La bioluminescenza e la fluorescenza sono fenomeni scientifici che riguardano l'emissione di luce,

La bioluminescenza è la produzione e l'emissione di luce da parte di un organismo vivente. È una specie di chemiluminescenza. La bioluminescenza è prevalente nei vertebrati e negli invertebrati marini, così come in alcuni funghi, microrganismi, compresi alcuni batteri bioluminescenti, e artropodi terrestri come le lucciole.

Fluorescenza, d'altro canto, è l'emissione di luce da parte di una sostanza che ha assorbito luce o altra radiazione elettromagnetica. È una forma di luminescenza. Nella maggior parte dei casi, la luce emessa ha una lunghezza d'onda maggiore e quindi meno energia della radiazione assorbita.

Bioluminescenza vs Fluorescenza

Bioluminescenza

La bioluminescenza è causata da reazioni chimiche all'interno degli esseri viventi.

La bioluminescenza è un processo chimico in cui un enzima scompone un substrato, e uno dei prodotti di questa reazione è leggero.

fungo luminoso

La reazione chimica di base nella bioluminescenza coinvolge una molecola che emette luce e un enzima, di solito chiamato luciferina e luciferasi, rispettivamente.

L'enzima luciferasi catalizza l'ossidazione della luciferina. In alcune specie, la luciferasi richiede altri cofattori, come ioni calcio o magnesio e talvolta un adenosina trifosfato che trasporta energia (ATP) molecola.

C'è poca variazione evolutiva nelle luciferine: uno, in particolare, celenterazina, si trova in 11 diversi gruppi filogenetici animali, anche se alcuni animali lo prendono attraverso la loro dieta. In contrasto, luciferasi variano ampiamente tra le diverse specie, fornendo prove che la bioluminescenza si è verificata più di 40 volte nella storia evolutiva.

La luciferina è un composto che effettivamente produce luce. In una reazione chimica, la luciferina è chiamata substrato. Il colore bioluminescente (giallo nelle lucciole, verdastro nelle lanterne) è il risultato della disposizione delle molecole di luciferina.

Alcuni organismi bioluminescenti producono (sintetizzare) luciferine stesse. Dinoflagellati, per esempio, bioluminescenza di colore verde-bluastro. I dinoflagellati bioluminescenti sono un tipo di plancton, minuscoli organismi marini che a volte fanno risplendere la superficie dell'oceano di notte.

Alcuni organismi bioluminescenti non sintetizzano la luciferina. Anziché, lo assorbono attraverso altri organismi, sia come cibo che come parte di una relazione simbiotica.

Per esempio, alcune specie di pesciolini ottengono la luciferina attraverso il “semi di gambero” consumano. Molti animali marini, come i calamari, contengono batteri bioluminescenti nei loro organi luminosi. Batteri e calamari sono in una relazione simbiotica.

La luciferasi è un enzima. Un enzima è una sostanza chimica (chiamato catalizzatore) che interagisce con un substrato e influenza la velocità di una reazione chimica.

Quando la luciferasi interagisce con ossidato (con l'aggiunta di ossigeno) luciferina, si forma un sottoprodotto chiamato ossiluciferina. Ma ancora più importante, la reazione chimica produce luce.

I dinoflagellati bioluminescenti producono luce attraverso la reazione luciferina-luciferasi. La luciferasi presente nei dinoflagellati è legata alla clorofilla chimica verde presente nelle piante.

Gli ecosistemi dinoflagellati bioluminescenti sono rari, formandosi principalmente in lagune di acqua calda con accesso ristretto al mare aperto. I dinoflagellati bioluminescenti si riuniscono in queste lagune o baie, e l'apertura stretta impedisce loro di fuggire.

La maggior parte delle reazioni bioluminescenti coinvolgono luciferina e luciferasi. tuttavia, alcune reazioni si verificano senza l'enzima (luciferasi). Queste reazioni coinvolgono una sostanza chimica chiamata fotoproteina. Le fotoproteine ​​si combinano con la luciferina e l'ossigeno, ma hanno bisogno di un altro agente, spesso l'elemento ione calcio, per produrre luce.

L'uso della bioluminescenza da parte degli animali include il mascheramento antiluminescenza, imitando altri animali, es. per attirare la preda, e segnalando altri individui della stessa specie, es. per attirare i compagni.

In laboratorio, i sistemi basati sulla luciferasi sono utilizzati nell'ingegneria genetica e nella ricerca biomedica. I ricercatori stanno anche esplorando l'uso di sistemi bioluminescenti per l'illuminazione stradale e decorativa, ed è stato realizzato un impianto bioluminescente.

Biologi e ingegneri stanno studiando le sostanze chimiche e le condizioni associate alla bioluminescenza per vedere come le persone possono utilizzare il processo per rendere la vita più facile e sicura.

Proteina fluorescente verde (GFP), per esempio, è un valore “gene reporter. I geni reporter sono sostanze chimiche (geni) che i biologi legano ad altri geni che stanno studiando.

I geni reporter della GFP sono facilmente identificabili e misurabili, di solito dalla loro fluorescenza. Ciò consente agli scienziati di monitorare e controllare l'attività del gene studiato — la sua espressione nella cellula o la sua interazione con altre sostanze chimiche.

Altri usi sono più sperimentali. Per esempio, gli alberi bioluminescenti potrebbero aiutare le strade e le autostrade principali. Ciò ridurrebbe la necessità di elettricità.

Le colture bioluminescenti e altre piante potrebbero brillare quando hanno bisogno di acqua o altri nutrienti, o quando sono pronti per la raccolta. Ciò ridurrebbe i costi per gli agricoltori e le imprese agroalimentari.

Fluorescenza

lampade a led

La fluorescenza è un processo fisico in cui la luce energizza gli elettroni in un fluoroforo verso uno stato energetico più elevato, e quando l'elettrone ritorna al suo stato fondamentale, emette un fotone.

La fluorescenza è un membro dell'onnipresente famiglia dei processi di luminescenza in cui le molecole suscettibili emettono luce da stati di eccitazione elettronica creati da un (per esempio., assorbimento della luce), meccanico (attrito), o meccanismo chimico.

La generazione di luminescenza per eccitazione di una molecola da parte di fotoni di luce ultravioletta o visibile è un fenomeno chiamato fotoluminescenza, che è formalmente diviso in due categorie, fluorescenza e fosforescenza, a seconda della configurazione elettronica dello stato eccitato e del percorso di emissione.

La fluorescenza è la proprietà di alcuni atomi e molecole di assorbire la luce a una certa lunghezza d'onda e successivamente emettere luce a una lunghezza d'onda maggiore dopo un breve periodo, chiamato la durata della fluorescenza.

Il processo di fosforescenza avviene in modo simile alla fluorescenza, ma con una vita molto più lunga dello stato eccitato.

La fluorescenza di solito si verifica quando la radiazione assorbita si trova nella regione ultravioletta dello spettro e quindi invisibile all'occhio umano, mentre la luce emessa è nella regione visibile, che conferisce al materiale fluorescente un colore distinto che può essere visto solo se esposto alla luce ultravioletta.

I materiali fluorescenti smettono di brillare quasi immediatamente dopo la cessazione della fonte di radiazione, a differenza dei materiali fosforescenti, che continuano ad emettere luce per qualche tempo.

La fluorescenza si trova spesso anche in natura in alcuni minerali e in molte forme biologiche in tutti i regni della vita. A volte viene chiamata biofluorescenza per dimostrare che il fluoroforo proviene da un organismo vivente. tuttavia, in molti casi, una sostanza può essere fluorescente anche se l'organismo è morto.

La fluorescenza ha molte applicazioni utili, compresa la mineralogia, gemmologia, medicinale, sensori chimici (spettroscopia di fluorescenza), etichettatura fluorescente, coloranti, rilevatori biologici, rilevamento dei raggi cosmici, display fluorescenti sottovuoto, e tubi a raggi catodici.

L'applicazione quotidiana più comune è nelle lampade fluorescenti e LED a risparmio energetico, dove vengono utilizzati rivestimenti fluorescenti per convertire la luce ultravioletta o blu a onde corte in luce gialla a onde lunghe, imitando così la luce calda delle lampadine a incandescenza a risparmio energetico.

Grafico comparativo