Πυγολαμπίδες

[ή Το Φως που Χάνεται]

Μικροί, συνηθίζαμε να πιάνουμε τις πυγολαμπίδες (ή κωλοφωτιές) και να τις βάζουμε σε άδεια σπιρτόκουτα. Μας εντυπωσίαζε το φως που έβγαζαν αυτά τα μικρά σκαθάρια στο σκοτάδι. Ήταν οι δικοί μας μικροί, ατομικοί φακοί μας.

Φέτος, ένα από τα θέματα των ατελείωτων καλοκαιρινών βραδιών μας, ήταν οι πυγολαμπίδες. Συμφωνήσαμε όλοι μας, πως έχουμε πάρα πολλά χρόνια να τις δούμε. Σε αυτή την άποψη προστέθηκε πριν μερικούς μήνες και ένα δημοσίευμα που ανέφερε ότι, οι πληθυσμοί των πυγολαμπίδων σταδιακά εξαφανίζονται σε όλο τον κόσμο. Ήταν μια ανησυχητική διαπίστωση των εντομολόγων που συμμετείχαν στο συνέδριο «Ποικιλότητα και Προστασία των Πυγολαμπίδων» που πραγματοποιήθηκε στο Τσιάνγκ Μάι της Ταϊλάνδης.

«Είναι ξεκάθαρο ότι μειώνονται» συμφώνησε ο Ελβετός Στέφαν Ινάικεν, ένας από τους 100 επιστήμονες που συμμετείχαν στο συνέδριο και συμπλήρωσε πως, «Όταν μιλάς σε ηλικιωμένους ανθρώπους για τις πυγολαμπίδες, όλοι λένε το ίδιο: Έβλεπαν τόσες πολλές όταν ήταν νέοι αλλά τώρα αισθάνονται τυχεροί αν δουν έστω και μία».

Ας δούμε μερικές ενδιαφέρουσες πληροφορίες για τις πυγολαμπίδες. Πως αναγνωρίζουμε τις αρσενικές από τις θηλυκές, το παιχνίδι της αναπαραγωγής, για το φως που εκπέμπουν και πώς δημιουργείται, πιθανοί λόγοι εξαφάνισής τους, το εντυπωσιακό παράδειγμα του συγχρονισμού και η αξιοποίηση για στρατιωτικούς και μη σκοπούς.

Γενικά

Οι πυγολαμπίδες ανήκουν στη τάξη των Coleoptera και στο κοινό είδος Lampyris noctiluca. Όπως όλα τα έντομα, έχουν έξι πόδια και το σώμα τους αποτελείται από τρία μέρη. Το πάνω μέρος του μεσαίου τμήματος επεκτείνεται πάνω από το κεφάλι -που λέγεται pronutum- και σαν πλάσμα της νύκτας έχει μεγάλα μάτια. Υπάρχουν πάνω από 2.000 είδη πυγολαμπίδων. Η περίοδος αιχμής της εμφάνισής τους είναι οι βραδιές του Ιουνίου και του Ιουλίου.

Αρσενικά - Θηλυκά

Υπάρχουν αρκετοί τρόποι για να προσδιορίσουμε το φύλο της πυγολαμπίδας αν και η πιθανότητα λάθους είναι αυξημένη. Ο απλούστερος τρόπος είναι να παρατηρούμε αν αναβοσβήνουν κατά τη διάρκεια της πτήσης ή ενόσω βρίσκονται πάνω στη βλάστηση. Συνήθως, τα αρσενικά αναβοσβήνουν κατά τη πτήση ενώ περιπολούν στη περιοχή αναζητώντας τα θηλυκά. Τα θηλυκά, παρατηρούν από τις ασφαλείς θέσεις τους και αν ενδιαφερθούν το δείχνουν ανταποδίδοντας τις λάμψεις στα αρσενικά.

Αυτός είναι γενικά ένας καλός κανόνας αλλά όχι απόλυτα αξιόπιστος. Διότι τα αρσενικά αρχίζουν να αναβοσβήνουν στη θέση που βρίσκονται μετά τη δύση του ηλίου και πριν αρχίσουν τη πτήση τους, ενώ συνεχίζουν να αναβοσβήνουν ακόμα και όταν προσγειωθούν για να προσεγγίσουν τα θηλυκά. Επιπλέον έχει παρατηρηθεί τα θηλυκά κάποιων ειδών να φέγγουν κατά τη πτήση.

'Ενα άλλος εύκολος τρόπος για να διαπιστωθεί το φύλο τους είναι, εξετάζοντας τα όργανα που φέρουν το φως. πχ. Στα αρσενικά του γένους Photinus, φωτίζονται τα δύο τελευταία τμήματα στη κοιλιακή χώρα ενώ τα θηλυκά έχουν το φως στο δεύτερο κομμάτι του τελευταίου τμήματος. Τα θηλυκά Pyractomena έχουν δυο μικρά φωτεινά όργανα στα δύο τελευταία τμήματα, ένα σε κάθε μια πλευρά του κάθε τμήματος. Στα θηλυκά Photuris, η περιοχή που παράγει το φως δεν καλύπτεται όλη από φως και περικλείεται από ένα διαφανές περιθώριο.

Πως παίζεται το παιχνίδι

Φαίνεται πως οι αναλαμπές συνδέονται με την σεξουαλική προσέλκυση. Καθώς τα αρσενικά περιπολούν στη περιοχή, κάνουν οπτικά σήματα στο σκοτάδι. Αν ένα θηλυκό εντυπωσιαστεί, απαντά με αναλαμπές από το σημείο που βρίσκεται. Είναι δηλαδή στη κρίση του θηλυκού να αποφασίσει αν θα γίνει ταίρι με το συγκεκριμένο αρσενικό, αφού σε άλλη περίπτωση δεν θα μπορέσει το αρσενικό να την προσεγγίσει στο σκοτάδι.

Κατά τη διάρκεια του ζευγαρώματος, η θηλυκή πυγολαμπίδα, δέχεται το "γαμήλιο δώρο" από το αρσενικό, το οποίο περιέχει σπέρμα που θα γομιμοποιήσει τα αυγά της και τροφή. Φαίνεται πως τα θηλυκά έλκονται από τη φωτεινότητα και τη διάρκεια της αναλαμπής. Αυτό σημαίνει πως ένα ακμαίο αρσενικό που μπορεί να παράγει λαμπρότερη αναλαμπή -άρα και σεβαστότερο "γαμήλιο δώρο"- καθίσταται με τον τρόπο αυτό η καλύτερη επιλογή.

Μίμηση

Κάθε είδος πυγολαμπίδας, έχει το δικό του χαρακτηριστικό μοτίβο αναλαμπής, το οποίο διαφέρει από το χρώμα, τη διάρκεια, τον αριθμό, την ενδιάμεση καθυστέρηση, την ώρα της νύχτας που πραγματοποιείται και το μοτίβο πτήσης.

Δεν λείπουν και οι μιμήσεις μεταξύ των ειδών. Τα θηλυκά του γένους Photuris μιμιούνται τα θηλυκά του γένους Photinus. Όταν ένα αρσενικό Photinus πλησιάσει αρκετά κοντά, το θηλυκό που έχει διπλάσιο μέγεθος το αρπάζει και το τρώει. Υπάρχει περίπτωση η μίμηση να είναι εσφαλμένη με αποτέλεσμα να τρομάξει το αρσενικό. Ορισμένα στοιχεία δείχνουν ότι σε ορισμένες περιπτώσεις, τα αρσενικά Photinus μιμούνται αυτή τη λανθασμένη αναλαμπή για να τρομάξουν τα άλλα αρσενικά με σκοπό να μειώσουν τον ανταγωνισμό!

Άμυνα

Οι αναλαμπές τη νύχτα καθιστούν τις πυγολαμπίδες ευάλωτες στον εχθρό. Όταν επιτεθεί ένα αρπακτικό, μερικές πυγολαμπίδες αποβάλουν μερικές σταγόνες αίματος σε μια διαδικασία που λέγεται "αντανακλαστική αιμοραγία". Το αίμα περιέχει ένα χημικό το οποίο είναι αηδιαστικό και τοξικό για αρκετά αρπακτικά. Μελέτες έδειξαν πώς τα αρπακτικά γρήγορα μαθαίνουν να αποφεύγουν τις πυγολαμπίδες.

Εξαφάνιση

Δεν γνωρίζουμε ακριβώς τις περιβαλλοντικές καταστροφές και τις ανθρώπινες δραστηριότητες που επηρεάζουν τους πληθυσμούς των πυγολαμπίδων. Ο θερισμός, τα λιπάσματα που περιέχουν ζιζανιοκτόνα και εντομοκτόνα, τα φυτοφάρμακα, οι ψεκασμοί για τα κουνούπια, υποθέτουμε πως έχουν αρνητικές συνέπειες για τους πληθυσμούς τους. Επιπλέον οι ισχυρές φωτεινές πηγές, ο τεχνητός φωτισμός (φώτα σπιτιών, δρόμων) πιθανώς να επηρεάζουν την ικανότητα για τον εντοπισμό του συντρόφου, καθώς επίσης και η μείωση των σαλιγκαριών που είναι η βασική τροφή των προνυμφών-πυγολαμπίδων.

Αναπαραγωγή

Κάθε ένα ενήλικο θηλυκό έχει μια έντονη ζωή μερικών εβδομάδων από τότε που θα ζευγαρώσει έως τη στιγμή που θα πεθαίνει, αφού πρώτα αφήσει τα αυγά της. Τα αυγά, μετά από μερικές εβδομάδες εκκολάπτονται και παραμένουν ως προνύμφες για ένα ή δυο καλοκαίρια επιπλέον. Ως προνύμφες, άλλες τρυπώνουν στο χώμα και άλλες σε φλοιούς δένδρων περιμένοντας την Άνοιξη να εμφανιστούν. Τρέφονται με μικρά σαλιγκάρια, αφού πρώτα τα παραλύσουν και στη συνέχεια τα πιπιλίσουν αφήνοντάς τα στο τέλος άδεια.

Φως

Η παραγωγή του φωτός παρουσιάζεται σε ειδικά όργανα, συνήθως στο κάτω μέρος της κοιλιάς. Το 90% της ενέργειας που χρησιμοποιείται μέσω της διαδικασίας Bioluminescence από μια πυγολαμπίδα, παράγει φως. Συγκριτικά, ένας ηλεκτρικός λαμπτήρας μετατρέπει μόνο το 10% της συνολικής ενέργειας σε φως ενώ το υπόλοιπο εκπέμπεται ως θερμότητα.

Τα κύρια συστατικά για τη παραγωγή του φωτός είναι ένα οργανικό μόριο, η λουσιφερίνη που οξειδώνεται και ένα ένζυμο η λουσιφεράση που καταλύει την αντίδραση, σχηματίζοντας με ιόντα μαγνησίου ένα σύμπλοκο και πυροσφωσφορικό άλας. Στη συνέχεια το σύμπλοκο αντιδρά με μοριακό οξυγόνο και εκπέμπεται φως. Στο τελευταίο στάδιο της αντίδρασης, απελευθερώνεται τόση ενέργεια ώστε η διάταξη των ηλεκτρονίων μεταπηδά από το κατώτερο ενεργειακό επίπεδο σε κατάσταση διέργεσης υψηλής ενέργειας. Στη συνέχεια το σύμπλοκο χάνει ενέργεια εκπέμποντας ένα φωτόνιο ορατού φωτός και επιστρέφει στο κατώτερο ενεργειακό επίπεδο.

Ανάλογα με την επίδραση του ενζύμου εκπέμπετε φως διαφορετικού χρώματος, από βαθυπράσινο μέχρι ζωηρό κίτρινο. Ο έλεγχος των λάμψεων γίνεται από το νευρικό σύστημα και με ένα περιφερειακό νεύρο που καταλήγει στα ακραία κύτταρα και στο όργανο φωτεινής εκπομπής.

Συντονισμός

Σε ορισμένα μέρη της Νοτιοανατολικής Ασίας (Ταϊλάνδη και Μαλαισία), χιλιάδες πυγολαμπίδες συγκεντρώνονται στα δέντρα τη νύκτα και αναβοσβήνουν από κοινού. Ο συγχρονισμός των λάμψεων δημιουργείται σταδιακά, καθώς πέφτει το σκοτάδι. Φαίνεται πως καθώς η μια πυγολαμπίδα βλέπει τη λάμψη της άλλης, αυξάνει ή μειώνει το ρυθμό με τον οποίο φωτοβολεί, έτσι ώστε να πλησιάσει τη φάση του επόμενου κύκλου. Οι φάσεις αυτές μπορούν να προσομοιωθούν μέσω μαθηματικών προτύπων που μας δίνει τη δυνατότητα πρόβλεψης των αποτελεσμάτων. Τα μοντέλα αυτά επιδεικνύουν ένα πληθυσμό πυγολαμπίδων που συγχρονίζουν τη λάμψη τους, χρησιμοποιώντας μόνο τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των μεμονωμένων πυγολαμπίδων. Δηλαδή μας δείχνουν, πως ένα διανεμημένο σύστημα μπορεί να συντονίσει τον εαυτό του χωρίς κάποιον κεντρικό συντονιστή.

U.S. Air Force και Bioluminescence

Η Αμερικάνικη Αεροπορία (USAF) ενδιαφέρεται και επιδοτεί την έρευνα σχετικά με το Bioluminescence (το φυσικό φαινόμενο της παραγωγής φωτός) και τις εφαρμογές του.

Ποιος θα φανταζόταν ότι θα υπήρχε σύνδεση μεταξύ των πυγολαμπίδων και της καταπολέμησης της τρομοκρατίας; Οι επιστήμονες και η Ομοσπονδιακή Κυβέρνηση εργάζονται χέρι-χέρι εδώ και χρόνια για να καταλάβουν αυτό το μηχανισμό, τη δημιουργία δηλαδή φωτός από μικροοργανισμούς, για την υποστήριξη στρατιωτικών επιχειρήσεων και την καταπολέμηση της τρομοκρατίας.

Τα Bioluminescent υλικά είναι μη τοξικά και βιοδιασπόμενα. Μπορούν ενδεχομένως να χρησιμοποιηθούν στο μέλλον σε διαγνωστικά συστήματα φωτισμού, στην ανίχνευση βιολογικά επικίνδυνων υλικών στο νερό και στην ιατρική έρευνα. Πιθανές εφαρμογές τέτοιων υλικών από την Αμερικάνικη Αεροπορία, είναι συστήματα που περιλαμβάνουν γενικά συστήματα σήμανσης όπως οι ζώνες προσγείωσης, εντοπισμό κρυμμένων στόχων, περιμετρικά συστήματα ασφαλείας, έξυπνο φωτισμό, εντοπισμό υλικών όπως τα όπλα. Στο πεδίο της μάχης μπορούν να σημαδεύουν και να παρακολουθούν τα όπλα και τις προμήθειες συμβάλλοντας έτσι σε μεγάλο βαθμό στην διοικητική υποστήριξη της αποστολής.

Άλλος στόχος είναι η ανάπτυξη νέων πηγών αναλαμπών, με ή χωρίς λάμψεις που θα εκπέμπονται από κόκκινες (πάνω από 610 nm) ή πράσινες πηγές (κάτω από 555 nm), όπως και άλλες ενώσεις που θα παράγουν φως για πιθανή εφαρμοργή στη βιοχημεία, στη βιοτεχνολογία και τη μηχανική.


Στο PODCAST παίζει το Radioactive Toy από τους Porcupine Tree. Έτσι για να καλοσωρίσουμε τις πρώτες βροχές και τη πτώση της θερμοκρασίας με ροκ διάθεση! Καλή σας ακρόαση!!!

Links:
1) Τα φώτα των πυγολαμπίδων σβήνουν, προειδοποιούν οι εντομολόγοι
2) Firefly
3) Lampyris noctiluca
4) The UK Glow worm Survey Home Page
5) Air Force Awards Research Grant on Link Between Terrorism and the Firefly
6) Breakthrough Air Force Capabilities Spawned By Basic Research
7) Chemistry of Bioluminescence
8) Firefly Watch
9) Συγχρονισμός & Βιολογικοί ταλαντωτές