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Bioluminescenza: la luce degli oceani

La vita, si sa, è regolata da molti fattori. Tra questi, la luce è uno dei principali parametri fisici che permettono l’esistenza degli organismi viventi,  sia nell’ambiente terrestre sia negli oceani. Grazie a essa, infatti, gli organismi autotrofi, quali piante, alghe, fanerogame marine, effettuano la fotosintesi, quel processo biochimico attraverso il quale producono sostanza organica e quindi cibo per gli organismi eterotrofi, tutti gli animali, per intenderci.
Tuttavia, in ambiente marino, la luce che attraversa gli strati d’acqua subisce forti variazioni spaziali e temporali, attenuandosi e scomparendo già a pochi metri di profondità.1
Solo la cosiddetta “zona fotica”, che si estende sino a circa 200 metri di profondità, è illuminata dalle radiazioni provenienti dal sole, ma, già nei primi metri d’acqua, i colori come il rosso, l’arancione e il giallo svaniscono, lasciando che tutto assuma tonalità di verde e poi di blu per divenire completamente nero, raggiunti gli abissi. Per questo motivo, gli organismi marini hanno sviluppato degli adattamenti particolari, quali l’aumento delle dimensioni degli occhi, nella “twilight zone”, la zona di penombra, raggiunta solo dalle radiazioni blu, oppure la totale scomparsa degli organi della vista laddove di radiazioni non ve ne è più la minima traccia e dove il mondo si  trasforma in un enorme manto nero.
Oltrepassata la zona fotica e quella disfotica, dove cioè incontriamo l’appena citata twilight zone, l’unica fonte di luce visibile è data dalla bioluminescenza. Circa i due terzi degli organismi abissali è bioluminescente, quindi in grado di emettere luce, grazie, nella maggior parte dei casi, alla presenza di organi luminosi detti fotofori. (Biologia Marina – Roberto Danovaro – 2013).
Ma, più in generale, la bioluminescenza può originare attraverso secrezioni extracellulari, processi intracellulari o batteri simbionti.
In tutti e tre i casi, il bagliore viene prodotto tramite una reazione chimica molto semplice: la luciferina, nota come “substrato” reagisce con la luciferasi “enzima” in presenza di ossigeno.
Il dinoflagellato Noctiluca miliaris, organismo facente parte del cosiddetto “plancton vegetale” meglio noto come fitoplancton, è un classico esempio di organismo che brilla quando viene colpito dall’onda lungo le spiagge. In questo caso si dice che la sua bioluminescenza, cioè la sua capacità di emettere luce, è indotta a seguito di uno stimolo meccanico, il contatto con l’onda, appunto.  3
I segnali bioluminescenti sono spesso emessi in forma di brevi flash, e la loro durata può variare da centinaia di millisecondi a qualche secondo.
Ma quali sono gli organismi marini bioluminescenti? Sono molti, a detta tutta, e in particolare diverse specie di cnidari (coralli e meduse), ctenofori (organismi trasparenti e fluttuanti), policheti (vermi marini), crostacei, molluschi e pesci, alcuni dei quali presentano dei veri e propri organi complessi costituiti da strati di cellule fotogene, riflettenti e pigmentate.
Si passa da strutture semplici come nei policheti o negli ctenofori a quelle altamente specializzate dei cefalopodi (polpi, calamari e seppie). In questi ultimi, ad esempio, i fotofori sono distribuiti un po’ ovunque lungo il corpo, mentre in molti pesci sono posti principalmente in posizione ventrale o lungo la linea laterale (una struttura sensoriale visibile sui lati dei pesci, a partire dalle branchie sino alla pinna caudale, che permette loro di percepire le ondulazioni e le vibrazioni dell’acqua, dunque la presenza o meno di altri organismi nei paraggi).
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Nel mollusco gasteropode, parassita di meduse, Phylliroe bucephala, la luce appare come tanti punti scintillanti sparsi sulla superficie del corpo, ciascuno dei quali corrisponde a cellule ghiandolari epidermiche collegate a terminazioni nervose. (Biologia Marina – Roberto Danovaro – 2013).
La luce dei cefalopodi e dei pesci, invece, può essere dovuta anche alla presenza di batteri simbionti, cioè che vivono a contatto del loro “ospite”, in cui l’ossigeno viene fornito da una rete di capillari che irrora il fotoforo nel quale gli endosimbionti vivono. Negli organismi dotati di batteri, la luce è quindi continua e viene pertanto emessa in assenza di stimoli meccanici.
La Noctiluca miliaris, una specie molto piccola che misura al massimo 1 mm di diametro diffusa principalmente nelle zone costiere delle regioni tropicali e subtropicali, è quella a cui si devono più di frequente i fenomeni di fosforescenza della superficie del mare, e quando si ha la fortuna di vederla, sembra di trovarsi in un mondo immaginario dove la magia e i fenomeni a essa connessa sono consuetudine.
Ma qual è l’utilità e lo scopo della bioluminescenza?
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Ovviamente, in natura niente è fatto per caso, e lo stesso meccanismo ha degli scopi ben precisi. Gli organismi la utilizzano come mezzo di riconoscimento per membri della stessa specie a scopo riproduttivo, infatti, spesso, le strutture associate alla bioluminescenza mostrano uno spiccato dimorfismo sessuale, dove quindi maschio e femmina sono molto diversi l’uno dall’altra. I pesci lanterna, ad esempio, molto piccoli e diffusi tra i 200 e i 600 metri di profondità, forniscono la più ampia evidenza di questo fenomeno, con i maschi che mostrano fotofori molto specializzati alla base della coda, e spesso, fra i due sessi, sono gli unici a possederli.
In altri casi, la bioluminescenza è utile a una preda per sfuggire al predatore: molti crostacei, ad esempio, emettono una nube di luce in grado di disorientare un possibile nemico, al pari di ciò che avviene con i cefalopodi che rilasciano l’inchiostro se minacciati. Ma la luce può essere usata anche per attirare la preda, come è il caso dei pesci del genere Lophius, come la rana pescatrice, dotati di un’esca (un prolungamento della pinna dorsale) che, oltre a muoversi per attirare piccole prede, ospita i batteri simbionti.
La luminescenza prodotta dagli organismi planctonici, come le meduse o gli ctenofori, se disturbati da altri animali, può invece attrarre un nemico del predatore e dunque permettere agli stessi di fuggire.
Nel caso degli ambienti completamente bui, come gli abissi e le fosse oceaniche, può servire a illuminare l’ambiente; è quindi un modo per permettere a un organismo di vedere cosa lo circonda e quindi l’eventuale presenza, ancora una volta, di un predatore o di una preda.
La bioluminescenza è, dunque, un fenomeno complesso, indispensabile per moltissimi organismi marini, e presente in un gran numero di essi. Ma non è limitata al mare, infatti, anche nell’ambiente terrestre, in particolare nell’immenso mondo degli insetti, non mancano esemplari in grado di emettere luce.
I lampiridi, meglio noti con il nome di lucciole, ne sono un classico esempio. In questo caso, sia maschi che femmine sono in grado di emettere luce ma, durante il periodo dell’accoppiamento, per incontrarsi e procreare, mostrano delle emissioni a ritmi differenti.
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La luce, quindi, non solo è quella che conosciamo noi proveniente dal sole. La bioluminescenza ne è un esempio: uno dei tanti e innumerevoli esempi in cui la natura ci mostra la sua straordinaria capacità di stupirci ogni volta di più.

 

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