LA BIOLUMINESCENZA

La bioluminescenza consiste nella produzione di energia luminosa da parte di organismi viventi. Tale capacità è finalizzata alla predazione, alla difesa e alla comunicazione, anche se nella maggior parte dei casi sembra fisiologicamente non essenziale.

In generale i fenomeni di emissione luminosa, o luminescenza, si presentano ogni qualvolta gli elettroni della materia, eccitati da una qualche forma di energia, ritornano allo stato fondamentale riemettendo tale energia sotto forma di fotoni nella zona del visibile o nell’intervallo vicino.

Sono stati identificati molti tipi di luminescenza designati da prefissi che identificano la fonte energetica responsabile dell’eccitazione degli elettroni e quindi dell’emissione luminosa.

La luminescenza associata a reazioni chimiche può essere distinta in chemiluminescenza e bioluminescenza. Nella chemiluminescenza (CL) lo stato elettronicamente eccitato è generato da un processo chimico esoergonico; nella bioluminescenza, invece, si ha una particolare reazione chemioluminescente che avviene in un organismo vivente grazie alla presenza di sistemi enzimatici.

In quest’ultimo caso l’emissione di luce è causata da una reazione di ossidazione: l’ossigeno molecolare o l’acqua ossigenata ossidano il substrato_luciferina. Questo processo è catalizzato da un enzima, nella maggior parte dei casi denominato luciferasi, essa catalizza la reazione responsabile del processo di bioluminescenza in modo da ottenere preferenzialmente un prodotto in uno stato elettronicamente eccitato; inoltre, il sito attivo dell'enzima determina un microambiente in grado di favorire il decadimento radiativo dello stato eccitato. Come risultato del controllo operato dall'enzima sul decorso della reazione, le rese quantiche di emissione delle reazioni bioluminescenti sono in genere molto più alte di quelle delle reazioni chemiluminescenti, raggiungendo talvolta valori vicini all'unità.

Il fenomeno della bioluminescenza è ampiamente diffuso in natura sia in organismi terrestri come le lucciole ed alcune specie di vermi e funghi, sia in organismi marini quali alghe, meduse, pesci e batteri , alcuni dei quali danno origine al famoso effetto milkysea

milkysea

in particolare nell' oceano Indiano dove il mare può assumere anche per molte ore una luminescenza brillante, color bianco latte.

La bioluminescenza può presentarsi in un ampio intervallo di colori, che sono determinati dalle caratteristiche dell'ambiente e dalla struttura delle luciferasi coinvolte nel processo: piccole variazioni strutturali di tali proteine sono in grado di determinare differenze significative nella lunghezza d'onda di emissione. In altri casi il colore della bioluminescenza viene modificato attraverso l'uso di proteine fluorescenti accessorie, che permettono di aumentare la lunghezza d'onda della bioluminescenza a seguito di un processo di trasferimento di energia, o mediante l'uso di filtri interni che assorbono selettivamente alcune lunghezze d'onda.

Gli organismi viventi ricorrono a metodi ingegnosi per modificare la lunghezza d'onda della radiazione emessa, ed alcuni sono in grado di emettere contemporaneamente bioluminescenza di due differenti colori. Ad esempio, il verme Phrixothrix hirtus

Phrixothrix hirtus
possiede organi luminosi distinti caratterizzati da bioluminescenze di colore rosso e verde.