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20 Gennaio 2023
9:08

Cos’è la bioluminescenza e come funziona questo affascinante fenomeno

La bioluminescenza è la capacità di emettere luce da parte di molti esseri viventi. In questo articolo vedremo come funziona, da cosa è causato e dove trovarlo.

A cura di Arianna Izzi
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Cos’è la bioluminescenza e come funziona questo affascinante fenomeno
bioluminescenza

La parola “bioluminescenza” potrebbe subito avervi fatto pensare ai colori fluo di una medusa dalle linee semitrasparenti, ai personaggi fantascientifici di Avatar 2, oppure alla famosa spiaggia di Vaadhoo alle Maldive, che spesso di notte si illumina, incantando tutti i viaggiatori. Ebbene, la capacità di emettere luce da parte di molti organismi viventi è piuttosto diffusa e attraverso questo articolo scopriremo in dettaglio cos’è la bioluminescenza, quali sono le sue cause e dov'è possibile osservare questo fenomeno in natura.

Cos’è la bioluminescenza?

La bioluminescenza in chimica è l’emissione di luce visibile da parte di alcuni organismi viventi, come risultato di naturali reazioni chimiche. Se pensate che questo fenomeno interessi pochi animali è giunto il momento di ricredervi, poiché le specie che riescono a convertire l’energia chimica in energia luminosa sono numerosissime, e vanno dai batteri e protisti ai pesci e cefalopodi (come seppie e polpi, ad esempio). In effetti, fauna e flora luminescenti sono così tanti che si fa prima a nominare quelli che non lo sono (al momento): le angiosperme e i vertebrati terrestri tra cui gli uccelli, i mammiferi e gli anfibi. [Haddock et al., 2010]
Nella maggior parte dei casi la bioluminescenza è una caratteristica propria degli organismi viventi mentre talvolta dipende da rapporti di simbiosi con i batteri.

bioluminescenza batteri

Come funziona la bioluminescenza?

La luce visibile emessa dagli organismi viventi, quella che ci fa sognare quando osserviamo le lucciole in Estate, è in poche parole uno dei prodotti risultanti dall’ossidazione di piccole molecole, che prendono il nome di luciferine (in latino lucifer significa proprio “portatore/portatrice di luce”). Vere e proprie reazioni chimiche, catalizzate da specifici enzimi: luciferasi e fotoproteine. Le luciferine responsabili della maggior parte delle reazioni sono quattro, ben conservate tra le specie – ma tenete conto del fatto che la comunità scientifica ritiene che molte delle reazioni in grado di produrre bioluminescenza debbano ancora essere scoperte. [Haddock et al., 2010]

Per capire meglio come funziona la bioluminescenza prendiamo il caso dei batteri, la cui emissione di luce deriva dall’ossidazione di un composto chiamato flavina mononucleotide ridotto (FMNH₂) e di un’aldeide a lunga catena (RCHO). In presenza di ossigeno, O, e di particolari condizioni, tra cui l’alta concentrazione di specifici batteri in un dato sito, si verifica la seguente reazione chimica:

FMNH₂ + RCHO + O ⟶ FMN + RCOOH + HO + luce

Sebbene le specie bioluminescenti siano tassonomicamente molto diverse tra loro, le lunghezze d’onda della luce emessa in ambiente marino restituiscono colori per lo più tendenti al blu e al verde, poiché si aggirano quasi tutte attorno ai 470 nm. Questa è una curiosità non indifferente, poiché i valori sono strettamente legati ai sistemi visivi degli animali che abitano oceani e mari. [Douglas & Partridge 1997, Frank & Widder 1999, Cohen & Frank 2007, Frank et al. 2009]

bioluminescenza coralloi

Quali sono gli esseri viventi che producono bioluminescenza?

Come anticipato, le specie luminescenti sono numerosissime, tanto che la bioluminescenza è considerata un fenomeno ordinario, quasi quanto la vita stessa, ed è presente in tutti i domini e in tantissimi luoghi sulla Terra, sia marini che terrestri. Tra i posti più famosi dove spesso è possibile osservare la bioluminescenza ci sono i laghi del parco costiero Gippsland Lakes, in Australia e le spiagge di numerose località tra cui Mosquito Bay, in California, Ton Sai, in Thailandia e perfino Aberavon Beach, in Galles.  Facciamo qualche esempio. Tra gli organismi viventi marini troviamo innanzitutto molti batteri, la cui particolarità è quella di iniziare a emettere luce solo quando raggiungono elevate concentrazioni in un determinato spazio e, quando lo fanno, emettono una luce continua in grado di dare vita a spettacolari fenomeni marini come i milky seas, i “mari di latte”, le enormi superfici luminose rilevabili addirittura dallo spazio e oggetto di numerosi studi da parte degli scienziati di tutto il globo (Waters & Bassler 2005, Nealson & Hastings 2006).

bioluminescenza barche

Ci sono, poi, dinoflagellati, piccole alghe, parte del fitoplancton, e minuscoli protozoi dallo scheletro siliceo chiamati radiolari. Altri animali luminescenti sono gli affascinanti ctenofori, piccoli predatori marini dal corpo quasi interamente costituito d’acqua, e gli cnidari, tra cui certamente conoscerete coralli, anemoni e meduse. La lista è davvero lunghissima perché continua con anellidi e molluschi (il calamaro Watasenia scintillans è il nostro preferito di questo Phylum), crostacei e fino a moltissimi pesci, tra cui citiamo la famiglia Myctophidae, gli abissali pesci lanterna, e gli squali appartenenti alla famiglia Squalidae.

pesce bioluminescente

La bioluminescenza non è solo materia marina: sulla terraferma, infatti, troviamo altre specie luminescenti. Oltre alle lucciole, esistono altri artropodi in grado di emettere luce: è il caso dei millepiedi del genere Motyxia e di numerose larve, centopiedi e mosche. In Asia vive addirittura l’unica chiocciola terrestre luminescente, la Quantula striata. Terminiamo questa lunga carrellata con alcuni tra gli organismi viventi più affascinanti sulla Terra e, forse, anche quelli di cui si conosce meno: i funghi. Quelli luminosi crescono soprattutto su tronchi e foglie in decomposizione e appartengono ai generi Armillaria, Omphalotus,  Panellus, Mycena e Pleurotus.

funghi bioluminescenti

Funzioni della bioluminescenza

Se a questo punto del racconto vi state chiedendo quali siano le funzioni della bioluminescenza, sappiate che le motivazioni evolutive che hanno portato a questo incredibile fenomeno sono moltissime e che ogni specie usa la luce per diverse ragioni.
Molti animali emettono luminescenza per difesa, come elemento intimidatorio nei confronti di un potenziale predatore oppure per nascondersi meglio nell’ambiente circostante. La bioluminescenza può essere utilizzata per l’attacco, per attrarre una preda o per confonderla e renderla più vulnerabile. Talvolta gli animali la usano per comunicare tra di loro: è il caso delle lucciole, ad esempio, per le quali gli scambi luminosi risultano fondamentali nel corso del periodo riproduttivo.

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