Bioluminesensi Dijelaskan: Kimia di Balik Organisme Penghasil Cahaya

Kunang-kunang yang berkilau di ladang musim panas dan ombak bersinar yang memecah pantai gelap adalah contoh dari proses yang sama mendasar: organisme hidup menciptakan cahayanya sendiri melalui kimia daripada panas. Para ilmuwan menyebut ini bioluminesensi, dan ini adalah salah satu bentuk produksi cahaya biologis yang paling tersebar di Bumi.

Reaksi kimia: luciferin, luciferase dan oksigen

Menurut Museum Sejarah Alam di London, bioluminesensi terjadi ketika molekul yang disebut luciferin bereaksi dengan oksigen dan melepaskan energi dalam bentuk cahaya. Reaksi ini biasanya membutuhkan enzim, luciferase, yang mempercepat proses, atau pada beberapa organisme protein terkait yang disebut fotoprotin yang bekerja sama dengan ion kalsium.

Administrasi Laut dan Atmosfer Nasional AS (NOAA) mencatat bahwa meskipun setiap organisme bioluminesensi bergantung pada reaksi antara enzim dan substrat, spesies yang berbeda menggunakan kombinasi kimia yang berbeda. NOAA mengatakan keragaman ini menunjukkan bahwa kemampuan menghasilkan cahaya berkembang secara independen berkali-kali, bukan dari nenek moyang umum tunggal.

Warna cahaya tergantung pada struktur persis luciferin dan protein sekitarnya. Museum Sejarah Alam dan Pendidikan National Geographic keduanya mencatat bahwa sebagian besar organisme laut bersinar biru atau hijau karena panjang gelombang tersebut merambat paling jauh melalui air laut, sementara kunang-kunang di darat menghasilkan cahaya kuning dan sejumlah kecil ikan laut dalam, seperti loosejaw dragonfish, memancarkan cahaya merah yang langka yang sebagian besar hewan lain di kedalaman tidak dapat melihat.

Mengapa organisme menghasilkan cahaya

Peneliti di NOAA dan Museum Sejarah Alam mengelompokkan penggunaan bioluminesensi menjadi beberapa kategori utama: mencari makanan, menarik atau memberikan sinyal kepada pasangan, dan pertahanan terhadap pemangsa. Beberapa spesies menggabungkan beberapa fungsi ini.

• Berburu: ikan malaikat laut dalam menggantungkan umpan bersinar yang disebut esca di depan mulutnya untuk menarik mangsa yang penasaran, menurut Pendidikan National Geographic.
• Kawin: kunang-kunang jantan berkilau pola khusus spesies untuk memberikan sinyal kepada betina, Pendidikan National Geographic melaporkan.
• Pertahanan: hatchetfish menggunakan 'counterillumination,' mencocokkan cahaya samar di sisi bawah mereka dengan cahaya redup dari atas sehingga pemangsa yang melihat ke atas tidak dapat melihat siluet mereka, menurut Pendidikan National Geographic.
• Mengejutkan pemangsa: beberapa cumi-cumi berkilau tiba-tiba untuk mengejutkan penyerang, dan cumi-cumi vampir mengeluarkan lendir bersinar alih-alih tinta, menurut Pendidikan National Geographic.

Di mana bioluminesensi paling umum

NOAA menyatakan bahwa 80 persen hewan yang hidup antara 200 dan 1.000 meter (656 dan 3.280 kaki) dalam di lautan adalah bioluminesensi. Museum Sejarah Alam memberikan perkiraan yang lebih tinggi untuk zona yang berbeda, mengatakan bahwa hingga 90 persen kehidupan di zona senja laut menghasilkan cahaya dalam beberapa bentuk. Di darat, bioluminesensi relatif jarang dan paling dikenal dari kunang-kunang, beberapa cacing bersinar, dan sekitar 75 spesies jamur yang memancarkan cahaya hijau samar, menurut Museum Sejarah Alam.

Halaman fakta-laut NOAA menunjukkan pertanyaan ilmiah yang terbuka: peneliti belum sepenuhnya menjelaskan mengapa bioluminesensi sangat umum di lingkungan laut tetapi pada dasarnya tidak ada di danau dan sungai air tawar, dan mereka juga belum mengidentifikasi dengan tepat berapa kali atau bagaimana sifat ini berkembang secara independen di berbagai keturunan.

Contoh penting

Melampaui kunang-kunang dan ikan malaikat, beberapa kasus lain mengilustrasikan jangkauan kehidupan bioluminesensi. Dinoflagellata — plankton bersel tunggal — menghasilkan kilatan cahaya biru-hijau ketika terganggu oleh gelombang atau gerakan di air, efek yang kadang-kadang terlihat sebagai selancar berkilau di malam hari, menurut Pendidikan National Geographic. Bintik-bintik besar dan berkelanjutan dari cahaya ini yang dibuat oleh koloni bakteri bercahaya dikenal sebagai 'laut susu' dan kadang-kadang cukup terang untuk dideteksi oleh satelit di perairan tropis, Pendidikan National Geographic mencatat. Beberapa spesies, seperti cumi-cumi bobtail Hawaii, tidak membuat cahaya sendiri sama sekali; mereka menampung koloni bakteri bioluminesensi, termasuk Vibrio fischeri, dalam hubungan simbiosis yang dijelaskan oleh Museum Sejarah Alam.

Di semua kasus ini, kimia yang mendasari serupa — luciferin bereaksi dengan oksigen, dikatalisis oleh luciferase atau fotoprotin — tetapi molekul spesifik, warna dan tujuan biologis berbeda dari satu keturunan ke keturunan berikutnya, mencerminkan berbagai asal-usul terpisah dari sifat ini yang diidentifikasi oleh NOAA dan Museum Sejarah Alam.