Biolumineszenz und Fluoreszenz sind wissenschaftliche Phänomene, die sich mit der Lichtemission befassen,

Biolumineszenz ist die Produktion und Emission von Licht durch einen lebenden Organismus. Es ist eine Art Chemilumineszenz. Biolumineszenz ist bei marinen Wirbeltieren und Wirbellosen weit verbreitet, sowie bei einigen Pilzen, Mikroorganismen, einschließlich einiger biolumineszierender Bakterien, und terrestrische Arthropoden wie Glühwürmchen.

Fluoreszenz, auf der anderen Seite, ist die Lichtemission eines Stoffes, der Licht oder andere elektromagnetische Strahlung absorbiert hat. Es ist eine Form der Lumineszenz. In den meisten Fällen, das emittierte Licht hat eine längere Wellenlänge und damit weniger Energie als die absorbierte Strahlung.

Biolumineszenz vs. Fluoreszenz

Biolumineszenz

Biolumineszenz wird durch chemische Reaktionen in Lebewesen verursacht.

Biolumineszenz ist ein chemischer Prozess, bei dem ein Enzym ein Substrat abbaut, und eines der Produkte dieser Reaktion ist Licht.

leuchtender Pilz

An der grundlegenden chemischen Reaktion der Biolumineszenz sind ein lichtemittierendes Molekül und ein Enzym beteiligt, normalerweise Luciferin und Luciferase genannt, beziehungsweise.

Das Enzym Luciferase katalysiert die Oxidation von Luciferin. Bei einigen Arten, Luciferase benötigt andere Cofaktoren, wie Calcium- oder Magnesiumionen und manchmal ein energietragendes Adenosintriphosphat (ATP) Molekül.

Bei Luciferinen gibt es nur geringe evolutionäre Variationen: ein, bestimmtes, Coelenterazin, findet sich in 11 verschiedene tierische phylogenetische Gruppen, obwohl einige der Tiere es über ihre Nahrung bekommen. Im Gegensatz, Luciferasen variieren stark zwischen verschiedenen Spezies, Nachweis, dass Biolumineszenz mehr als aufgetreten ist 40 Zeiten in der Evolutionsgeschichte.

Luciferin ist eine Verbindung, die tatsächlich Licht erzeugt. In einer chemischen Reaktion, Luciferin wird als Substrat bezeichnet. Die biolumineszierende Farbe (gelb in Glühwürmchen, grünlich bei Laternenfliegen) ist das Ergebnis der Anordnung von Luciferinmolekülen.

Einige biolumineszierende Organismen produzieren (synthetisieren) Luciferin selbst. Dinoflagellaten, zum Beispiel, Biolumineszenz in bläulich-grüner Farbe. Biolumineszierende Dinoflagellaten sind eine Art Plankton, winzige Meeresorganismen, die manchmal nachts die Meeresoberfläche zum Leuchten bringen.

Einige biolumineszierende Organismen synthetisieren kein Luciferin. Stattdessen, sie nehmen es durch andere Organismen auf, entweder als Nahrung oder als Teil einer symbiotischen Beziehung.

Beispielsweise, Einige Arten von Elritzenfischen erhalten Luciferin durch die “Samen Garnelen” sie verbrauchen. Viele Meerestiere, wie Tintenfische, enthalten biolumineszierende Bakterien in ihren Lichtorganen. Bakterien und Tintenfische gehen eine Symbiose ein.

Luciferase ist ein Enzym. Ein Enzym ist eine chemische Substanz (Katalysator genannt) die mit einem Substrat interagiert und die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion beeinflusst.

Wenn Luciferase mit oxidiertem . interagiert (unter Zugabe von Sauerstoff) luziferin, ein Nebenprodukt namens Oxyluciferin wird gebildet. Wichtiger, die chemische Reaktion erzeugt Licht.

Biolumineszierende Dinoflagellaten erzeugen Licht über die Luciferin-Luciferase-Reaktion. Die in Dinoflagellaten vorkommende Luciferase ist mit der grünen Chemikalie Chlorophyll in Pflanzen verbunden.

Biolumineszierende Dinoflagellaten-Ökosysteme sind selten, bildet sich meist in Warmwasserlagunen mit engem Zugang zum offenen Meer. In diesen Lagunen oder Buchten versammeln sich biolumineszierende Dinoflagellaten, und die schmale Öffnung verhindert das Entweichen.

Die meisten biolumineszenten Reaktionen beinhalten Luciferin und Luciferase. jedoch, einige Reaktionen treten ohne das Enzym auf (Luciferase). Diese Reaktionen beinhalten eine Chemikalie namens Photoprotein. Die Photoproteine ​​verbinden sich mit Luciferin und Sauerstoff, aber sie brauchen einen anderen Agenten, oft das Element Calciumion, Licht erzeugen.

Die Verwendung von Biolumineszenz durch Tiere umfasst eine Antilumineszenz-Maskierung, andere Tiere nachahmen, z.B.. Beute anlocken, und signalisieren anderen Individuen derselben Art, z.B.. um Kumpels anzuziehen.

Im Labor, Luciferase-basierte Systeme werden in der Gentechnik und der biomedizinischen Forschung eingesetzt. Forscher untersuchen auch den Einsatz biolumineszierender Systeme für die Straßen- und Dekorationsbeleuchtung, und eine biolumineszierende Pflanze ist entstanden.

Biologen und Ingenieure untersuchen die mit der Biolumineszenz verbundenen Chemikalien und Bedingungen, um herauszufinden, wie Menschen den Prozess nutzen können, um das Leben einfacher und sicherer zu machen.

Grün fluoreszierendes Protein (GFP), zum Beispiel, ist ein wertvolles “Reportergen. Reportergene sind Chemikalien (Gene) die Biologen an andere Gene anhängen, die sie studieren.

GFP-Reportergene lassen sich leicht identifizieren und messen, in der Regel durch ihre Fluoreszenz. Dies ermöglicht es Wissenschaftlern, die Aktivität des untersuchten Gens zu überwachen und zu kontrollieren — seine Expression in der Zelle oder seine Wechselwirkung mit anderen Chemikalien.

Andere Verwendungen sind experimenteller. Beispielsweise, Biolumineszierende Bäume könnten Hauptstraßen und Autobahnen helfen. Das würde den Strombedarf reduzieren.

Biolumineszierende Pflanzen und andere Pflanzen könnten leuchten, wenn sie Wasser oder andere Nährstoffe benötigen, oder wenn sie erntereif sind. Dies würde die Kosten für Landwirte und Agrarunternehmen senken.

Fluoreszenz

LED Lampen

Fluoreszenz ist ein physikalischer Prozess, bei dem Licht Elektronen in einem Fluorophor in einen höheren Energiezustand versetzt, und wenn das Elektron in seinen Grundzustand zurückfällt, es emittiert ein Photon.

Fluoreszenz ist ein Mitglied der allgegenwärtigen Familie von Lumineszenzprozessen, bei denen anfällige Moleküle Licht aus elektronenangeregten Zuständen emittieren, die entweder (z.B., Lichtabsorption), mechanisch (Reibung), oder chemischer Mechanismus.

Die Erzeugung von Lumineszenz durch Anregung eines Moleküls durch Photonen von ultraviolettem oder sichtbarem Licht ist ein Phänomen, das als Photolumineszenz bezeichnet wird, die formal in zwei Kategorien unterteilt ist, Fluoreszenz und Phosphoreszenz, abhängig von der elektronischen Konfiguration des angeregten Zustands und des Emissionspfades.

Fluoreszenz ist die Eigenschaft bestimmter Atome und Moleküle, Licht einer bestimmten Wellenlänge zu absorbieren und nach kurzer Zeit Licht mit einer längeren Wellenlänge zu emittieren, als Lebensdauer der Fluoreszenz bezeichnet.

Der Vorgang der Phosphoreszenz verläuft ähnlich wie bei der Fluoreszenz, aber mit einer viel längeren Lebensdauer des angeregten Zustands.

Fluoreszenz tritt normalerweise auf, wenn die absorbierte Strahlung im ultravioletten Bereich des Spektrums liegt und somit für das menschliche Auge unsichtbar ist, während sich das emittierte Licht im sichtbaren Bereich befindet, was dem fluoreszierenden Material eine deutliche Farbe verleiht, die nur sichtbar ist, wenn es ultraviolettem Licht ausgesetzt wird.

Fluoreszierende Materialien hören fast sofort auf zu leuchten, nachdem die Strahlungsquelle aufgehört hat, im Gegensatz zu phosphoreszierenden Materialien, die noch einige Zeit Licht emittieren.

Fluoreszenz findet sich auch in der Natur häufig in einigen Mineralien und in vielen biologischen Formen in allen Reichen des Lebens. Es wird manchmal als Biofluoreszenz bezeichnet, um zu zeigen, dass das Fluorophor von einem lebenden Organismus stammt. jedoch, in vielen Fällen, eine Substanz kann fluoreszieren, auch wenn der Organismus tot ist.

Fluoreszenz hat viele nützliche Anwendungen, inklusive Mineralogie, Gemmologie, Medizin, chemische Sensoren (Fluoreszenzspektroskopie), Fluoreszenzmarkierung, Farbstoffe, biologische Detektoren, kosmische Strahlungserkennung, Vakuum-Fluoreszenz-Displays, und Kathodenstrahlröhren.

Die häufigste alltägliche Anwendung sind energiesparende Leuchtstoff- und LED-Lampen, wo fluoreszierende Beschichtungen verwendet werden, um kurzwelliges ultraviolettes oder blaues Licht in langwelliges gelbes Licht umzuwandeln, und ahmt damit das warme Licht von Energiesparglühbirnen nach.

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