10 Awesome Land Creatures That Can Glow

Ik heb tot nu toe tien berichten op mijn blog gepubliceerd en ze zijn allemaal gebaseerd op wetenschappelijke tijdschriftartikelen. Maar ik wil ook af en toe wat interessante en leuke wetenschapsfeitjes plaatsen dus heb ik deze geweldige lijst samengesteld. Ik hoop dat jullie een stralend nieuwjaar hebben!

Onze eerste, of enige, ervaring met gloeiende dieren is waarschijnlijk dat we worden verleid door de oogverblindende lichtshow die vuurvliegjes opvoeren. Het schijnbaar magische vermogen om je eigen licht uit te stralen – een verschijnsel dat bioluminescentie wordt genoemd – wordt in feite geproduceerd door een chemische reactie binnenin het organisme. Bij de reactie zijn een enzym betrokken dat luciferase wordt genoemd, een molecuul dat luciferine wordt genoemd, en een molecuul zuurstof. Luciferase grijpt in op de reactie tussen luciferine en zuurstof, waardoor een nieuwe verbinding ontstaat die het licht genereert dat wij zien. Dit proces vergt energie, maar bioluminescentie is verbazingwekkend efficiënt: minder dan 20% van het licht gaat verloren als warmte en daarom wordt het vaak “koud licht” genoemd.

Bioluminescentie is wijdverbreid onder mariene organismen, maar is zeldzaam op het land, en is miljoenen jaren later geëvolueerd. Niettemin zijn er enkele fascinerende landschepselen die het vermogen hebben ontwikkeld om licht te produceren – meestal insecten en schimmels. Hoewel het uitgestraalde licht verschillende kleuren kan hebben, zijn de meest voorkomende kleuren zowel in de zee als op het land blauw en groen, maar op het land zie je ook zeldzame gevallen van geel en zelfs rood. Organismen gloeien om verschillende redenen, zoals het aantrekken van partners, het waarschuwen van roofdieren en het vinden van voedsel. Sommige gloeien alleen op bepaalde tijden, gedurende een paar seconden, terwijl andere constant gloeien. Hier zijn enkele van de weinige betoverende landwezens die kunnen gloeien. Hoeveel van deze heb je er al gezien?

1. Glinsterende glimwormen: Een fatale aantrekkingskracht

De bioluminescente glimwormen Arachnocampa luminosa, ook bekend als schimmelmuggen, zijn ongeveer zo groot als een luciferhoutje en komen alleen voor in de donkere en vochtige gebieden van Nieuw-Zeeland, met name de Waitomo Caves, die een populaire toeristische attractie zijn geworden vanwege het verbluffende sterrenspektakel. Deze glimwormen zijn de larven die uit eieren komen en uiteindelijk uitgroeien tot volwassen tweevleugelige insecten die gewoonlijk slechts enkele dagen leven, uitsluitend om te paren. Tijdens het larvenstadium, het langste stadium dat tot 9 maanden kan duren, moeten de larven gulzig eten om het uit te houden tot het volwassen stadium, waarin zij niet kunnen eten omdat zij geen mond hebben.

De grotbewoners hebben een slinkse tactiek bedacht om hun prooi te vangen: Zij construeren hun eigen “vislijnen” gemaakt van zijde met kleverige slijmerige druppels die zij aan het plafond naar beneden kunnen hangen; deze lijnen kunnen wel 20 centimeter lang zijn. Bij het vallen van de nacht gloeien ze stralend blauw om nietsvermoedende prooien te lokken, zoals insecten – kruipend of vliegend naar de lokvogel toe – die verstrikt raken in het kleverige netwerk van lijnen en verlamd raken door de chemicaliën in het slijm. De larven kruipen dan naar beneden en eten hun vangst op. Hoe hongeriger ze zijn, hoe feller ze kunnen gloeien. Verrassend genoeg hebben ze maar 15 minuten nodig om één lijn te maken en kunnen ze tot 25 lijnen per nacht maken!

Ze zijn extreem territoriaal en als hun dichtheden hoog zijn, kunnen ze zelfs overgaan tot kannibalisme als ze een indringer van hun eigen soort bespeuren. Volwassen vrouwtjes lichten op om partners aan te trekken, hoewel mannetjes ook kunnen gloeien, en als er meerdere mannetjes arriveren, vechten ze met elkaar tot de fitste het vrouwtje wint. Het vrouwtje verliest haar vermogen om te gloeien na het leggen van eieren.

Als je toevallig het geluk hebt om deze verbazingwekkende wezens te zien, blijf dan stil en schijn niet met zaklantaarns op ze, want ze zullen hun lichten uitdoen.

2. Glimmende slakken

De slak, Quantula striata, mag er dan uitzien als elke andere slak, maar het is de enige landslak waarvan bekend is dat hij licht kan produceren, en hij komt voor in Zuidoost-Azië. Ongewoon genoeg gloeien zijn eieren voortdurend in het donker en na het uitkomen produceren ze enkele dagen lang kortstondige flitsen van geelgroen licht van achter hun mond, hoewel het licht zwak is.

De redenen voor het gloeien en flitsen zijn een mysterie, maar interessant genoeg stoppen ze met gloeien als ze de voortplantingsrijpe leeftijd hebben bereikt. Sommige onderzoekers suggereren dat ze door te flitsen communiceren met andere leden van hun soort en kunnen samenkomen, hoewel ze niet zeker zijn waarom. Wat een creatieve manier om anderen uit te nodigen voor een samenzijn!

3. Flitsende paddenstoel

Naast insecten komt bioluminescentie het meest voor bij schimmels; in feite zijn er minstens 50 soorten lichtgevende paddenstoelen gerapporteerd, waarbij Australische soorten lichtgevender zijn dan Noord-Amerikaanse. Een van de coolste soorten is de paddenstoel Mycena lucentipes, een van de zes bioluminescente paddenstoelensoorten die wetenschappers in 2006 ontdekten in het Atlantische woud van Brazilië. Hij gloeit felgroen en ’s nachts is hij werkelijk een betoverend schouwspel. Maar waarom gloeien ze? Mycologen of schimmeldeskundigen weten het niet, maar zij hebben gespeculeerd dat het zou kunnen zijn om geleedpotigen te lokken die helpen bij het verspreiden van hun sporen naar andere locaties. Andere verklaringen stellen dat hun gloed insecten kan afschrikken om ze op te eten of roofdieren van de insecten kan aantrekken om ze op te eten, zodat ze de schimmels niet kunnen opeten – met andere woorden, ze kunnen de vijand van hun vijand uitnodigen om zichzelf te beschermen.

Er zijn meer schimmelsoorten die erop wachten om ontdekt te worden, dus de volgende keer dat je een boswandeling maakt, ga dan ’s nachts en kijk goed rond – wie weet stuit je zelfs op een nieuwe gloeiende schimmel!

4. Giftige gloei-in-de-donker miljoenpoten

Van de meer dan 12.000 bekende miljoenpootsoorten zijn er maar een handvol die tot het geslacht Motyxia behoren en die allemaal uitsluitend in de bergachtige streken van Californië voorkomen bioluminescent. Overdag zitten ze ingegraven onder de grond, maar bij het vallen van de nacht wurmen deze blinde kruipdieren zich uit de grond om zich tegoed te doen aan dode planten en zenden ze een constante gloed uit hun exoskelet. Hun gloed is onheilspellend voor roofdieren: Als ze gestoord of bedreigd worden, laten ze giftig cyanide vrij uit kleine poriën in hun lichaam. In een experiment om dit idee te testen, plaatsten onderzoekers ’s nachts nep-miljoenpoten van klei naast echte gloeiende exemplaren en onderzochten ze de volgende ochtend. Tot hun verbazing werden de nepmiljoenpoten vier keer vaker dan de echt gloeiende aangevallen door wat zij afleidden als knaagdieren.

Verbazingwekkend genoeg hebben deze miljoenpoten een ander mechanisme ontwikkeld om te gloeien dat geen luciferase gebruikt, maar in plaats daarvan een fotoproteïne gebruikt dat oplicht wanneer het wordt geactiveerd door calciumrijke verbindingen. Dit mechanisme is vergelijkbaar met de manier waarop de kwallen, Aequorea Victoria, gloeien met behulp van groen fluorescerend eiwit, dat veel wordt gebruikt in het lab voor onderzoeksdoeleinden, zoals het hechten aan genen van belang om hun locatie in cellen te bestuderen.

5. Stralende spoorwormen

Spoorwormen zijn larven en vrouwelijke larviformen, dat zijn volwassenen – ongeveer twee centimeter lang – die lijken op larven en behoren tot dezelfde keversuperfamilie als vuurvliegjes. Zij zijn een van de weinige organismen die de opmerkelijke prestatie leveren om niet één maar twee kleuren uit te zenden in verschillende delen van hun lichaam. Deze wormen behoren tot het geslacht Phrixothrix en komen voor in Zuid-Amerika. De wormen lijken op een miniatuurtrein die ’s nachts voortdendert: De kop gloeit vurig rood, terwijl het lichaam groen licht uitstraalt door elf paar lichtgevende vlekken die in rijen zijn gerangschikt.

Wetenschappers ontdekten dat het luciferase enzym dat betrokken is bij de reactie die de atypische rode kleur in de kop afgeeft, het enige enzym is dat dit in de natuur kan doen en qua structuur enigszins verschilt van andere luciferases. Studies uit de jaren veertig meldden al dat ze bij een lichte verstoring – zoals het stoten van de tafel en het omver blazen – hun rode koplamp aanzetten en bij hevigere verstoringen hun beide rijen groene lichten. Meer recent bewijs suggereert dat hun gloed een signaal naar roofdieren uitzendt dat ze vreselijk smaken.

6. Lichtgevende klikkevers

Veel klikkevers uit de familie Elateridae (naaste verwanten van vuurvliegjes), vooral die uit het geslacht Pyrophorus, zijn bioluminescent en ze komen voor in tropische gebieden van het westelijk halfrond. Ze worden ook wel knipkevers genoemd en zoals hun naam al doet vermoeden, maken ze klikkende geluiden wanneer ze zich in de lucht voortbewegen – vaak enkele centimeters – om zich recht te zetten als ze ondersteboven liggen. Wanneer ze bedreigd worden door roofdieren kunnen ze ook snel hoog in de lucht springen om zich te verdedigen.

Wat meer is, ze produceren een constant licht in veel verschillende kleuren – van groen tot oranje, afhankelijk van de soort – in twee vlekken vooraan die eruit zien als koplampen en één onder zijn achterlijf. De koplampen gloeien zo intens dat ze op meer dan 100 meter afstand kunnen worden waargenomen. De Jamaicaanse soort Pyrophorus plagiophthalamus is uniek omdat hij twee verschillende kleuren licht in zijn lichaam kan produceren; onder zijn lichaam straalt hij een geel licht uit en bovenaan gloeien zijn koplampen groen op. Ze zien er zeker uit alsof ze van een andere planeet komen. Wetenschappers denken dat hun boven- en onderlicht verschillende functies hebben: hun koplampen zijn een baken voor roofdieren dat ze giftig zijn, terwijl het licht onder hun buik de communicatie tussen leden van het andere geslacht vergemakkelijkt.

7. Freaky Glooming Cockroach

Als kakkerlakken al niet griezelig genoeg waren, wat dacht u er dan van om de gloeiende kakkerlak, Lucihormetica lucka, tegen te komen die ’s nachts buiten uw huis scharrelt? Die kans is klein – misschien komt u er wel nooit een tegen, want ze komen alleen voor in de regenwouden bij een actieve vulkaan in Ecuador en het laatst bekende exemplaar werd verzameld in 1939. De kans is groot dat ze nu zelfs uitgestorven zijn.

Maar gloeiende kakkerlakken zijn niet nieuw: sinds hun eerste ontdekking in 1999, zijn er 13 soorten geïdentificeerd in Zuid-Amerika. De twee oogachtige vlekken van L. lucka en een andere vlek op zijn rug lichten op bij het uitzenden van hun giftigheid. Maar het blijkt dat ze niet echt giftig zijn – ze doen maar alsof; ze bootsen op een slimme manier klikkevers na – hun oudere verwanten die eerder werden vermeld – die gloeien om hun giftigheid aan te kondigen, maar deze voorn die een licht uitstraalt dat identiek is qua kleur, houdt enkel zijn roofdieren voor de gek. Uiterlijk kan echt bedriegen! De lichte vlekken zijn gevuld met bacteriën die op zijn exoskelet leven.

8. Griezelige regenwormen

We hebben allemaal wel eens regenwormen gezien. Maar heb je ooit een gloeiende regenworm gezien? Er zijn 33 soorten lichtgevende regenwormen die over de hele wereld voorkomen, maar de meeste zijn geclusterd in het Amerikaanse zuiden. Ze zenden licht uit van blauw tot aan het rode eind van het spectrum.

Aardwormen scheiden normaal slijm af, dat wetenschappers coelemische vloeistof noemen, om gemakkelijk in hun holen te glijden, maar een paar zeldzame soorten scheiden een uniek soort slijm uit – een die werkelijk kan gloeien. Ja, u hoort het goed, zijn slijm is bioluminescent!

Er zijn twee soorten gemeld met verschillende kleuren slijm: een uit Nieuw-Zeeland en de andere uit Georgia in de VS. De eigenaardige regenworm uit Nieuw-Zeeland, Octochaetus multiporus, spuugt een fel oplichtende oranje-gele coelemische vloeistof uit zijn mond, anus en onderzijde als hij zich gestoord of bedreigd voelt. Het is zelfs zo bizar dat zijn vloeistof in verschillende stadia van zijn leven in verschillende kleuren lijkt te gloeien. Interessant is dat hun gloeiende slijm werd opgemerkt door de Maori die O. multiporus als visaas gebruikten. De aardworm uit Georgië, Diplocardia longa, komt voor in de zandgronden van de kustvlakten en spuwt een schitterend blauw slijm uit dat roofdieren zou alarmeren. Misschien is het gekleurde slijm dat uit monsters sijpelt en dat we in kinderspelletjes zien, toch niet zo vergezocht.

9. Stralende Bacteriën: Een vriend of een vijand?

Photorhabdus luminescens zijn ongelooflijk uniek in die zin dat zij de enige landbacteriën zijn die in staat zijn tot bioluminescentie. Ze zijn fascinerend omdat ze enerzijds nuttig zijn voor nematodewormen (rondwormen), maar anderzijds dodelijk voor andere insecten. De microben leven gelukkig in de ingewanden van in de bodem levende nematodewormen in een symbiotische alliantie waarvan beiden profiteren: zij geven een zachtblauwe gloed aan de wormen, vermoedelijk om prooien te lokken, en op hun beurt delen zij een deel van de voedingsstoffen van het voedsel van de worm.

Om het ingewikkeld te maken, zijn deze nematoden eigenlijk parasieten die op andere bodeminsecten jagen – zoals de larven van kevers, motten en vliegen – waar zij binnendringen en zich in hun lichaam vestigen. Eenmaal binnen, braken ze hun verraderlijke microbiële partners uit in de bloedbaan van de gastheer. De microben beginnen dan met hun chemische oorlogsvoering; ze doden de gastheer door een vloedgolf van dodelijke insectendodende eiwitten in zijn cellen te injecteren en enzymen die zijn lichaam afbreken, waardoor het binnen twee dagen gereduceerd wordt tot een “voedingssoep”. P. luminescens verslindt deze soep met genoegen en vermenigvuldigt zich exponentieel, waardoor er miljoenen meer van zichzelf ontstaan. Tegelijkertijd geven de microben antibiotica af, zodat andere bacteriën hun feestmaal niet kunnen binnendringen. De worm voedt zich op zijn beurt met de bloeiende bacteriën en plant zich in het kadaver verschillende keren voort, waarbij hij telkens honderden eitjes produceert die ook de bacteriën verorberen. Wanneer de voedselvoorraden slinken, koloniseren de overblijvende bacteriën opnieuw de ingewanden van de pas uitgekomen nakomelingen van de worm en zij barsten uit het lijk om op zoek te gaan naar hun volgende slachtoffer. Soms, wanneer de voedselvoorraden extreem laag zijn, voeden de uitgekomen nakomelingen zich in plaats daarvan met de darmen van hun moeder, waarbij ze haar doden in een gruwelijk fenomeen dat matricida endotokia wordt genoemd.

Terwijl P. luminescens dodelijk zijn voor insecten, zijn ze onschadelijk voor mensen. In feite bleek hun antibioticaproducerende capaciteit een zegen te zijn voor gewonde soldaten op het slagveld tijdens de Burgeroorlog in 1862 – een pre-antibiotisch tijdperk. Sommige gewonde soldaten, vooral degenen die in de koude regen op hulp wachtten, van de Slag bij Shiloh leken beter en sneller te overleven dan anderen; het bleek dat zij wonden hadden die letterlijk gloeiden in het donker – een verschijnsel dat bekend werd als de “Engelengloed”. Men denkt nu dat hun wonden werden gekoloniseerd door P. luminescens uit de modderige grond die hen beschermde tegen infectie door andere dodelijke bacteriën. Welnu, in sommige zeldzame gevallen kunnen bacteriële infecties op wonden zelfs nuttig zijn – vooral die welke gloeien!

Wetenschappers onderzoeken het gebruik van dit dodelijke paar als een biologisch insecticide op gewassen om ze te beschermen tegen aantasting door insecten.

10. Flamboyante vuurvliegjes – Het gratis vuurwerk van de natuur

We kunnen onze lijst niet afmaken zonder aandacht te besteden aan vuurvliegjes – de populairste en meest bestudeerde bioluminescente landorganismen. Vuurvliegen zijn eigenlijk kevers waarvan de gesprekken bestaan uit patronen van lichtflitsen uit hun buik, die uniek zijn voor elke soort, en kunnen geel, groen of zelfs rood zijn. Mannelijke vuurvliegen laten specifieke lichtflitsen zien die alleen worden begrepen door potentiële partners, die reageren door hetzelfde flitssignaal uit te zenden dat mannetjes kunnen herkennen en naar de vrouwtjes toe bewegen. Klinkt dat als een charmante manier om partners aan te trekken?

Wel, sommige vuurvliegjes zijn niet zo betoverend, tenminste niet de vrouwelijke vuurvliegjes van het geslacht Photuris. Zij gebruiken hun licht als een list: ze imiteren de flits- en vertragingspatronen van vrouwelijke Photunis-vuurvliegjes om Photunis-mannetjes te lokken, maar met een ander doel dan paren – om ze te verslinden. De naïeve mannetjes lopen op ze af in de hoop een partner te vinden, maar vinden in plaats daarvan de dood. Waarom eten ze hen dan op? Photuris-vuurvliegen hebben geen verdedigingsstof, lucibufagines, die roofdieren zoals spinnen ervan weerhoudt ze op te eten. Maar hun Photunis-neven produceren het in grote hoeveelheden, dus krijgen ze het sluw binnen door ze op te eten.

Luciferase is een onmisbaar enzym in medische en biologische laboratoria, waar het wordt gebruikt als reportergen door het te koppelen aan een gen van belang – zoals genen die een rol spelen bij ziekten – om de expressie daarvan in cellen te volgen. Het luciferase-gen is ingebracht in specifieke weefsels van levende organismen zoals muizen om de voortgang van kankertumoren visueel te volgen. Wetenschappers hebben luciferase mutanten ontwikkeld die helderder licht kunnen uitzenden in een scala van kleuren, wat zeer nuttig is bij het in beeld brengen van verschillende eiwitten in organismen.

Wetenschappers hopen de activiteit van luciferase te gebruiken om energiezuinigere lampen te produceren die op een dag onze fluorescente en LED lampen kunnen vervangen. Een team van wetenschappers creëerde gloeiende nanorods met behulp van een genetisch gemanipuleerd luciferase dat aan nanorods was bevestigd, die als brandstof fungeerden. Zij stellen zich voor dat deze vuurvliegnanorods in LED-lampen kunnen worden ingebouwd en oplichten zonder gebruik te maken van elektriciteit.

Als dat aantrekkelijk klinkt, wacht dan tot je hoort over een andere, meer opwindende mogelijkheid: het gebruik van gloeiende planten om je huis te verlichten. De Gloeiende Plant Project, aangevoerd door een team van wetenschappers in een DIY biohacking project, heeft tot doel het bevorderen van natuurlijke elektriciteit-vrije verlichting aangedreven door synthetische luciferase in planten als een duurzaam alternatief voor onze groeiende energiebehoefte. In 1986 bouwde een team onderzoekers een tabaksplant die luciferase tot expressie bracht, maar ze moesten hem besproeien met luciferine om hem te laten gloeien en het licht was zwak. Sindsdien hebben een paar andere onderzoeksgroepen met succes gloeiende planten gemaakt.

Maar dit recente project is zo populair dat het zijn oorspronkelijke financieringsdoel van slechts $ 65.000 op Kickstarter heeft overtroffen en bijna een half miljoen heeft opgebracht, en degenen die $ 40 of meer hebben toegezegd, worden gloeiende Arabidopsis-plantenzaden beloofd als beloning, hoewel veel mensen zich verzetten tegen het vrijgeven van ongereguleerde genetisch gemodificeerde plantenzaden. Door de overweldigende respons is het team zelfs van plan een gloeiende rozenplant te maken.

De toepassingen van luciferase zijn eindeloos en wie weet rijdt u op een dag ’s nachts naar huis door straten die verlicht zijn met gloeiende bomen. De toekomst ziet er zeker rooskleurig uit!