Bioluminescentie: waarom lichten de dieren van de diepzee op in het donker?

Je ziet een lichtje in de diepzee, terwijl overal duisternis heerst. Maar van waar komt die lichtbron? De kans is groot dat dit lichtje wordt geproduceerd door een diepzeehengelaarvis die met zijn voorste rugvinstraal probeert om een prooi te lokken of een partner aan te trekken.

Dit verschijnsel noemen we bioluminescentie en treffen we vaak aan in de diepte van de oceaan. Laten we er een beetje dieper op ingaan!

Bioluminescentie is een veel voorkomend verschijnsel. Een studie heeft aangetoond dat 70% van de vissen in een pelagische omgeving bioluminescent is en dat cijfer stijgt tot 90% van de vissen die leven op een diepte van meer dan 500 m.

Fytoplankton, kwallen en pijlinktvissen kunnen ook licht genereren en stralen in het donker. In totaal is drie vierde van de zeedieren bioluminescent, en ook de bacteriën. Maar waarom produceren deze levende wezens licht?

In een omgeving waar geen enkel straaltje natuurlijk licht doordringt, in de oceaan op een diepte van meer dan 1000 meter, gebruiken heel wat mariene organismen bioluminescentie om aan hun basisbehoeften te voldoen: zich verdedigen, zich voeden, soortgenoten ontmoeten en zich voortplanten.

Operatie defensie

Om zich te verdedigen is er bijvoorbeeld de techniek van het ‘bioluminescent braaksel’ waarvan de diepzeegarnaal Acanthephyra purpurea gretig gebruikmaakt om vijanden af te weren. Andere tactiek: de lichtflits geproduceerd door de Atolla wyvillei, een schijfkwal uit de diepzee die helderrood kleurt als ze wordt aangevallen.  Deze reactie heeft haar de bijnaam ‘alarmkwal’ bezorgd, want op die manier trekt ze andere roofdieren aan die vervolgens haar eigen aanvallers verjagen.

Dit vermogen om diepzeedieren aan te trekken door gebruik te maken van lichtflitsen werd nagebootst door zeebiologe Edith Widder. Met haar toestel - de ‘E-jelly’ - slaagde ze erin de aandacht te trekken van een reuzeninktvis en kon ze hem op grote diepte in de oceaan filmen. Een eerste en mooi voorbeeld van biomimetica!

Meer aan de oppervlakte heb je de mosselkreeftjes - kleine schaaldieren - die een blauwachtig licht produceren zodra de golven met hen beginnen te dollen of ze zich bedreigd voelen.  Door hun aanwezigheid zijn de stranden van de Malediven beroemd geworden, gehuld in een fluorescente blauwe schijn.

Eten

Dit vermogen om licht te produceren wordt ook gebruikt als lokmiddel om voedsel te vinden. Zo is de diepzeehengelaarvis uitgerust met een huidzak, ‘esca’ genoemd, die vol zit met lichtgevende bacteriën en die zich op het uiteinde van de eerste stekel van zijn buitensporig langgerekte rugvin bevindt. Zo beschikt hij over een soort vishengel: dit lokmiddel trekt prooien aan die de hengelaarvis dan kan verslinden.

Bij andere vinarmigen van dezelfde Lophiiformes-familie bevindt het lichtorgaan zich op het gehemelte, in de bovenkaak. De vis wacht totdat de prooi naar het lokaas komt en sluit dan gewoon zijn kaken, om vervolgens rusting aan zijn maaltijd te beginnen. Deze techniek wordt ook toegepast door de lantaarnvis die zijn naam niet heeft gestolen.

Deze vissen gebruiken dus dit lokmiddel om gezien te worden, terwijl de pijlinktvis rekent op licht om zijn silhouet te verbergen en niet opgemerkt te worden. Een leuk trucje om zich onzichtbaar te maken en zowel zijn vijanden als zijn prooien te snel af te zijn!

Bacteriën willen zich laten zien om te worden opgegeten! Deze hypothese wordt naar voren gebracht door onderzoekster Séverine Martini die bioluminescentie bestudeert in het CNRS (Frans nationaal onderzoekscentrum). Inderdaad, deze micro-organismen vinden voedsel in de ingewanden van de vissen en planten zich daar sneller voort dan in de oceaan. Maar er bestaan nog heel wat raadsels rond dat vermogen om licht uit te zenden.

Het zoeken van een partner

In het donker is het moeilijk om elkaar te zien en nog moeilijker om een partner te vinden!

Lichtsignalen kunnen dus voor de zeedieren een manier zijn om een mogelijke partner te spotten en zich voort te planten.

In de voortplantingsperiode maakt de bootsmanvis Porichthys notatus, die je in de oceaan aantreft tot op een diepte van 366 meter, een nest onder stenen. Hij staat bekend om het grommende geluid dat hij produceert om het vrouwtje in zijn nest te krijgen, maar hij heeft ook lichtgevende organen die gaan glimmen tijdens de paaitijd.

Dit vermogen van bepaalde levende wezens om licht te produceren, resulteert uit een chemische reactie met luciferine, een molecule waarvan de door luciferase - een enzym - veroorzaakte oxidatie licht genereert.

Bioluminescentie, fosforescentie en fluorescentie zijn drie verschijnselen die licht produceren, maar een verschillende oorsprong hebben:

• Bioluminescentie is dus het resultaat van een chemische reactie.
• Fosforescentie is het vermogen van bepaalde lichamen om licht uit te stralen nadat ze het ontvangen hebben.
• Fluorescentie is het vermogen van bepaalde organismen om het ontvangen licht direct te weerkaatsen. Sommige koralen bezitten een fluorescent vermogen; de proteïnen die aanwezig zijn in het koraalweefsel absorberen het blauwe licht en zenden groen licht uit.

Door de bioluminescentie te bestuderen, hebben we meer inzicht gekregen in bepaalde soorten, maar dit verschijnsel is ook interessant voor toepassingen in ons dagelijkse leven.

Wist je dit? Tijdens de Tweede Wereldoorlog slaagden de Japanse officiers erin hun documenten te lezen in het donker dankzij poeder van Cypridina (mosselkreeftjes) dat zelfs gedroogd nog biolusminescent was.

In de geneeskunde hebben bioluminescente bacteriën ervoor gezorgd dat onderzoekers heel nauwkeurig in 3D een tumor konden lokaliseren bij een muis.  Dit onderzoek kan helpen om de medische beeldvorming te verbeteren en dus tumoren in een vroeg stadium op te sporen met een precieze inschatting van hun grootte en hun vorm.

De Aequorea victoria, een lichtgevende kwal, bevat het eiwit aequorine dat wordt gebruikt als biologische marker bij medisch onderzoek. De extractie van dit groene fluorescente eiwit werd bekroond met de Nobelprijs voor Scheikunde in 2008, uitgereikt aan de Japanner Osamu Shimomura en de Amerikanen Roger Tsien en Martin Chalfie.