Đom đóm Phát Sáng Như Thế Nào?

Ánh sáng đom đóm lập lòe mỗi đêm khiến bất cứ một đứa trẻ nào cũng thích thú và tò mò. Nhưng đom đóm phát sáng như thế nào vậy?

Nguồn phát sáng của đom đóm

Đom đóm có hai nhóm là đom đóm bay và đom đóm bò dưới đất. Cả hai nhóm này đều có thể phát ra cùng một thứ ánh sáng lạnh đặc biệt, không toả nhiệt như ánh sáng nhân tạo. Đó là vì trong quá trình phát sáng, hầu như toàn bộ năng lượng được sinh vật chuyển thành quang năng, chứ không tiêu hao thành nhiệt như ở những nguồn sáng nhân tạo khác.

Ánh sáng của đom đóm được phát ra từ một vài đốt cuối bụng. Ban ngày, các đốt này chỉ có màu trắng xám, về đêm mới phát ra ánh sáng huyền ảo qua lớp da trong suốt. Bên trong lớp da bụng là dãy các tế bào phát quang, trong cùng là lớp tế bào phản quang, có chức năng như mặt gương giúp phản chiếu ánh sáng ra ngoài.

Vậy thứ gì đã tạo ra nguồn phát sáng đó?

Đom đóm phát sáng nhờ vào một phản ứng hóa học xảy ra bên trong cơ thể chúng. Loại phát sáng này được gọi là phát quang sinh học (bioluminescence).

Các tế bào phát quang có chứa hai loại chất là luciferin và luciferaza. Khi tách rời nhau, chúng chỉ là những hoá chất bình thường, không có khả năng phát sáng. Nhưng khi ở cạnh nhau, men luciferaza sẽ xúc tác, thúc đẩy quá trình oxy hoá luciferin (quá trình dùng ôxy đốt cháy luciferin). Quá trình oxy hoá này tạo ra quang năng. Côn trùng kiểm soát việc phát sáng bằng cách điều hòa lượng không khí cung cấp cho tế bào.

Về cơ bản, cơ chế phát sáng này có xuất hiện ở những loài vật khác như sứa biển, các nhà khoa học nhận định rằng hầu như tất cả sinh vật sống đều có thể phát ra một luồng ánh sáng cực kỳ yếu ớt, thậm chí cả con người cũng có khả năng này. Đây là kết quả của các phản ứng sinh hóa.

Sự phát quang sinh học này với phát quang ở đèn điện khác nhau ở điểm nào?

Điểm khác biệt nhất là bóng đèn điện tỏa rất nhiều nhiệt trong quá trình phát quang. Ánh sáng do đom đóm phát ra là ánh sáng lạnh do phần năng lượng tiêu hao dưới dạng nhiệt trong quá trình phát quang của đom đóm không lớn. Dĩ nhiên điều này rất quan trọng đối với đom đóm vì nếu tế bào phát quang ở đom đóm sinh nhiệt nhiều như ở đèn điện, đom đóm hẳn sẽ không sống nổi sau một lần phát sáng.

Đom đóm có thể kiểm soát sự bắt đầu và kết thúc của phản ứng hóa học này. Nó bắt đầu hay ngưng phát sáng bằng cách thêm hay bớt lượng oxy cho phản ứng hóa học trên.

Science World Report dẫn phát hiện đăng trên tạp chí Physical Review Letters cho hay, các nhà khoa học sử dụng kỹ thuật chụp vi cắt lớp tương phản và kính hiển vi tia X đã khám phá ra rằng đom đóm làm lệch hướng oxy dùng cho các chức năng khác của tế bào, lôi kéo khí oxy vào phản ứng phá vỡ luciferin. Trong thời gian này, mức tiêu thụ oxy trong tế bào giảm xuống, quá trình sản xuất năng lượng chậm lại.

Các loài côn trùng vốn không có phổi, chúng lấy oxy từ bên ngoài vào thông qua một chuỗi các ống nhỏ nối tiếp nhau gọi là các ống khí (tracheoles). Cho đến nay người ta vẫn chưa hiểu được làm cách nào đom đóm có thể nhấp nháy ở tần số cao như chúng ta thấy trong khi các cơ kiểm soát lượng oxy vào với tốc độ tương đối chậm.

Lý giải được chấp nhận nhiều nhất hiện nay là khí NO đóng vai trò quan trọng trong việc điều phối ánh sáng. Khi đèn đom đóm tắt là lúc NO không được sản xuất ra. Trong trường hợp này, lượng oxy đi vào tế bào sáng đã được gắn vào bề mặt ti thể- một bào quan chịu trách nhiệm sản xuất năng lượng cho tế bào, vì vậy không có oxy cho phản ứng phát quang.

Sự hiện diện của NO trong tế bào sáng cho phép oxy tham gia vào phản ứng phát quang nhờ việc NO đã gắn vào ti thể thay cho oxy. NO vốn bị phân hủy rất nhanh nên khi NO không được sản xuất ra nữa, oxy sẽ lại bị ti thể bắt giữ và không có oxy cho phản ứng phát quang nữa.

Các câu hỏi khác về đom đóm:

Tuổi thọ của đom đóm là bao nhiêu?

Đom đóm là bọ cánh cứng thân mềm. Chúng là những sinh vật nhỏ có chiều dài trung bình từ 5mm đến 25mm. Đom đóm không thể bay nhanh. Tuổi thọ của chúng chỉ khoảng 2 tháng.

Tại sao đom đóm chết vẫn phát sáng?

Ta nhận thấy rằng khi di nát trên đất một con đom đóm phát sáng, bạn sẽ thấy để lại trên mặt đất là một vệt dài, vẫn tiếp tục nhấp nháy, sau đó mới mờ dần rồi mất hẳn. Như vậy, ánh sáng do đom đóm phát ra là sản phẩm của một quá trình hoá học, chứ không phải là quá trình sinh học. Bởi vì, sau khi côn trùng đã chết mà ánh sáng vẫn còn, thì rõ ràng con vật chỉ làm nhiệm vụ liên tục sinh ra loại chất phát sáng mà thôi.

Các tế bào phát quang có chứa hai loại chất là luciferin và luciferase. Khi tách rời nhau, chúng chỉ là những hoá chất bình thường, không có khả năng phát sáng. Nhưng khi ở cạnh nhau, men luciferase sẽ xúc tác, thúc đẩy quá trình oxy hoá luciferin (quá trình dùng ôxy đốt cháy luciferin). Quá trình oxy hoá này tạo ra quang năng.

FMNH2 + O2 + RCHO → FMN + RCOOH + H2O + ánh sáng

Đom đóm phát sáng để làm gì?

Theo giáo sư Sara Lewis thuộc Trường đại học Tufts, Boston (Mỹ), những con đom đóm phát sáng lập lòe trong đêm mùa hè có thể chỉ là một kiểu phô trương về hình thức bề ngoài của chúng, giống như chiếc đuôi rực rỡ của các con công đực nhằm thu hút sự chú ý nơi “bạn tình”.

Loài đom đóm sống dưới dạng ấu trùng với thời gian khá dài (khoảng hai năm). Giai đoạn này chúng chủ yếu dành cho việc “làm đầy bao tử” và lớn lên. Sau đó, đom đóm bay lên khỏi mặt đất và dành suốt hai tuần lễ chỉ với mục đích “tán tỉnh” bạn khác giới và truyền giống, trước khi chết lả đi vì đói.

Nhìn chung, mỗi loài đom đóm thường có kiểu phát sáng và thời gian phát sáng khác nhau. Độ dài của tín hiệu phát sáng còn liên quan tới lượng dưỡng chất con đực cung cấp trong khi giao phối và sau đó sẽ được tích trữ lại trong trứng của đom đóm cái.