Dipl.-Biol. Nguyễn Thị Hoàng – ÁNH SÁNG SINH VẬT (Biolumineszenz)

Ấu trùng Arachnocampa luminosa
Ấu trùng Arachnocampa luminosa

 Ở miền quê, khi hoàng hôn xuống, lúc trời bắt đầu nhá nhem tối, người ta thường thấy những đốm sáng lập lòe của các con đom đóm trên hàng cây bụi cỏ. Hay nếu có dịp mạo hiểm trong rừng già ở Sumatra người ta sẽ thấy một loại nấm có dạng như những chiếc nón nhỏ  tỏa ra ánh sáng màu xanh lá cây huyền bí, khuyến dụ các côn trùng đến để mang những bào tử nấm (Sporen) lan truyền đi xa, vì nấm nằm ở vị trí thấp trên mặt đất trong rừng sầm uất không có những luồng gió mạnh để đưa những bào tử nầy bay đi. Hoặc nếu có cơ hội vào động Waitomo ở phía bắc Tân Tây Lan, người ta ngỡ mình lạc vào động thiên thai vì trên trần động giống như được giăng màn lưới với nhiều sợi dài thòng xuống và tất cả đều chiếu sáng như bầu trời vào những đêm trời trong đẹp đầy sao. Đó là nơi sinh sống của sâu con/ấu trùng chiếu sáng (Leuchtlarven) thuộc một loại muỗi (Pilzmuecke) có tên Arachnocampa luminosa. Các ấu trùng nầy sống trong những sợi bằng chất nhờn và phần cuối bụng của chúng có khả năng phát sáng.
Phần lớn các sinh vật đều có khả năng chiếu sáng. Tuy vậy đối với sinh vật sống trên đất liền, chúng ta nhận thấy chỉ một số rất ít có khả năng nầy so với những sinh vật sống ở dưới nước. Ở nước mặn, ở biển đa số quá bán đều có khả năng chiếu sáng, nhưng ở nước ngọt chỉ có loài ốc độc nhất Latia neritoides ở Tân Tây Lan phát sáng được mà thôi.

Sóng biển với Nocticula
Sóng biển với Nocticula

Tài liệu khoa học khảo cứu cho ta thấy từ loài sinh vật đơn bào (Protozoen) cho đến đa bào (Metazoen) đều có thể phát ánh sáng. Trong nhóm sinh vật đơn bào phải nói đến loại giả túc Rhizopoda và chiên mao Flagellata. Ở loại Rhizopoda (vi sinh đơn bào di chuyển bằng giả túc như Amöben) đáng kể nhứt là vi khuẩn Radiolaria và Collozorum inerme. Bên cạnh đó còn có một số loại khác sống bám vào những chổ trũng của da hay những cơ quan đặc biệt của các loài mực hoặc cá sống sâu trong lòng biển và làm các cơ quan nầy chiếu sáng. Hiện tượng đó gọi là „sự chiếu sáng cộng sinh“ (Leuchtsymbiose) vì vi khuẩn cho mực và cá ánh sáng để tìm mồi, ngược lại nhận chất dinh dưỡng và dưỡng khí khi sống bám vào mực/cá.

Nhìn sang nhóm Flagellata (vi sinh đơn bào di chuyển nhờ một màng mỏng như cái đuôi) ta phải đề cập đến con „tia sáng ban đêm“ (Nocticula scintillans). Loại nầy sống trên mặt nước biển và tụ thành từng đàn lớn. Về đêm khi Nocticula bị quấy phá bởi những làn sóng biển, bởi tàu bè qua lại hoặc bởi những hạt nước mưa rơi xuống thì hàng trăm hàng ngàn Nocticula sẽ chiếu sáng lên, tạo nên những làn sóng biển rực rỡ. Đôi khi những ngọn sóng nầy lan đi và tạt vào các ghềnh đá, văng tung lên như những tràng pháo bông đẹp tuyệt vời. Một hiện tượng ngộ nghĩnh đáng nói ở Mosquito Bay, một vịnh ở đảo Vieques vùng biển Karibik. Ở đây, vào đêm sau khi người ta tắm biển xong, lên bờ thì cả người sẽ chiếu sáng một màu xanh da trời hết sức huyền bí; nếu ai không biết chắc sẽ sợ hãi, còn nếu biết thì chẳng có gì lạ, vì màu đó là do một loại rong biển chiếu sáng bám vào người khi tắm phát ra. Rong biển đơn bào nầy rất nhỏ có tên Pyrodinium bahamense (Panzergeißleralgen) và chiếm khoảng 190000 đơn bào trong một lít.

Pelagia nocticula
Pelagia nocticula

Bước sang nhóm sinh vật đa bào, đầu tiên nên nói về sứa đêm Pelagia nocticula, đó là loại sứa sống ngoài biển khơi và về đêm chiếu sáng như những trái banh có màu trắng hường. Loại nầy có nhiều ở Đại Tây Dương và Địa Trung Hải. Riêng loại sứa Rote Rippenqualle, sống trong lòng biển sâu dưới 1000 thước, biết dùng sự chiếu sáng để đe dọa hay đánh lạc kẻ thù bằng cách phát ra từng dãy sáng khi bị nguy hiểm. Một loại sứa nhỏ khác có tên Colobonema khi bị tấn công, biết tự hủy bỏ một phần tua chiếu sáng (Glitzertentakel) của mình để đánh lừa, làm kẻ thù bận rộn với miếng mồi nhỏ, trong khi sứa lội mất đi vào bóng tối của lòng biển sâu. Trong nhóm san hô, Federkoralle có thể phát ra nhiều loại ánh sáng xanh, trắng, tím hay tím lợt. Ngoài ra Rindenkoralle, Steinkoralle hay Seerose cũng chiếu sáng rất khá. Ở loài trùng một số ít cũng có khả năng nầy, như trùng Microscolex phosphoreus ở miền nhiệt đới hay trùng biển Chaetopterus variopedatus chiếu sáng xanh đậm hoặc tím đậm. Một hiện tượng lạ ở loại trùng biển Odontosyllis enopla là cứ mỗi lần trong một tháng, đặc biệt hai ngày sau trăng tròn và đúng khoảng 57 phút sau khi mặt trời xuống, từng đoàn trùng cái sống trong đá san hô lội lên mặt biển, tụ tập thành một vòng tròn chiếu sáng màu xanh lá cây, khiêu dụ các trùng đực lội lên để giao hợp. Tại sao trùng có thể định được đúng thời điểm cho sự giao hợp như vậy đến nay người vẫn không biết được. Trong loài nhuyễn thể có sò Pholas dactylus, ốc Latia và ốc Phyllirhoe cũng có đặc tính chiếu sáng. Riêng loài mực Euprymna scolopes sống ở ngoài biển khơi Hawai chiếu ra ánh sáng màu xanh da trời. Thật sự khi mới nở ra, mực con Euprymna không chiếu sáng được, nhưng sau đó mực bắt những vi sinh chiếu sáng (Leuchtbakterien) bằng các râu (Tentakel) có lông nhỏ và cho vào cơ quan chiếu sáng của mình.

Về loài đa túc trước hết phải kể đến loài tôm Euphansia. Mỗi bên của tôm có năm cơ quan phát sáng, đó là các điểm tròn nằm ở những chân tôm thưộc phần ngực và khớp bụng đầu. Riêng loại tôm Nhật Cypridina hilgendorfi không tự chiếu sáng, nhưng lại tiết ra hai chất căn bản cho hiện tượng phát sáng và khi hai chất nầy tác dụng với nhau trong nước ánh sáng sẽ được phát ra. Một đặc tính khá ngộ nghĩnh của con rít Scolioplanes scrassipes là khi bị chọc phá nó sẽ phát ra ánh sáng thật xanh. Ánh sáng nầy do những tuyến chiếu sáng ở phía bụng nơi các khớp mình có mang chân.

Sang đến loại côn trùng, đom đóm có lẻ là côn trùng chiếu sáng gần gũi với chúng ta nhất với loại đom đóm lớn Lampyris nocticula và đom đóm nhỏ Phausis (Lamprohiza) spendicula. Cơ quan chiếu sáng của đom đóm nằm ở phía dưới phần cuối của bụng và sự chớp tắt được điều khiển bởi hệ thần kinh. Với khả năng chiếu sáng nầy những nàng đom đóm cái làm dấu hiệu „tỏ tình“ với các chàng đom đóm đực. Để thực hiện điều nầy, các nàng Lampyris nocticula không có cánh tìm mô đất cao mà đậu và cố đậu như thế nào để phơi bụng ra cho các chàng đom đóm bay trên cao thấy cơ quan chiếu sáng đó. Trong vị trí khiêu gợi như vậy, đom đóm cái chớp tắt liên tục thật sáng và chỉ ngừng lại khi chàng đáp xuống hoặc khi không được các chàng để ý đến và bay luôn. Để chứng tỏ không thua gì các nàng trong việc tìm lứa đôi, những đom đóm đực thuộc họ Pteroptyx chiếu sáng ở phần bụng để làm dấu hiệu kiếm các nàng; và trong rừng ở Borneo, thoạt tiên người ta thấy lơ thơ đôi đốm sáng trên các cây lớn, rồi càng lúc càng nhiều, cứ chớp tắt chớp tắt theo chu kỳ đều đặn. Cách làm ký hiệu cùng lượt của các chàng như vậy thành công hơn là chớp sáng một mình đơn độc vì các nàng thấy dễ và sự chiếu sáng tập thể nầy vô tình làm cây rừng sáng ra trong đêm tối như các cây được treo đèn trong dịp Giáng sinh.

Trong lòng biển, càng xuống sâu thì việc sống còn càng khó khăn vì chuyện kiếm mồi hay chuyện tìm đôi lứa không phải là chuyện dễ. Để tồn tại các sinh vật phải biến dạng cho thích hợp với môi trường sống và điều ta thấy rõ nhất là cơ quan chiếu sáng. Ở loài cá Laternefisch thuộc họ Myctophidae, để dễ nhận diện tránh sự lầm lẫn ăn thịt cùng giống nhau, những cơ quan chiếu sáng nằm thành hàng trên mình cá như những vẩy sa cừ có cách sắp xếp thật đặc biệt tùy từng giống cá. Riêng loài cá Anglerfisch, vi cá đầu tiên trên lưng (erster Rücken- flossenstrahl) biến dạng dài ra và thòng đến phía trước miệng, phần cuối cùng biến thể thành một cục tròn chiếu sáng giống như cục nhử mồi. Những cá nào khác tò mò đến gần tức khắc bị làm mồi ngay. Hoàn hảo hơn nữa là ở loài cá Galathea-thauma, trực tiếp ở vòm khẩu cái (Gaumendach)  có một cơ quan chiếu sáng (Hauptlappen), cá chỉ cần há miệng rộng, mồi thấy sáng chun vô miệng là bị nuốt luôn. Một vài loài cá sống dưới biển sâu khác dùng cơ quan phát sáng làm sáng tỏ nơi sống tối tăm quanh mình để tìm mồi, thí dụ loại cá thuộc họ Stormiatidae có dạng giống như con lươn dài 30 cm; cá có thể phát ra một lằn sáng màu xanh làm sáng một khoảng 60 cm trước mặt và những sinh vật khác lọt vào làn sáng nầy sẽ làm mồi cho cá.

Sau khi biết được những sinh vật có thể phát sáng, bây giờ chúng ta đi dần vào cơ nguyên của sự phát ra ánh sáng nầy. Năm 1887 một khoa học gia người Pháp, ông Raphael Dubois, lần đầu tiên tìm thấy ở chất nhờn tiết ra từ sò Pholas dactylus hai chất chính đóng vai trò quan trọng cho hiện tượng phát sáng sinh vật (Biolumineszenz), đó là chất Luciferin và phân hoá tố Luciferase. Luciferin còn được gọi là chất mang ánh sáng và khi tác dụng với dưỡng khí (bị oxýt hóa để phát ra ánh sánh) cần sự xúc tác của Luciferase. Trong hiện tượng ôxýt hóa Luciferin, năng lượng được chuyển hóa thành quang năng không bị mất nhiệt vì vậy ánh sáng phát ra được gọi là ánh sáng lạnh (kaltes Licht). Ở phản ứng hoá học nầy, sự biến đổi năng lượng thành quang năng với một hiệu xuất trên 90% phần trăm, điều mà ngay ở kỷ nguyên nguyên tử của chúng ta chưa có một máy nào có thể đạt được. Để so sánh, đèn điện mà chúng ta dùng hằng ngày chỉ có hiệu năng khoảng 2-4% tức là 96-98% năng lượng bị mất đi dưới hình thái nhiệt. Mặt khác tuy hiệu xuất biến thành quang năng cao nhưng cường độ ánh sáng phát ra của sinh vật nầy rất yếu. Muốn được cường độ sáng của ngọn đèn cầy người ta phải cần 6000 con đom đóm Lampyris nocticula hay 40 con đom đóm to Pyrophorus noctilucus ở Nam Mỹ. Vì vậy chúng ta cũng không ngạc nhiên vì sao dưới lòng biển sâu không sáng lộng lẫy như phòng dạ hội, mặc dù khoảng hai phần ba các sinh vật sống ở đó có khả năng chiếu sáng. Hiện tương hoá học trên xảy ra trong những tế bào sinh ánh sáng (photogene Zellen) và có thể tóm tắt như sau:

anhsangsinhvat

Ánh sáng lạnh nầy không có chứa các tia tử và hồng ngoại tuyến (Ultraviolett-/Ultrarotstrahlen) và có độ dài sóng 520 đến 600 micron ở loài đom đóm Lampyris. Người ta còn chia nguồn sáng nầy thành hai loại tùy theo nơi xuất phát. Nếu thật từ chính tế bào của sinh vật chiếu ra thì được gọi là nguồn sáng chính (primäres Leuchten) và nếu từ hiện tượng chiếu sáng cộng sinh (Leuchtsymbiose) tức là do vi khuẩn sống cộng sinh với sinh vật phát ra thì người ta gọi là nguồn sáng phụ (sekundäres Leuchten).

Các sinh vật có khả năng chiếu sáng xử dụng ánh sánh trong nhiều lãnh vực khác nhau từ chuyện tình cảm dễ thương để tìm và kết hợp lứa đôi, báo hiệu đồng loại biết nhau cho đến những mưu mô làm bẫy bắt mồi, soi đường đi săn, dụ mồi đến gần, hăm dọa thù địch, khuyến dụ côn trùng (như trường hợp các loại nấm), …..

Con người cũng lợi dụng sự chiếu sáng nầy để dùng trong lãnh vực khoa học, nhất là trong kỹ thuật phối hợp yếu tố di truyền (Gentechnik). Người ta đã đưa yếu tố di truyền của con đom

"Artificial" bioluminescence induced by generic engineering of a tobacco plant
“Artificial” bioluminescence induced by generic engineering of a tobacco plant

đóm vào cây thuốc lá để cây nầy chiếu óng ánh hoặc cho yếu tố di truyền chiếu sáng (Leuchtgene) vào rễ của những cây đậu nành để dễ kiểm soát nhu cầu phân bón vì khi cây thiếu chất Nitrô (Stickstoff) sẽ chiếu sáng màu xanh đậm. Trong việc kiểm soát nước lọc (Kläranlagen), sinh vật phát sáng là một phương tiện kiểm soát đơn giản và hiệu nghiệm, vì nếu ở nước có chất độc thì những vi sinh (Mikrorganismen) sẽ không chiếu sáng nữa. Xa hơn, các khoa học gia còn ứng dụng ánh sáng sinh vật trong chương trình khảo cứu chống bịnh ung thư như người ta đã cho yếu tố di truyền phát sáng của một loại sứa Aequorea vào con chuột. Yếu tố nầy làm cho chuột chiếu sáng màu xanh lá cây khi gặp tia tử ngoại tuyến (Ultraviolett).

Ngoài vấn đề áp dụng trong khoa học, người ta còn dùng ánh sánh sinh vật nầy trong những lãnh vực thực tế khác. Chẳng hạn, loại tôm nhỏ (Muschelkrebs có dạng như sò) với tên Vargula hilgendorfil ở Nhật có khả năng chiếu sáng (và dĩ nhiên có chứa Luciferin và Luciferase), do đó vào thời thế chiến thứ hai, lính Nhật hay mang theo những tôm khô nầy, để khi cần coi bản đồ họ chỉ cần bóp nát chúng, cho một ít nước miếng vào thì phản ứng hoá học xảy ra làm sáng đủ để đọc mà địch quân không thấy họ được. Giản dị hơn nữa, ở Mexico trong dịp lễ lộc các cô thường gắn loại Cucuyo-Käfer lên tóc chiếu sáng để làm đẹp với các chàng trai.

Theo như các giả thuyết hiện đại, người ta cho rằng vào thời xa xưa sự sống trên mặt đất là sự sống hiếm khí. Dưỡng khí đối với những sinh vật nầy là chất độc. Nhưng về sau, dưỡng khí được tạo lập và tích tụ trong khí quyển, những sinh vật nầy phải thích ứng với hoàn cảnh mới và tìm cách biến đổi dưỡng khí sang một dạng khác vô hại. Con đường biến đổi hay nhất đó là tạo thành nước (và cơ quan chiếu sáng là „nhà máy“ để biến đổi „dưỡng khí độc“ nầy khi tác dụng với Luciferin như hoá trình trên). Theo đà thời gian và qua những hiện tượng sậu biến, các sinh vật đời sau không những dùng được dưỡng khí mà còn cần dưỡng khí cho sự sống, do đó cơ quan phát ánh sáng của những sinh vật hiện tại phần lớn chỉ là di tích thừa thãi mà thôi. Dầu sao, tuy không cần thiết cho sự sống như ở thời yếm khí xa xưa, nhưng nguồn sáng lạnh nầy vẫn còn mang lợi ích cho nhiều sinh vật trong việc tìm kiếm bạn tình, soi sáng đường tìm mồi, đánh lừa tự vệ….và cho loài người chúng ta, còn gì thơ mộng, gợi cảm hơn cảnh…

Đêm qua đom đóm lập lòe

         Ngỡ sao rơi rụng ven hè nhà ai

(Cho các con, những Nguồn Sáng của Ba Mẹ)

Trả lời

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Đăng xuất /  Thay đổi )

Google photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google Đăng xuất /  Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Đăng xuất /  Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Đăng xuất /  Thay đổi )

Connecting to %s