Tại sao đom đóm lại phát sáng?

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”.

• Hàng ngàn con đom đóm thắp sáng cả khu rừng
• Lý giải khả năng phát sáng trong đêm của đom đóm
• Tìm hiểu cơ chế phát sáng của đom đóm

Nghiên cứu này đã cho thấy sự phô trương vẻ đẹp giới tính không chỉ có ở một số loài như chim, thú hay con người mà ngay cả loài côn trùng cũng không phải ngoại lệ.

Chất phát sáng ở đuôi đom đóm gặp phải oxy sẽ phát sáng nhưng ánh sáng rất yếu, vì thế chỉ buổi tối mới nhìn rõ. Đom đóm đực có cánh, đom đóm cái không có. Do đó đom đóm đực phát sáng để thu hút đối phương.

Chẳng hạn, những con đom đóm đực tập hợp được ánh sáng huỳnh quang lâu hơn sẽ có khả năng tìm bạn đời thành công hơn và giúp con cái sinh sản ra nhiều con hơn.

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.

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 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.

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.

Ánh sáng đom đóm phát ra không tỏa nhiều nhiệt như bóng đèn điện. 

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.