چرا بعضی حیوانات می توانند در تاریکی نور فراوری نمایند؟ - مجله حرفه ای ترکیه

بسیاری از ما هنگام شنیدن کلمهٔ زیست تابی، بی اختیار به کرم شب تاب فکر می کنیم، اما این پدیده محدود به حشرات نیست. چرا بعضی حیوانات قادر به فراوری نور هستند؟ این پرسش نه تنها یک کنجکاوی ساده، بلکه دریچه ای به دنیای گسترده ای از پژوهش در زیست شناسی، شیمی و تکامل است. فهم چرایی و چگونگی این توانایی به ما یاری می نماید تا به کارنمودهای پیچیده نور در طبیعت پی ببریم. از جفت یابی گرفته تا شکار، از دفاع گرفته تا ارتباطات پیچیده، نور در دنیای جانوران نقش های گوناگونی دارد. فراوری نور، نه با جادو بلکه با واکنش های شیمیایی دقیق انجام می گردد. در این نوشتار، با نگاهی علمی و ساختاریافته به دلایل این توانایی شگفت انگیز خواهیم پرداخت.

این ویژگی بی همتا در دل تاریکی اعماق دریاها و شب های بی ماه، کاربردهایی دارد که کمتر درباره اش شنیده ایم. پژوهش های تازه نشان می دهند که بیش از 70 درصد موجودات اعماق اقیانوس دارای نوعی زیست تابی هستند. حیوانات از این نور برای گمراه سازی دشمن، یافتن شکار، یا حتی برای برقراری ارتباط با همنوعان خود استفاده می نمایند.

از نظر تکاملی، این قابلیت در طی میلیون ها سال به گونه هایی منتقل شده که در محیط های تاریک تر زندگی می نمایند. نکتهٔ جالب آن که، فراوری نور در بدن این جانوران به یاری پروتئینی به نام لوسیفراز (Luciferase) انجام می گردد که با ترکیب با یک مادهٔ شیمیایی به نام لوسیفرین (Luciferin) نور فراوری می نماید. این واکنش یک نمونه درخشان از شیمی نوری (Photochemistry) در دل موجودات زنده است. چرا بعضی حیوانات قادر به فراوری نور هستند؟ پاسخ این پرسش، رازهایی از طبیعت را برملا می نماید که فراتر از تخیل ما هستند.

زیست تابی چیست و چگونه عمل می نماید؟

زیست تابی یا Bioluminescence فرآیندی است که در آن موجود زنده با استفاده از یک واکنش شیمیایی درون بدنی، نور فراوری می نماید. این واکنش اغلب شامل دو مادهٔ اصلی است: لوسیفرین (Luciferin) که یک ترکیب آلی ست و با اکسیژن ترکیب می گردد، و لوسیفراز (Luciferase) که آنزیم کاتالیزگر واکنش است. برخلاف نور خورشید یا نور لامپ که گرما نیز ایجاد می نمایند، نور زیستی یا همان نور سرد فاقد گرماست و این باعث می گردد انرژی حیاتی جانور به هدر نرود. در این فرایند، الکترون ها به حالت انرژی بالاتر می روند و هنگام بازگشت، انرژی خود را به شکل فوتون (Photon) آزاد می نمایند. در بسیاری از حیوانات دریایی، این واکنش در اندام های خاصی به نام فوتوفور (Photophore) رخ می دهد. زیست تابی در بسیاری از گونه ها مستقل پدید آمده و این یعنی یک نوع تکامل همگرا (Convergent Evolution) است. شگفت انگیزتر آن که حتی بعضی باکتری ها هم می توانند چنین نوری فراوری نمایند. در پژوهش های زیست پزشکی نیز از این سیستم استفاده های چشمگیری شده است. مثلاً در شناسایی فعالیت ژن ها یا آنالیز رشد سلول های سرطانی. بنابراین زیست تابی، هم پدیده ای طبیعی است و هم ابزاری پژوهشی در دنیای علم.

کاربردهای زیست تابی در بقا و دفاع

یکی از رازهای مجذوب کننده دربارهٔ اینکه چرا بعضی حیوانات قادر به فراوری نور هستند، استفاده آن ها از این توانایی در دفاع از خود است. بعضی ماهی ها یا سخت پوستان دریایی با ایجاد ناگهانی نور، شکارچی را سردرگم می نمایند. این نور ناگهانی، همانند یک بمب نوری باعث گیج شدن دشمن می گردد. بعضی دیگر از گونه ها از زیست تابی برای تقلید از چشم یا اعضای بدن شکارچیان استفاده می نمایند تا شکارچی به اشتباه بیفتد. این پدیده را میکرومی میکری (Mimicry) می نامند. در نمونه ای خاص، اختاپوس هایی وجود دارند که می توانند اندام های نورزا را از بدن خود جدا نموده و فراری ظاهری برای خود خلق نمایند. نور زیستی بعلاوه می تواند در شب زی ها کاربرد حفاظتی داشته باشد، به خصوص در جنگل های استوایی که تاریکی مطلق حاکم است. بعضی جانوران از این نور برای هشدار دادن استفاده می نمایند، به گونه ای که نشان دهند سمی یا غیرقابل خوراک هستند. این تاکتیک را آپوستمایتیک سیگنالینگ (Aposematic Signaling) می نامند. همهٔ این کاربردها نشان می دهد که فراوری نور در جانوران، صرفاً تزئینی یا تصادفی نیست، بلکه یک ابزار بقاست. در دنیا تاریکی، نور گاهی رجحانن دفاع است.

نقش زیست تابی در ارتباطات بین گونه ای

نور، در دنیای جانوران، تنها برای روشنایی یا دفاع نیست؛ بلکه زبان ویژه ای برای ارتباط است. چرا بعضی حیوانات قادر به فراوری نور هستند؟ یکی از دلایل مهم، ارتباط درونی یا بیرونی میان افراد یک گونه یا حتی بین گونه ای است. در گونه هایی مثل کرم شب تاب، از نور برای جذب جفت استفاده می گردد. این درخشش ها ریتم خاصی دارند که هر جنس با استفاده از آن جفت خود را پیدا می نماید. در اعماق دریا، بعضی ماهی ها با تابش نور خاص، هم نوعان خود را به دور خود جمع می نمایند یا راه را در تاریکی نشان می دهند. بعضی دیگر از گونه ها از الگوهای نوری برای تشخیص دوست از دشمن استفاده می نمایند. این نوع ارتباط را می توان زبان خاموش طبیعت نامید. پژوهشگران معتقدند که حتی در بعضی گونه ها، نور نقش اجتماعی ایفا می نماید و برای ساختارهای گروهی کاربرد دارد. بعلاوه بعضی حیوانات با استفاده از زیست تابی می توانند قلمرو خود را معین نمایند. جالب آن که بسیاری از این سیستم های ارتباطی نوری هنوز به درستی کشف و رمزگشایی نشده اند. نور در اینجا نه فقط تماشای، بلکه گفتنی نیز هست.

حیوانات ساکن اعماق دریا؛ پادشاهان نور سرد

در پاسخ به این پرسش که چرا بعضی حیوانات قادر به فراوری نور هستند، باید نگاهی ویژه به اعماق دریاها داشت؛ جایی که بیش از 90 درصد نور خورشید به آن نمی رسد. در این تاریکی محض، زیست تابی به ابزار اصلی بقا تبدیل شده است. بیش از دو سوم جانوران اعماق اقیانوس، مانند ماهی های شبحی (Ghost Fish) یا مارماهی های نئون (Neon Eels)، نوعی توانایی نورافشانی دارند. این نورها به شکل های متفاوتی دیده می گردد؛ بعضی همانند چراغ چشمک زن، بعضی دیگر همانند شعلهٔ پیوسته. در این محیط، نور نه فقط برای تماشا، بلکه برای فریب، شکار و یافتن مسیر استفاده می گردد. بعضی ماهی ها طعمه ای نورانی جلوی دهان خود دارند تا دیگر ماهی ها را فریب دهند. این تاکتیک به تلهٔ نوری معروف است. موجوداتی چون مدوسای شیشه ای (Glass Jellyfish) با نور خود بدن شفاف شان را پنهان می نمایند. در حقیقت، در چنین زیست بومی، آن که نور بیشتری دارد، رجحان بیشتری نیز دارد. هرچند هنوز بسیاری از گونه های زیست تاب در اعماق ناشناخته به جای مانده اند، اما پژوهشگران هر ساله به کشف های تازهی می رسند.

کاربردهای علمی زیست تابی در پزشکی و فناوری

نورهایی که از بدن موجودات زنده ساطع می گردد، تنها در طبیعت کاربرد ندارد؛ بلکه به آزمایشگاه های علمی نیز راه یافته است. زیست تابی اکنون ابزاری مهم در پژوهش های زیست پزشکی به شمار می رود. ژن های مسئول این ویژگی به راحتی به دیگر موجودات منتقل می شوند و از این راه می توان سلول ها، اندام ها یا حتی مسیرهای عصبی را ردیابی کرد. برای مثال، در مطالعات سرطان، دانشمندان از نور زیستی برای آنالیز رشد تومورها استفاده می نمایند. بعلاوه در داروشناسی، از زیست تابی برای رصد تأثیر داروها بر سلول ها بهره می گیرند. حتی در صنعت فناوری نانو نیز این قابلیت به عنوان سنسورهای زیستی (Biosensors) مطرح شده است. زیست تابی به یاری پژوهشگران آمده تا فرآیندهای نامرئی بدن را آشکار سازد. بعضی از زیست تاب ها در مطالعات محیطی برای شناسایی آلودگی نیز کاربرد دارند. مهم تر آن که، این روش برخلاف بسیاری از روش های تصویربرداری، بدون آسیب به بافت عمل می نماید. آیندهٔ درخشانی برای این پدیده در علم پیش بینی شده است.