اللمعان البيولوجي واللمعان هما ظاهرتان علميتان معنيتان بانبعاث الضوء,

التلألؤ البيولوجي هو إنتاج وانبعاث الضوء بواسطة كائن حي. إنه نوع من التلألؤ الكيميائي. اللمعان البيولوجي منتشر في الفقاريات البحرية واللافقاريات, وكذلك في بعض الفطريات, الكائنات الدقيقة, بما في ذلك بعض البكتيريا الضيائية الحيوية, والمفصليات الأرضية مثل اليراعات.

ضوئي, من ناحية أخرى, هو انبعاث الضوء من مادة امتصت الضوء أو إشعاع كهرومغناطيسي آخر. إنه شكل من أشكال اللمعان. في معظم الحالات, الضوء المنبعث له طول موجي أطول وبالتالي طاقة أقل من الإشعاع الممتص.

تلألؤ بيولوجي مقابل الإسفار

تلألؤ بيولوجي

ينتج اللمعان البيولوجي عن تفاعلات كيميائية داخل الكائنات الحية.

التلألؤ البيولوجي هو عملية كيميائية يقوم فيها الإنزيم بتكسير الركيزة, وأحد نواتج هذا التفاعل هو الضوء.

فطر متوهج

يتضمن التفاعل الكيميائي الأساسي في التلألؤ البيولوجي جزيءًا باعثًا للضوء وإنزيمًا, عادة ما يسمى luciferin و luciferase, على التوالي.

يحفز إنزيم لوسيفيراز أكسدة لوسيفيرين. في بعض الأنواع, يتطلب لوسيفيراز عوامل مساعدة أخرى, مثل أيونات الكالسيوم أو المغنيسيوم وأحيانًا أدينوسين ثلاثي الفوسفات الحامل للطاقة (ATP) مركب.

هناك اختلاف تطوري ضئيل في لوسيفيرين: واحد, خاصه, كويلنترازين, موجود في 11 مجموعات مختلفة من النشوء والتطور الحيواني, على الرغم من أن بعض الحيوانات تحصل عليه من خلال نظامهم الغذائي. في المقابل, luciferases تختلف اختلافا كبيرا بين الأنواع المختلفة, تقديم دليل على حدوث تلألؤ بيولوجي أكثر من 40 مرات في التاريخ التطوري.

لوسيفيرين مركب ينتج الضوء في الواقع. في تفاعل كيميائي, ويسيفيرين يسمى الركيزة. اللون الحيوي (الأصفر في اليراعات, مخضر في الفوانيس) هي نتيجة ترتيب جزيئات لوسيفيرين.

تنتج بعض الكائنات الحية الضيائية (تركيب) لوسيفيرين أنفسهم. دينوفلاجيلاتيس, فمثلا, تلألؤ بيولوجي بلون أخضر مزرق. دينوفلاجيلات الضيائية الحيوية هي نوع من العوالق, كائنات بحرية دقيقة تجعل سطح المحيط يتوهج أحيانًا في الليل.

بعض الكائنات الحية الضيائية لا تصنع اللوسيفيرين. في حين أن, تمتصه من خلال الكائنات الحية الأخرى, إما كغذاء أو كجزء من علاقة تكافلية.

فمثلا, بعض أنواع أسماك المنوة تحصل على لوسيفيرين من خلال “روبيان البذور” يستهلكون. العديد من الحيوانات البحرية, مثل الحبار, تحتوي على بكتيريا ضيائية حيوية في أعضائها الضوئية. البكتيريا والحبار في علاقة تكافلية.

لوسيفيراز إنزيم. الانزيم مادة كيميائية (يسمى محفز) يتفاعل مع ركيزة ويؤثر على معدل التفاعل الكيميائي.

عندما يتفاعل لوسيفيراز مع المؤكسد (مع إضافة الأكسجين) لوسيفيرين, يتم تكوين منتج ثانوي يسمى أوكسي سيفيرين. أكثر أهمية, ينتج التفاعل الكيميائي الضوء.

ينتج دينوفلاجيلات الضيائية الحيوية الضوء عبر تفاعل لوسيفيرين-لوسيفيراز. يرتبط لوسيفيراز الموجود في الدينوفلاجيلات بالكلوروفيل الكيميائي الأخضر الموجود في النباتات.

النظم البيئية الدينوفلاجيلات ذات الإضاءة الحيوية نادرة, تتشكل في الغالب في بحيرات المياه الدافئة مع وصول ضيق إلى البحر المفتوح. تتجمع السوطيات الحيوية المضيئة في هذه البحيرات أو الخلجان, والفتحة الضيقة تمنعهم من الهروب.

تتضمن معظم تفاعلات الإضاءة الحيوية لوسيفيرين وسيفيراز. ومع ذلك, تحدث بعض التفاعلات بدون الإنزيم (لوسيفيراز). تتضمن هذه التفاعلات مادة كيميائية تسمى البروتين الضوئي. تتحد البروتينات الضوئية مع اللوسيفيرين والأكسجين, لكنهم بحاجة إلى وكيل آخر, في كثير من الأحيان عنصر الكالسيوم أيون, لإنتاج الضوء.

استخدام الحيوانات للإضاءة الحيوية يشمل إخفاء التوهج, تقليد الحيوانات الأخرى, منها مثلا. لجذب الفريسة, والإشارة إلى أفراد آخرين من نفس النوع, منها مثلا. لجذب الاصحاب.

في المختبر, تستخدم الأنظمة القائمة على luciferase في الهندسة الوراثية والبحوث الطبية الحيوية. يستكشف الباحثون أيضًا استخدام أنظمة الإضاءة الحيوية لإضاءة الشوارع والإضاءة الزخرفية, وتم إنشاء نبات مضيء حيويًا.

يدرس علماء الأحياء والمهندسون المواد الكيميائية والظروف المرتبطة بالإضاءة الحيوية لمعرفة كيف يمكن للناس استخدام هذه العملية لجعل الحياة أسهل وأكثر أمانًا.

بروتين الفلوريسنت الأخضر (GFP), فمثلا, قيمة “الجين المراسل. جينات المراسل هي مواد كيميائية (الجينات) التي يربطها علماء الأحياء بالجينات الأخرى التي يدرسونها.

يتم التعرف بسهولة على جينات مراسل GFP وقياسها, عادة من خلال تألقهم. يسمح هذا للعلماء بمراقبة نشاط الجين الذي تتم دراسته والتحكم فيه — تعبيرها في الخلية أو تفاعلها مع المواد الكيميائية الأخرى.

الاستخدامات الأخرى أكثر تجريبية. فمثلا, يمكن للأشجار ذات الإضاءة الحيوية أن تساعد الشوارع الرئيسية والطرق السريعة. هذا من شأنه أن يقلل من الحاجة إلى الكهرباء.

يمكن أن تتوهج المحاصيل ذات الإضاءة الحيوية والنباتات الأخرى عندما تحتاج إلى الماء أو المغذيات الأخرى, أو عندما يكونون جاهزين للحصاد. هذا من شأنه أن يقلل التكاليف للمزارعين والأعمال التجارية الزراعية.

ضوئي

المصابيح التي تقودها

الإسفار هو عملية فيزيائية ينشط فيها الضوء الإلكترونات في الفلوروفور إلى حالة طاقة أعلى, وعندما يعود الإلكترون إلى حالته الأساسية, تنبعث منها فوتون.

الإسفار هو عضو في عائلة عمليات التلألؤ المنتشرة في كل مكان والتي تبعث فيها الجزيئات الحساسة الضوء من حالات الإثارة الإلكترونية التي تم إنشاؤها بواسطة أي من العناصر الفيزيائية. (مثلا, امتصاص الضوء), ميكانيكي (احتكاك), أو آلية كيميائية.

إن توليد اللمعان عن طريق إثارة الجزيء بواسطة فوتونات الأشعة فوق البنفسجية أو الضوء المرئي هي ظاهرة تسمى التلألؤ الضوئي, الذي ينقسم رسميًا إلى فئتين, الأسفار والفسفور, اعتمادًا على التكوين الإلكتروني للحالة المثارة ومسار الانبعاث.

الفلورة هي خاصية بعض الذرات والجزيئات لامتصاص الضوء عند طول موجي معين ومن ثم ينبعث منها الضوء بطول موجي أطول بعد فترة قصيرة من الزمن, يسمى عمر التألق.

تحدث عملية الفسفرة بشكل مشابه للفلورة, ولكن مع عمر أطول بكثير من حالة الإثارة.

يحدث الإسفار عادةً عندما يكون الإشعاع الممتص في منطقة الأشعة فوق البنفسجية من الطيف وبالتالي غير مرئي للعين البشرية, بينما الضوء المنبعث في المنطقة المرئية, مما يعطي مادة الفلورسنت لونًا مميزًا لا يمكن رؤيته إلا عند تعرضها للأشعة فوق البنفسجية.

تتوقف المواد الفلورية عن التوهج فور توقف مصدر الإشعاع, على عكس المواد الفسفورية, التي تستمر في انبعاث الضوء لبعض الوقت.

غالبًا ما يوجد الإسفار في الطبيعة في بعض المعادن وفي العديد من الأشكال البيولوجية في جميع ممالك الحياة. يطلق عليه أحيانًا الفلورة الحيوية لإظهار أن الفلوروفور يأتي من كائن حي. ومع ذلك, في كثير من الحالات, يمكن أن تكون المادة متألقة حتى لو مات الكائن الحي.

الفلورة لها العديد من التطبيقات المفيدة, بما في ذلك علم المعادن, علم الحجارة الكريمة, دواء, مجسات كيميائية (مطيافية التألق), وضع العلامات الفلورية, الأصباغ, أجهزة الكشف البيولوجية, كشف الأشعة الكونية, شاشات الفلورسنت الفراغية, وأنابيب أشعة الكاثود.

التطبيق اليومي الأكثر شيوعًا هو في مصابيح الفلورسنت الموفرة للطاقة ومصابيح LED, حيث يتم استخدام الطلاءات الفلورية لتحويل الأشعة فوق البنفسجية القصيرة أو الضوء الأزرق إلى ضوء أصفر طويل الموجة, وبالتالي محاكاة الضوء الدافئ للمصابيح المتوهجة الموفرة للطاقة.

رسم بياني للمقارنة