Vi sarà capitato di vedere immagini di spiagge blu e luminose sotto un cielo buio. Questo bagliore è chiamato bioluminescenza. Viene emessa da piccoli organismi chiamati alghe bioluminescenti che vivono nell'acqua.
Le alghe bioluminescenti sono alghe luminose presenti negli oceani di tutto il mondo. Appaiono come lampi di luce verde-bluastra quando l'acqua in cui vivono viene disturbata.
Ecco tutto quello che c'è da sapere sulle alghe bioluminescenti e sul perché si illuminano.
Cos'è la bioluminescenza?
La bioluminescenza è un tipo di chemiluminescenza, cioè una reazione chimica che produce luce. La bioluminescenza si verifica quando una reazione chimica all'interno di un organismo vivente produce luce come sottoprodotto. In questo modo si crea un effetto luminoso o scintillante.
È un tipo di meccanismo che si osserva negli animali marini come le alghe o i calamari. Aiuta alcuni animali ad attirare il cibo per la sopravvivenza.
È nota come "luce fredda" perché appare bluastra e genera poco calore. Nelle acque oceaniche si trovano organismi marini bioluminescenti, tra cui pesci, batteri, meduse e alghe. Sulla terraferma si trovano organismi bioluminescenti come le lucciole e alcuni funghi.
La reazione chimica che provoca la bioluminescenza coinvolge le sostanze chimiche luciferina e luciferasi. Alcuni organismi bioluminescenti producono da soli queste sostanze chimiche, mentre altri le ottengono attraverso il cibo.
La luciferina è una sostanza complessa che produce luce. La luciferasi è un enzima o una sostanza chimica che aiuta ad accelerare una reazione. Permette alle molecole di ossigeno di legarsi alla luciferina. Questa reazione è chiamata ossidazione. Una volta che la luciferina si lega all'ossigeno, produce ossiluciferina ed emette energia sotto forma di luce. Il colore e l'intensità della luce variano a seconda di come sono disposte le molecole di luciferina in un organismo e a seconda del tipo di enzima luciferasi.
Alcuni organismi hanno sostanze chimiche chiamate fotoproteine, che si combinano con la luciferina e l'ossigeno. Non richiedono la luciferasi per emettere luce come sottoprodotto. Producono invece luce quando entrano in contatto con gli ioni calcio.
La bioluminescenza non deve essere confusa con la fluorescenza. La fluorescenza si verifica in presenza di una luce stimolante, che viene assorbita e poi emessa per lunghi periodi.
Che cosa sono le alghe bioluminescenti?
Le alghe bioluminescenti sono minuscole alghe marine che producono una luce verde-bluastra. Sono organismi unicellulari. I dinoflagellati sono il tipo più comune di alghe bioluminescenti che crescono sulla superficie dell'oceano. La Noctiluca scintillans, nota anche come scintilla di mare, è una di queste dinoflagellate bioluminescenti.
Perché le alghe bioluminescenti brillano?
Le alghe bioluminescenti producono luciferina e luciferasi. La luciferasi nei dinoflagellati è simile alla sostanza chimica verde delle piante chiamata clorofilla. La reazione chimica che si verifica tra luciferina e luciferasi si innesca quando le alghe bioluminescenti sono disturbate dal movimento o da cambiamenti nell'ambiente.
Nei dinoflagellati, l'enzima luciferasi e la molecola di luciferina sono presenti all'interno di una struttura rotonda chiamata scintillon. Una perturbazione o un cambiamento nell'ambiente provoca uno stress sul rivestimento o sulla membrana esterna della cellula dinoflagellata, che stimola alcune reazioni all'interno della cellula. Ciò provoca cambiamenti nello scintillio, rendendolo più acido.
Questi cambiamenti attivano l'enzima luciferasi e accelerano il legame della luciferina con l'ossigeno. La reazione chimica produce ossiluciferina e genera luce come sottoprodotto.
Le alghe bioluminescenti si illuminano per un breve periodo quando vengono disturbate. Tuttavia, i cambiamenti nell'ambiente, come una diminuzione della salinità dell'acqua, possono costringere le alghe bioluminescenti a brillare continuamente.
In questi casi, appaiono come macchie blu o verdi scintillanti nell'oceano buio.
Le alghe bioluminescenti sono dannose?
Le alghe bioluminescenti appaiono ipnotizzanti su uno sfondo di acque scure. Osservare la bioluminescenza può essere un'esperienza bellissima. Tuttavia, può essere un segnale di allarme perché molte specie di dinoflagellate bioluminescenti sono tossiche.
Possono essere velenose per i pesci che vi nuotano intorno. Se venite a contatto con queste alghe bioluminescenti, possono essere dannose anche per voi. Alcune specie, come la scintilla marina, non sono molto velenose ma possono comunque avere effetti collaterali spiacevoli.
Le prove suggeriscono anche che la bioluminescenza può essere un segno di cambiamenti nell'ambiente, tra cui l'inquinamento e il riscaldamento globale. I cambiamenti ambientali possono causare un basso livello di ossigeno e alti livelli di azoto e fosforo nell'acqua. I dinoflagellati tossici tendono a riprodursi e a crescere rapidamente in queste condizioni, dando luogo a una fioritura algale dannosa. Questo può portare a un fenomeno chiamato "marea rossa". Milioni di alghe tossiche in eccesso cambiano il colore dell'acqua in rosso alla luce del giorno e la fanno brillare di notte.
Durante le maree rosse, anche gli animali marini come i pesci o i gamberi che si nutrono di alghe diventano velenosi perché le tossine delle dinoflagellate si accumulano nel loro corpo. Se si entra in contatto con le alghe o si mangiano queste creature marine tossiche, si possono avere effetti collaterali come problemi intestinali o intossicazione alimentare. Alcuni dinoflagellati producono neurotossine, che possono compromettere le funzioni cerebrali e la memoria.
È sicuro nuotare in acque bioluminescenti?
Alcune alghe bioluminescenti producono tossine dannose per la fauna marina, per l'uomo e per tutto ciò che entra in contatto con esse, quindi potrebbe non essere sicuro toccare le alghe o nuotare nell'acqua bioluminescente. È possibile visitare i litorali marini che presentano alghe bioluminescenti, ma è meglio evitare il contatto con le alghe e osservare il bagliore da una distanza di sicurezza.
Dove si trovano le alghe bioluminescenti?
Le alghe bioluminescenti fioriscono durante i mesi estivi nelle acque lungo la terraferma degli Stati Uniti. Spesso si raccoglie in lagune o baie di acqua calda con aperture strette. Questo impedisce alle alghe di fuoriuscire in mare aperto. Di notte, l'intera laguna appare scintillante e illuminata.
La bioluminescenza non può essere vista alla luce del giorno. Se si cerca di individuarla a occhio nudo, può essere debole, soprattutto se ci sono luci intorno. Su una spiaggia buia in una notte senza luna, tuttavia, è possibile vedere la bioluminescenza delle dinoflagellate nelle onde che si infrangono sulla riva. Quando si arenano sulla riva, è possibile scorgerne alcune mentre si cammina lungo la spiaggia. Si possono anche vedere nella scia di una barca o come forme nell'acqua.
Ricerca in corso
Gli scienziati stanno studiando l'uso delle alghe bioluminescenti in architettura. Poiché queste alghe sono in grado di produrre luce, possono essere utilizzate come fonte di illuminazione sostenibile ed ecologica. L'uso di queste alghe può eliminare la necessità di energia elettrica, alimentata da combustibili fossili, e contribuire a proteggere il pianeta.
Inoltre, i progettisti dell'interazione uomo-macchina stanno cercando di studiare e capire come le creature biologiche possano migliorare la comunicazione digitale. Le alghe bioluminescenti sono come piccoli computer autosufficienti e permettono agli scienziati di studiare come elaborano le informazioni e interagiscono con l'ambiente circostante. Questo può aiutare a creare sistemi digitali nuovi e unici per la comodità dell'uomo.
