Az élővilág megszámlálhatatlan csodái közül talán az egyik legmisztikusabb a biolumineszcencia és a fluoreszcencia. E két jelenség alapvetően eltérő okokra vezethető vissza, és hogy itt együtt említem őket, annak csupán az az oka, hogy mindkét esetben valamiféle fényjelenséggel van dolgunk. A fény forrása előbbi esetben mindig egy kémiai reakció, aminek végbemenetelét különböző enzimek – biológiai katalizátorok – segít(het)ik, míg utóbbi esetben kémiai változás nem történik, a fény eredeti forrása pedig kevésbé hangsúlyos. A fluoreszcencia lényege abban áll, hogy meghatározott hullámhossztartományba eső fotonok kölcsönhatásba lépnek egyes molekulák gerjeszthető elektronjaival (abszorpció). Az elektronok a kölcsönhatást követően magasabb energiaállapotba kerülnek, majd pár röpke nanoszekundum elteltével apró rezgések és mozgások révén veszíteni kezdenek energiájukból (belső konverzió), majd visszazuhannak a gerjesztés előtti alapállapotba, miközben egy foton lép ki a molekulából (emisszió). A kibocsájtott foton energiája, minthogy a gerjesztett állapotú elektron energiája egy részét mindenféle zizegésekre és mocorgásokra pazarolja, mindig kisebb, mint az elnyelt fotoné. A fluoreszkáló felületekről származó fény tehát mindig alacsonyabb energiájú és nagyobb hullámhosszú, mint a gerjesztéshez használt fény; más szavakkal élve: a szivárvány pirosabbik oldala felé tolódik el.
A biolumineszcenciára kiváló példát szolgáltatnak a szentjánosbogarak, számtalan mélytengeri ketyere, köztük egy Swima bombiviridis nevű gyűrűsféreg, akiről korábban itt írtunk, valamint korallok, medúzák, algák és baktériumok egész sora. Az is előfordul, hogy egy állat egyszerre villantja fel a biolumineszcencia és a fluoreszcencia területén szerzett jártasságát is, mint a zöld fluoreszcens fehérjéről (GFP) méltán világhírű Aequorea victoria nevű medúzafaj.
Fluoreszkáló állatoknak is komoly sokaságát lehetne felsorolni. Az ízeltlábúak testét borító kitines kutikula, vagy egyes kétéltűek (pl. a Hypsiboas punctatus nevű Dél-amerikai levelibéka faj) bőrében termelődő mirigyváladék egyaránt bírhat fluoreszcens sajátságokkal. A szárazföldi gerincesek körében nem gondolnánk, hogy a fluoreszcencia gyakori jelenség lenne, pedig elég egy pörgősebb party-ba ellátogatnunk, hogy erről első kézből szerezzünk tapasztalatokat: fogaink (és kevésbe feltűnő módon csontjaink is) kékesen világítanak az UV fényben (a csontszövet emissziós maximuma a 430 nm körüli hullámhossztartományban van, de remélhetőleg a party sose durvul el annyira, hogy ezt módunkba álljon saját magunkon megfigyelni).
A csontszövet immanens fluoreszcenciáját több, elsősorban éjszaka aktív állatfaj is felhasználja. Példa erre a Délkelet-Brazíliában honos nyergesbékafélék (Brachycephalus) nemzetsége, amelyek két fajánál is leírták, hogy a fej és a hát területén a bőrben, szinte közvetlenül a felhám alatt erőteljes csontosodási folyamatok mennek végbe. Minthogy ezek a bőr eredetű, ún. dermális csontok a testfelszínhez rendkívül közel helyezkednek el, az UV fény képes a testfalon át elérni azokat, s a kibocsájtott kék fény is gond nélkül lép ki a csontlemezeket fedő vékony szövetek borításán keresztül. Hasonló módon nyűgözik le egymást a Calumma és Bradypodion nemzetségbe tartozó kaméleonok is. Ezeknél a hüllőknél a koponya apró csontkinövései kerülnek a testfelszín közvetlen közelébe, a fajra jellemző mintázatban.
A) Calumma crypticum, hím; B) C. crypticum, nőstény; C) C. cucullatum, hím; D) C. cucullatum, nőstény és E) Brookesia superciliaris, hím példányok 365 nm-es UV-fénnyel megvilágítva, valamint F) Bradypodion transvaalense és (G) Furcifer pardalis, hím példányok (gyenge, látható fényben, 365 nm-es UV fénnyel megvilágítva) (Prötzel és mtsai, 2018)
Jelen poszt apropóját egy idén januárban megjelent cikk adja, ugyan azoknak a szerzőknek a tollából, akik a fenti képen látható kaméleonokat is zaklatták UV-lámpáikkal. A szerzők megfigyelték, hogy a Namib-sivatagban élő Pachydactylus rangei nevű kis gekkó testének két oldalán, illetve a szemei körül van egy halványsárga sáv, amely 450-480 nm-es (kék) fénnyel megvilágítva 510-540 nm-es tartományban, zölden fluoreszkál. Ez a felfedezés nem pusztán azért számít kuriózumnak, mert a hüllők körében eddig leírt kékes színű fluoreszcenciától eltérően itt a kibocsájtott fény zöld, hanem azért is, mert ennek a forrása (eddigi ismereteink alapján egyedülálló módon) nem a csontszövet!
A gekkók bőrének szövettani elemzése során a fluoreszkáló területeken olyan sejtekre (ún. iridofórákra) lettek figyelmesek a kutatók, amelyekben guanin kristályok halmozódtak fel. Ilyen sejteket más hüllőknél, kétéltűeknél és halaknál is találhatunk a bőr irharétegében, ott azonban csak egy ezüstös csillogást adnak az állat bőrének, esetleg a fényt megtörve és visszaverve interferencia színeket hoznak létre. A Pachydactylus rangei esetében azonban nyilvánvaló, hogy a zöldes fluoreszcencia forrása ez a sejttípus. A gekkó iridofóráinak alaposabb vizsgálata révén felismerték, hogy ezek valójában két csoportra oszthatók: egy nem fluoreszkáló, a bőr mélyebb rétegeiben található, és egy fluoreszkáló, a felhámhoz közelebb elhelyezkedő típusra. Mi a különbség e két sejttípus között, ami miatt csak az egyik képes fluoreszkálni? Nos a választ még nem ismerjük, de a cikk szerzői úgy vélik, hogy a guanin kristályok szerkezete jelentheti a kulcsot. A guanin egyébként önmagában is egy fluoreszcens molekula, de normálisan csak 170 és 290 nm-es távoli UV-vel gerjeszthető, és 350 nm körül emittál szabad szemmel még láthatatlan UV sugarakat. Elképzelhető, hogy a P. rangei zölden fluoreszkáló sejtjeinek guaninkristályaiban olyan molekuláris elrendeződés jön létre, ami kiterjedtebb π-elektron rendszer kialakulását, s ezáltal a spektrális sajátosságok megváltozását eredményezi? Talán igen. Az minden esetre biztos, hogy a bőr mélyebb rétegeiben lévő, nem fluoreszkáló iridofórák egyfajta tükörként funkcionálnak, ami a fluoreszkáló sejtek mellett elhaladó, azokkal kölcsönhatásba nem lépő fényt képes visszaverni, s ezáltal fokozni azok gerjesztő fénynek való kitettségét. Akárhogy is vesszük, ez egy ritka elegáns megoldás az anyatermészettől.
Na jó, de minek ez az egész?
A P. rangei egy éjszaka aktív sivatagi faj. Nem túl meglepő módon, a holdfényben jelen vannak olyan hullámhosszú fénykomponensek is, amelyek képesek előidézni a fent leírt zöldes fénytüneményt. Ez azonban (és itt vessünk egy pillantást a fenti képekre) nem az állat háti oldalán jelentkezik, a sötétben ólálkodó sakáloknak, vagy a magasból orvul lecsapó baglyoknak jelezve az uzsonna pontos térbeli helyzetét, hanem a test ventro-laterális részén. A mi kis gekkónk háti oldala terepmintás, felülnézetből az állat éjjel és nappal egyaránt alig észrevehető. A zöld fény a sivatag homokjából nézve, gekkó-szemszögből látható!
Hogy pontosan mit üzen ez a fényjelzés, azt az etológia és a viselkedés-ökológia szakértőinek kell majd kikutatniuk, de hogy kiknek szól, az egyértelmű: a sivatag sötétjében szaladgáló fajtársaknak.
_____________
David Prötzel et al. Neon-green fluorescence in the desert gecko Pachydactylus rangei caused by iridophores. Scientific Reports (2021).
Sandra Goutte et al. Intense bone fluorescence reveals hidden patterns in pumpkin toadlets. Scientific Reports (2019).
David Prötzel et al. Widespread bone-based fluorescence in chameleons. Scientific Reports (2018).
Carlos Taboada et al. Naturally occurring fluorescence in frogs. PNAS (2017).