Transcript تولید نور در حشرات

Mehran rezaei
‫تولید نور و اعضای نوری در حشرات‬
Bioluminescence in Insects
‫مهران رضایی‬
1392 ‫بهار‬
[email protected]
www.insectologist.blogfa.com
‫عناوین مورد بحث ‪:‬‬
‫‪ ‬تولید نور در موجودات مختلف‬
‫‪‬محل اندامهای نوری‬
‫‪ ‬ساختار اندام نوری‬
‫‪ ‬منشأ اندام های نوری‬
‫‪ ‬مکانیسم تولید نور‬
‫‪ ‬رنگ نور تولیدی‬
‫‪ ‬کنترل تولید نور‬
‫‪ ‬اهمیت تولید نور‬
‫‪ ‬کاربرد تولید نور در علوم مختلف‬
‫تولید نور در موجودات مختلف ‪:‬‬
‫تولید نور توسط باکتریها‪ ،‬قارچها‪ ،‬ژله ماهیها‪ ،‬حشرات‪ ،‬جلبکها‪ ،‬ماهیها‪ ،‬صدفهای خوراکی‪،‬‬
‫حلزونها‪ ،‬سخت پوستان و‪ ...‬انجام می شود‪.‬‬
‫قارچهای نورزا مثل ‪ Armillaria mellea‬و ‪ .Mycena spp‬نوری مداوم را در اندامهای‬
‫باردهی و میسلیوم هایشان تولید می کنند‪.‬‬
‫نماتدهای جنس ‪ Neoaplectana , Steinernema‬و ‪ Heterorhabditis‬دارای‬
‫رابطه همزیستی با باکتریهای نورزا مثل ‪ Xenorhabdus luminescence‬می باشند که در‬
‫نتیجه تولید نور می کنند‪.‬‬
‫در طبیعت هیچ گونه گیاه گلدار‪ ،‬پرنده‪ ،‬خزنده‪ ،‬دوزیست و یا پستاندار نورزا وجود ندارد‪.‬‬
Bioluminescence Mushroom
Steinernema
Beneficial Nematodes
Aequorea victoria
(crystal jelly)
Arrow Worm
( Chaetognatha )
‫تولید نور در حشرات‪:‬‬
‫پدیده تولید نور در حشرات بسیار پیشرفته است‪.‬‬
‫این پدیده در تعدادی از پادمان(‪ ،)Onychiurus armatus‬نیم بالپوشان ( ‪Fulgora‬‬
‫‪ )lanternaria‬در تعدادی از الروهای دو باالن متعلق به خانواده های ‪ Platyuridae‬و‬
‫‪ Bolitophilidae‬و در تعداد نسبتا زیادی از سخت بالپوشان دیده می شود‪.‬‬
‫راسته سخت بالپوشان بزرگترین گروه تولید کنندگان نور را تشکیل می دهند‪.‬‬
‫بهترین حشرات شناخته شده از این گروه به خانواده های ‪Lampyridae :‬‬
‫‪ Phengodidae ،Elateridae‬و ِ‪ Drilidae‬تعلق دارند‪.‬‬
‫در الرو بعض ی از پشه های تیره ی ‪ Tipulidae‬تولید نور دیده می شود‪.‬‬
‫در حشرات پست پادمان تولید نور به وسیله تمام قسمت های بدن و پاها صورت می گیرد و در این‬
‫حشرات منبع تولید نور احتماال اجسام چربی موجود در بدن می باشد چنانکه در الرو‬
‫‪ Ceroplastes testaceus‬قشر خارجی و قسمت جلوی قشر داخلی‬
‫اجسام چربی نورانی می باشد‪ .‬ولی در حشرات کامل به علت حل شدن اجسام چربی در‬
‫نور‬
‫رود‪.‬‬
‫می‬
‫بین‬
‫از‬
‫نیز‬
‫تولید‬
‫الروی‬
‫ی‬
‫دوره‬
‫در الرو پشه های ‪ Bolitophila luminosa‬از تیره ی ‪ Tipulidae‬انتهای ‪ 4‬لوله ی مالپیگی منبع‬
‫تولید نور می باشد‪.‬‬
‫در سوسک های ‪ Lampyris‬و ‪ Pyrophorus‬و ‪ Luciola‬خاصیت تولید نور از‬
‫مرحله ی تخم مشاهده می شود عضو تولید نور در این حشرات عبارت از یک طبقه سلولی‬
‫است که در زیر کوتیکول بی رنگ و شفاف قرار گرفته است و سلول های‬
‫نورانی مزبور (‪ )Cellules photogenes‬از تغییر شکل اجسام چربی بوجود آمده و سطح‬
‫آنها را دانه های چربی انشعابات متعدد عصبی و موی تراشه ها می پوشانند زیر سلول های‬
‫نورانی یک طبقه سلول های مملو از بلورهای کسانتین (‪ )Xanthine‬و امالح اوره قرار گرفته‬
‫است که دارای خاصیت انعکاس ی می باشد‪.‬‬
‫تولید نور در حشرات اختیاری است و شدت آن در نتیجه ی کم و زیاد شدن جریان هوا در موی‬
‫تراشه ها به وسیله ی حشره و همچنین در اثر کنترل مراکز عصبی تغییر پیدا‬
‫می کند چنانکه در پادمان (‪ )Collembola‬در صورت تحریک حیوان به شدت درخشندگی آن‬
‫افزوده می شود و در سخت بالپوشان کنترل عصبی اعضای تولید نور بیشتر و منظم تر می باشد‬
‫در ‪ Lampyris‬و ‪ Pyrophorua‬تولید نور از چند ساعت در روز تجاوز کرده و به اختیار‬
‫حشره می باشد در ‪ Luciola‬در صورتی که سر حشره در روشنایی و بدن آن تاریکی نگه داری‬
‫شود خاصیت تولید نور متوقف می گردد‪.‬‬
Onychiurus armatus
Onychiurus armatus
Fulgora laternaria
Fulgora laternaria
(fulgaridae)
Family Bolitophilidae
Lampyridae (Firefly)
Lampyridae (Firefly)
Family drilidae
Family Phengodidae
Family Phengodidae
‫محل اندامهای نوری ‪:‬‬
‫‪( Onychiurus‬ازپادمان) از تمام قسمتهای بدن و پاها نور تولید می کند‪.‬‬
‫در ‪ Photuris‬از خانواده ‪ Lampyridae‬افراد نر دو جفت اندام نوری (در زیر ششمین و‬
‫هفتمین حلقه شکم) دارند در حالیکه ماده ها تنها یک جفت اندم نوری دارند‪ .‬الروها هم یک‬
‫جفت اندام نوری کوچک در هشتمین حلقه بدن دارند‪.‬‬
‫الروها و ماده های بالغ خانواده ‪ Phengodidae‬دوازده جفت اندام نوری دارند که یازده‬
‫جفت آنها در سطوح جانبی قفس سینه و شکم قرار دارند و جفت دیگر در روی سر قرار دارد‪ .‬در‬
‫‪ Fulgora‬اندام نوری روی سر قرار گرفته است‪.‬‬
‫اعضای تولید نور مخصوصا در سخت بالپوشان رشد زیاد کرده و از نظر جلب جنس مخالف‬
‫برای جفت گیری اهمیت زیاد دارند‪ .‬در راسته ی سخت بالپوشان گونه های نورانی معموال از دو‬
‫تیره ی ‪ Lampyridae‬و ‪ Elateridae‬می باشند‪ .‬در حشره معروف به کرم شب تاب‬
‫‪ Lampyris noctiluca‬و ‪ Luciola‬و ‪ Phausis splendidulus‬از خانواده ی‬
‫‪ Lampyridae‬اعضای تولید نور در زیر مفصل های شکم متمرکز می باشند‪ .‬ولی در جنس‬
‫‪ Pyrophorus‬از ‪ Elateridae‬یک جفت اندم نوری در طرفین قاعده پیش قفس سینه در‬
‫سطح پشتی قرار دارد و یک اندام سوم که در وسط اولین حلقه شکمی قرار دارد‪.‬‬
‫در سوسک معروف به ‪ Cucujo‬از امریکای مرکزی به نام ‪ Alaus oculatus‬از خانواده‬
‫‪ Elateridae‬اعضای تولید نور به شکل دو چشم نورانی درروی پیش گرده مشاهده‬
‫می شود‪.‬‬
Lampyris noctiluca
‫کرم شب تاب‬
Pyrophorus
Alaus oculatus
Cucujo
Photocyte ‫ساختار یک‬
‫منشا اندام های نوری ‪:‬‬
‫در ‪ Onychiurus(Lipura)armatus‬به نظر میرسد اجسام چربی منبع تولید نور باشند‪.‬‬
‫در نمونه ای ‪(Mycetophilid‬پشه های قارچ خوار) به نام ‪ Ceroplatus testaceus‬قشر خارجی و قسمت‬
‫جلویی قشر داخلی اجسام چربی در الروها نوری مداوم و بسیار ضعیف را تولید می کنند‪.‬‬
‫در ‪ Lampyris‬اندام مولد نور در سوسکهای بالغ از تغییر سلولهای اجسام چربی که قبال در الروها وجود داشته‬
‫اند‪ ،‬ایجاد می شوند‪.‬‬
‫در ‪ Bolitophila(Arachnocampa) luminosa‬بخش های انتهایی چهار لوله مالپیگی طویل و مارپیچ به‬
‫ساختار های مولد نور میله ای شکل و ضخیم تغییر یافته اند‪.‬‬
‫‪(Phrixothrix‬از ‪ )Phengodidae‬توده های سلولی گرد و کوچکی با تجهیزات تراشه ای خاص وجود دارند‪.‬‬
‫مکانیسم تولید نور ‪:‬‬
‫علت تولید نور در سلول های فتوژن نتیجه ی اکسیده شدن ماده ی چربی به نام لوسیفرین‬
‫(‪ )Luciferine‬به وسیله دیاستاز مخصوص لوسیفراز (‪ )Luciferase‬می باشد‪.‬‬
‫شدت نور تولید شده در حشرات نسبتا زیاد و در قوی ترین آنها مانند ‪ Pyrophorus‬بالغ بر‬
‫‪ 0/027027‬شمع می باشد‪ .‬راندمان نور تولید شده نسبت به هزینه ی آن در حشرات‬
‫بی نهایت بیشتر و با صرفه تر از نورهای مصنوعی تولید شده به وسیله ی انسان می باشد‪ .‬نور‬
‫تولید شده به وسیله ی کرم شب تاب و سایر سخت بالپوشان سرد بوده و دارای طیف‬
‫(‪ )Spectre‬کوتاه می باشد رنگ اشعه نورانی بسته به گونه ی حشره متفاوت و‬
‫باشد‪.‬‬
‫می‬
‫قرمز‬
‫به‬
‫مایل‬
‫یا‬
‫و‬
‫آبی‬
‫سبز‬
‫معموال‬
‫تولید نور در بعض ی از حشرات مخصوصا الرو پروانه ها گاهی مربوط به فعالیت‬
‫باکتری های فوتوژن می باشد‪ .‬این باکتری ها بعض ی به صورت عوامل بیماری زا‬
‫(‪ )Phathogenes‬و برخی به حالت همزیستی (‪ )Symbiose‬در داخل سلول های بدن فعالیت‬
‫می کنند‪.‬‬
‫رنگ و طیف نور تولیدی ‪:‬‬
‫در بسیاری از حشرات رنگ نور تولیدی زرد‪ -‬سبز است‪.‬‬
‫الروها و ماده های بالغ ‪( Phrixothrix‬از ‪ )Phengodidae‬دو جفت اندام نوری موجود در روی‬
‫قفس سینه و شکم نور سبز تا نارنجی تولید می کنند در حالیکه یک جفت اندام نوری موجود در روی‬
‫سر نور قرمز تولید می کنند‪.‬‬
‫نور تولیدی توسط (‪ ( Arachnocampa(Bolitophila‬از دو باالن) آبی‪ -‬سبز است ‪.‬‬
‫نور تولیدی توسط ‪ Fulgora‬سفید است‪.‬‬
‫طیف نوری در‬
‫میکرومتراست ‪.‬‬
‫‪ 520 Photinus‬تا ‪ 650‬میکرومتر ودر ‪ 518 Lampyris‬تا ‪656‬‬
‫در ‪ Pyrophorus‬نور از اندام های موجود در قفس سینه با طول موج ‪ 505‬تا ‪ 650‬میکرومتر‬
‫خارج می شود ولی از اندامهای نوری موجود در روی شکم با طول موج ‪ 540‬تا ‪ 645‬میکرومتر خارج می‬
‫شود‪.‬‬
‫کنترل تولید نور ‪:‬‬
‫حتی در فرمهای ابتدایی حشرات مثل پادمان‪ ،‬تولید نور تابع برخی درجات تنظیم‬
‫توسط حشره است‪.‬‬
‫ا‬
‫در سوسکها نورزا تولید نور کامل تحت کنترل حشره است‪.‬‬
‫با اینکه مشخص شده تولید نور در این حشرات تحت کنترل سیستم عصبی است ولی‬
‫ا‬
‫مکانیسمی که توسط آن سیستم عصبی موجب کنترل تولید نور می شود دقیقا‬
‫مشخص نیست‪.‬‬
‫اهمیت تولید نور در حشرات ‪:‬‬
‫پیغام جفتگیری‬
‫جلب طعمه‬
‫دفاع‬
‫پیغام جفتگیری‬
‫جلب طعمه‬
‫دفاع‬
‫در ‪)Phengodidae( railroadworms‬‬
‫روشنایی حاصل از اندامهای نوری کناری بدن یک‬
‫واکنش دفاعی می باشد و درخشش ناگهانی می‬
‫تواند موجب دور کردن دشمن شود ‪.‬‬
‫کاربرد تولید نور در علوم مختلف ‪:‬‬
‫تحقیقات فضایی‬
‫بررس ی امکان حیات در دیگر سیارات‬
‫تحقیقات دارویی‬
‫تشخیص سلولهای سالم و سرطانی‬
‫مدیریت آفات‬
‫تعیین الگوی توزیع آفات با استفاده از پروتئین ‪GFP‬‬
‫نمایش فیلم‬
‫خالصه مطالب ‪:‬‬
‫‪‬‬
‫(‪ )Bioluminescence‬پدیده انتشار نور توسط موجودات زنده است‪.‬‬
‫‪‬‬
‫این پدیده در موجودات مختلفی دیده می شود ولی در حشرات بسیار پیشرفته است‪.‬‬
‫‪‬‬
‫حشرات اندامهای نوری خاص ی دارند که نور تولید می کنند‪ .‬این اندامها ممکن است در هر دو جنس‬
‫وجود داشته باشد و یا اینکه مختص افراد ماده و فرمهای نابالغ باشد ‪.‬‬
‫‪‬‬
‫هر اندام نوری شامل تعدادی سلول بزرگ است که ‪ Photocyte‬نامیده می شوند و دقیقا در زیر‬
‫اپیدرم قرار دارند‪.‬‬
‫‪‬‬
‫سه ماده در تولید نور طبیعی نقش دارند‪ :‬لوسیفرین‪ ،‬لوسیفراز و اکسیژن‪ .‬پیش ماده لوسیفرین در حضور‬
‫آنزیم لوسیفراز اکسیده شده و نور تولید می شود‪.‬‬
‫‪‬‬
‫تولید نور در حشرات اختیاری است‪.‬‬
‫‪‬‬
‫در بسیاری از حشرات ‪ ،‬نور تولیدی توسط اندامهای نوری زرد‪ -‬سبز است‪.‬‬
‫‪‬‬
‫نور ممکن است به عنوان پیغام جفتگیری‪ ،‬برای جلب شکار یا دفاع از خود به کار گرفته شود‪.‬‬
‫‪‬‬
‫پدیده تولید نور به عنوان ابزار علمی ارزشمندی در علوم مختلف مورد استفاده قرار می گیرد ‪.‬‬
‫با تشکر‬