli animali che pascola sul plancton.

Le stelle fragili possono staccare uno dei loro bracci luminescenti in modo che il predatore insegua il braccio invece del corpo principale

Quindi, come fanno gli animali a sapere che la luce che stanno facendo attirerà il giusto tipo di attenzione? Se la luce può sia spaventare o attirare, invogliare o distrarre, si vuole fare in modo che si stanno avendo il giusto effetto su prede, compagni o predatori.

Una teoria è che gli organismi sono generalmente attratti da un bagliore, ma spaventati o deviati da brevi e luminosi lampi. Ad esempio, quando la femmina Waitomo glowworm fly emerge dal suo bozzolo emette un bagliore costante. È rapidamente circondata da maschi che vogliono accoppiarsi con lei.

Il bagliore costante è utile anche quando si tratta di attirare gli insetti per un pasto. È questo effetto che fa brillare il tetto delle loro grotte come il cielo notturno, attirando l’attenzione umana da quando il capo Tinorau ha assistito per la prima volta allo spettacolo 130 anni fa.

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