Chắc chắn ai trong số các bạn đang đọc bài viết này, cũng từng có một thời “trẻ trâu” gắn liền với một loài bọ phát sáng mang tên đom đóm.
Chúng tạo ra một thứ ánh sáng lập lòe xanh sáng mỗi đêm, mà bất cứ đứa trẻ con hay người lớn nào cũng thích thú và tò mò. Đặc biệt vào những ngày hè giữa tháng sáu, bạn sẽ dễ dàng tìm thấy chúng trong bóng đêm.
Nhưng vì sao đom đóm có thể phát sáng như vậy thì không phải ai cũng biết, tất cả là nhờ một hợp chất hóa học đặc biệt có bên trong cơ thể nhỏ bé ấy.
Vì thế, hôm nay chúng ta sẽ tìm hiểu về hóa học đằng sau sự phát sáng của đom đóm nhé các bạn. Bắt đầu nào!
Tổng quan
Đom đóm hay bọ phát sáng là những loài côn trùng cánh cứng nhỏ được gọi chung là họ Đom đóm có khả năng phát quang. Đom đóm là động vật tiêu biểu cho vùng ôn đới; mặc dù phần lớn các loài sống ở vùng nhiệt và cận nhiệt đới (khoảng 2000 loài).
Chúng là những sinh vật có tập tính hoạt động về ban đêm, con đực thường có cánh và bay vào những đêm đầu mùa hạ. Nhiều loài, con cái không có cánh.
Con đực, con cái và ấu trùng phát ra ánh sáng lạnh và thường có màu đỏ cam hay vàng xanh (bước sóng 510 – 670 nm); một số loài thậm chí trứng cũng phát quang.
Người ta cho rằng, ánh sáng giữ vai trò quan trọng trong tập tính sinh sản của chúng với mục đích hấp dẫn con khác giới.
Còn ở ấu trùng thì sự phát sáng nhằm mục đích cảnh báo các động vật ăn thịt là chủ yếu. Điều này có đúng không ta? Hãy đọc đến cuối bài viết để biết thêm chi tiết nha!
Đom đóm phát sáng bằng cách nào?
Đom đóm tạo ra một phản ứng hóa học bên trong cơ thể của chúng, cho phép chúng sáng lên. Hiện tượng ánh sáng này được tạo ra gọi là phát quang sinh học hay bioluminescence.
Phương pháp mà đom đóm tạo ra ánh sáng có lẽ là ví dụ nổi tiếng nhất về phát quang sinh học.
Khi oxy kết hợp với canxi, adenosine triphosphate (ATP) và hợp chất luciferin trong sự hiện diện của luciferase, một enzyme phát quang sinh học, giúp ánh sáng được tạo ra.
Không giống như bóng đèn chúng ta thường thấy, tạo ra rất nhiều nhiệt ngoài ánh sáng, ánh sáng của một con đom đóm là ánh sáng lạnh, và không có nhiều năng lượng bị mất dưới dạng nhiệt.
Điều này là cần thiết bởi vì nếu cơ quan sản xuất ánh sáng của một con đom đóm nóng lên như một bóng đèn, thì con đom đóm sẽ không thể sống sót trong thực tế.
Bên cạnh đó, một con đom đóm còn kiểm soát sự bắt đầu và kết thúc của phản ứng hóa học. Và do đó nó có thể bắt đầu và dừng phát xạ ánh sáng, bằng cách thêm oxy vào các hóa chất khác cần thiết để tạo ra ánh sáng. Điều này xảy ra trong cơ quan ánh sáng của côn trùng.
Khi có oxy, cơ quan ánh sáng sáng lên, và khi nó không có sẵn, ánh sáng sẽ tắt. Côn trùng không có phổi, nhưng thay vào đó việc vận chuyển oxy từ bên ngoài cơ thể đến các tế bào bên trong được thông qua một loạt các ống nhỏ liên tiếp được gọi là các ống khí (tracheoles).
Trong một thời gian dài, hiện tượng này được xem là một bí ẩn và làm thế nào một số loài đom đóm quản lý được tốc độ sáng cao như vậy, khi xem xét tốc độ tương đối chậm của các cơ bắp kiểm soát vận chuyển oxy.
Các nhà nghiên cứu gần đây đã nhận thức được rằng khí nitric oxide (cùng loại khí được sản xuất bằng cách dùng thuốc Viagra) đóng một vai trò quan trọng trong việc điều khiển ánh sáng của đom đóm. Và tất nhiên, khi ánh sáng đom đóm tắt, “không có oxit nitric được tạo ra.
Trong tình huống này, ôxy đi vào cơ quan ánh sáng được gắn với bề mặt của các bào quan sinh năng lượng của tế bào, gọi là ty thể (mitrochondria), và do đó ôxy không thể vận chuyển xa hơn nội trong cơ quan sáng.
Sự hiện diện của nitric oxide, liên kết với ty thể, cho phép oxy chảy vào cơ quan ánh sáng, nơi nó kết hợp với các hóa chất khác cần thiết để tạo ra phản ứng phát quang sinh học.
Vì nitric oxide bị phá vỡ rất nhanh, ngay khi hóa chất không còn được tạo ra, các phân tử oxy lại bị mắc kẹt bởi ty thể và không có sẵn để sản xuất ánh sáng.
Tại sao đom đóm phát sáng?
Đom đóm xuất hiện để sáng lên vì nhiều lý do. Ấu trùng tạo ra ánh sáng ngắn và chủ yếu hoạt động vào ban đêm, thậm chí nhiều loài dưới lòng đất hoặc bán thủy sinh cũng có thể.
Đom đóm sản xuất steroid phòng thủ trong cơ thể của nó để gây khó chịu với kẻ thù. Ấu trùng sử dụng ánh sáng của này làm màn hình cảnh báo để truyền đạt sự phẫn nộ của nó.
Khi trưởng thành, nhiều con đom đóm có hình dạng phát sáng độc đáo với loài của chúng và sử dụng nó để xác định các thành viên khác của loài, cũng như phân biệt đối xử giữa các thành viên khác giới.
Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng những con đom đóm cái chọn bạn tình tùy thuộc vào đặc điểm mẫu “flash” con đực cụ thể. Tốc độ sáng con đực cao hơn, cũng như cường độ đèn flash tăng, đã được chứng minh là hấp dẫn hơn đối với con cái ở hai loài đom đóm khác nhau.
Tuy nhiên, những con đom đóm trưởng thành của một số loài không sáng ở tất cả và thay vào đó chúng sử dụng kích thích tố để xác định vị trí bạn tình.
Việc sử dụng các kích thích tố như tín hiệu tình dục, dường như là điều kiện tổ tiên trong đom đóm, với việc sử dụng các tín hiệu tình dục ánh sáng như là một sự phát triển gần đây hơn.
Có những loài sử dụng cả hai thành phần “pheromon” (chất dẫn dụ côn trùng) và ánh sáng trong hệ thống giao phối của chúng. Những loài này dường như là trung gian tiến hóa giữa những con đom đóm chỉ pheromon và đom đóm chỉ có đèn flash.
Bài viết đến đây là hết rồi. HiHi. Bây giờ các bạn đã biết lý do tại sao và làm thế nào đom đóm có thể phát sáng rồi đúng không nào!
Lần sau khi bắt gặp thấy chúng thì hãy nghỉ về hóa học đằng sau sự phát sáng của chúng nhé!
Tham khảo Scientificamerican, Wikipedia và Reaxyschem.elsevier.com.
