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livello elementare
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ARGOMENTO: BIOLOGIA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: bioluminescenza
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Sarà capitato a tutti di osservare su una spiaggia o in immersione nelle ore notturne il fenomeno della bioluminescenza, magico ed ipnotico con le sue suggestive strisce di luce che seguono i movimenti delle onde. Non c’è da meravigliarsi se gli antichi vi vedevano in qualcosa di divino. Oggi sappiamo che è un fenomeno naturale che non ha però perso il suo fascino … provare per credere.
Bioluminescenza
Parliamo oggi della bioluminescenza, ovvero di quel fenomeno per cui alcuni organismi viventi emettono luce convertendo l’energia chimica di alcune cellule in energia luminosa. Sebbene sia legata soprattutto agli organismi marini, a volte tassonomicamente distanti tra loro riguarda anche alcuni organismi terrestri; ad esempio alcuni insetti come i coleotteri delle famiglie delle Lampyridae (comunemente note come lucciole) ed alcuni funghi (Omphalotus olearius, Gerronema viridilucens, appartenenti al genere Mycena).
Il principio alla base della bioluminescenza è lo stesso di quello della chemiluminescenza, in cui alcune molecole, in uno stato elettronico eccitato, emettono energia sotto forma di radiazione luminosa (fotoni) tornando poi allo stato fondamentale. Studi biochimici hanno dimostrato che i meccanismi di emissione di luce da parte di organismi viventi sono molto diversi fra loro e quindi, con buona probabilità, tale proprietà si sviluppò in maniera indipendente nei vari gruppi biologici. È stato accertato che in molti organismi viventi, tra i quali la lucciola, la bioluminescenza implica l’azione di almeno due composti chimici: un substrato organico che emette la luce, chiamato luciferina, e un enzima catalizzatore chiamato luciferasi.
Nella maggior parte dei casi il fenomeno è appunto dovuto alla luciferina, che in presenza di ATP (adenosintrifosfato), magnesio e dell’enzima luciferasi, cede elettroni i quali, passando ad un livello minore di energia, liberano energia sotto forma di luce. Nei batteri (Photobacterium) la bioluminescenza è associata al consumo di ossigeno e quindi avviene solo in condizioni di aerobiosi. Negli organismi marini gli organi produttori di luce prendono il nome di fotofori, e si ritrovano nei pesci, nei cefalopodi, nei cnidari dell’ordine Siphonophora e altri invertebrati viventi nel piano batiale e abissale nonché in numerosi organismi batipelagici. Un fenomeno molto comune è quello causato dalla noctiluca che, durante le uscite notturne di fine estate, quando la temperatura dell’acqua è ideale, se sollecitata si illumina per poi spegnersi velocemente. Questo fenomeno è causato dalla Noctiluca (Noctiluca miliaris o Noctiluca scintillans), una fitoflagellata gelatinosa che di giorno colora di rosso le acque mentre di notte si illumina vistosamente rischiarando la scia delle imbarcazioni e … dei subacquei. Quando numerose producono uno spettacolo naturale di rara bellezza.
Il fenomeno della bioluminescenza è diffuso anche in molti batteri, alcuni dei quali (ad esempio il Vibrio harvey) originano un effetto spettacolare chiamato “milky sea” (mare di latte) che si verifica soprattutto nell’Oceano Indiano. Quando avviene il mare assume una luminescenza intensa tale da conferirgli un colore bianco latte.
Dinoflagellati bioluminescenti (Lingulodinium polyedra) che illuminano un’onda che si infrange su una spiaggia – autore MikeDinoflagellate bioluminescence 2.jpg – Wikimedia Commons
Principio chimico
Il principio alla base della bioluminescenza è lo stesso di quello della chemiluminescenza, in cui alcune molecole, in uno stato elettronico eccitato, emettono parte di energia sotto forma di radiazione luminosa (fotoni) tornando poi allo stato fondamentale. Studi biochimici hanno dimostrato che i meccanismi di emissione di luce da parte di organismi viventi sono molto vari e quindi, con buona probabilità, tale proprietà si è sviluppata in maniera indipendente nei vari gruppi biologici. È stato accertato che in molti organismi viventi, tra i quali la lucciola, la bioluminescenza implica l’azione di almeno due composti chimici: un substrato organico che emette la luce, chiamato “luciferina”, e un enzima catalizzatore chiamato “luciferasi“. Nella maggior parte dei casi il fenomeno è appunto dovuto alla luciferina, che in presenza di ATP (adenosintrifosfato), magnesio e dell’enzima luciferasi, cede elettroni, i quali, passando ad un livello minore di energia, liberano energia sotto forma di luce. Nei batteri (Photobacterium) la bioluminescenza è associata al consumo di ossigeno e quindi avviene solo in condizioni di aerobiosi.
E se usassimo la bioluminescenza per la vita di tutti i giorni?
Non parliamo di fantascienza. Si stanno studiando in molti centri scientifici possibili utilizzi di questo fenomeno del tutto naturale. Se si prende una comunissima lampadina, la sua efficienza luminosa è molto bassa, il 10 % che diventa 20 % nelle luci fluorescenti e sale al 30% con il LED. L’efficienza delle lucciole è invece di circa il 90%. Ciò significa una luce quasi totalmente fredda con perdite in calore quasi azzerate e quindi un maggior risparmio e durata delle apparecchiature. Geniale.
Questo interessante video ci mostra gli effetti della bioluminescenza in mare causati da minuscole forme di vita vegetale marina, il fitoplancton, ovvero l’insieme degli organismi presenti
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ammiraglio della Marina Militare Italiana (riserva), è laureato in Scienze Marittime della Difesa presso l’Università di Pisa ed in Scienze Politiche cum laude all’Università di Trieste. Analista di Maritime Security, collabora con numerosi Centri di studi e analisi geopolitici italiani ed internazionali. Ricercatore subacqueo scientifico dal 1993, nel 2019, ha ricevuto il Tridente d’oro dell’Accademia delle Scienze e Tecniche Subacquee per la divulgazione della cultura del mare. Fa parte del Comitato scientifico della Fondazione Atlantide e della Scuola internazionale Subacquei scientifici (ISSD – AIOSS).