Bioluminiscecne v říši hmyzu

Kdo by neznal tajemné bludičky a svatojánské mušky, které mají svádět zbloudilé poutníky do bažin, nebo poetické vyprávění Jana Karafiáta Broučci. Světélkujících čili bioluminiscentních organismů si všímali již staří Řekové. Nicméně první experimenty s nimi, konkrétně se "svítícími" kovaříky rodu Pyrophorus, provedl až v polovině 19. století francouzský polyhistor, lékárník a fyziolog Horace Raphael DuBois.

DuBois jako první poodhalil dosti komplikovanou chemickou podstatu bioluminiscence. Stručně řečeno, světlo vzniká při oxidaci organické látky (luciferinu), kterou katalyzuje enzym luciferáza. Reakce spotřebovává energii, dodávanou ve formě sloučeniny ATP (adenosintrifosfát). Účinnost přeměny energie na světlo je při této reakci velmi vysoká, podle některých zdrojů se pohybuje okolo 95 %. Pro srovnání: u klasické žárovky je tato účinnost zhruba 8-10 %, zbytek energie se mění v teplo. Světlo vzniklé bioluminiscencí se proto označuje jako studené. Jeho barva je ovlivňována především hodnotou pH při reakci a pohybuje se od namodralé, zelenavé či žluté až po červenou. Intenzita světla je pak regulována přísunem ATP.

Model molekuly a chemický vzorec luciferinu světlušek. Různé organismy používají různé luciferiny, jejichž chemická struktura se může výrazně lišit. Zdroj Wikimedia Commons, autoři Benjah-bmm27 (horní obrázek), Yikrazuul (dolní obrázek), volné dílo / public domain.

Světlušky, patřící do čeledi brouků nazývané Lampyridae, jsou bezpochyby nejznámější skupinou hmyzu, která umí vyzařovat světlo. Světelné signály slouží dospělcům jako rozpoznávací znamení - mohou podle něj najít partnera a spářit se s ním. V nejjednodušším případě najde sameček samičku za letu podle jejího světelného signálu. U jiných druhů vyšle samička po spatření samčího záblesku vlastní signál a čeká na odpověď samečka.

Intenzita a intervaly záblesků se liší druh od druhu, takže sameček reaguje pouze na záblesky těch správných samiček. Má to ale i háčky. Například dravé samičky severoamerické světlušky rodu Photuris změní po páření svůj světelný signál a lákají samečky menších druhů, které následně povečeří. Fascinující podívanou nabízejí světlušky v mangrovových porostech jihovýchodní Asie. Na velkých stromech se zde shlukují tisíce samců, aby synchronizovaly své záblesky. Každý strom pak má jinou frekvenci "světelné show" a výsledek připomíná obří vánoční trhy v západní Evropě.

Bioluminiscence tedy slouží světluškám jako hlavní mechanismus pro rozpoznávání partnerů k páření a brání nežádoucímu mezidruhovému křížení (odborně se tento fenomén označuje jako reprodukčně izolační mechanismus). Možná i proto patří světlušky mezi vzhledově nejuniformnější skupiny brouků. Řada druhů se dá rozpoznat jen na základě analýzy DNA nebo pomocí jejich světelných signálů.

Sameček světlušky větší (Lampyris noctiluca). Zdroj Wikimedia Commons, autor Hectonichus, licence Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

Samička světlušky větší (Lampyris noctiluca). Zdroj Wikimedia Commons, autor Jasja Dekker, licence Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic.

Kromě dospělců světlušek a některých kovaříků se u brouků setkáváme s bioluminiscencí také u larev. Světélkující larvy mají světlušky a několik příbuzných čeledí, například Phengodidae nebo Omalisidae. Existenci svítících larev již nelze vysvětlit jako způsob sexuální komunikace. S nejvyšší pravděpodobností se jedná o extrémní formu ochranného zbarvení. Světlušky a jejich příbuzní obsahují ve svém těle chemické látky, které jsou pro jejich možné predátory nechutné či jedovaté. Larvy i dospělci tak světlem varují: pozor, jsem jedovatý!

Larva brazilského brouka rodu Phrixothrix z čeledi Phengodidae má kromě výstražného světla ještě jeden pár orgánů na hlavě, které produkují červené světlo. Larva tak připomíná vláček jedoucí pozadu: vpředu dvě červené "lampičky" a na každém tělním článku pár "okének", která září zeleně. O funkci červeného světla u této larvy se vedou stále debaty, neboť většina členovců červenou barvu nevnímá a ochranná funkce tedy nepřipadá v úvahu. Proto se vědci domnívají, že se jedná o jakousi lucernu, kterou si larva svítí na svou kořist - mnohonožky. Koneckonců i dospělci této čeledi používají světelné orgány k osvícení místa pro přistání či páření.

Světlo jako návnadu pro kořist i jako sexuální signál používají také mušky z rodu Arachnocampa (čeleď Keroplatidae), žijící v jeskyních na Novém Zélandu a v Austrálii. Jejich larvy vytvářejí poměrně dlouhá lepkavá vlákna a spouštějí je ze stropů jeskyní. Když je tato past připravena, uvelebí se larvy uprostřed vláken a na své namodralé světlo lákají kořist, která se do vláken zamotá. Sameček mušky zas podle světla hledá samičky, které jsou těsně před vylíhnutím z kukly. Když je najde, stačí mu jen počkat, až se partnerka vylíhne, a spářit se s ní. Na příhodných místech tvoří larvy obrovské populace. Takové jeskyně patří k vyhledávaným turistickým atrakcím, protože jejich stropy připomínají hvězdné nebe.

Larva novozélandské mušky rodu Arachnocampa uprostřed lepivých vláken, do nichž chytá kořist. Foto Petr Janšta.

U hmyzu se s produkcí světla setkáme ještě u některých zástupců chvostoskoků, křísů a údajně i u velké, cikádě příbuzné svítilky (Fulgora laternalia) z jihovýchodní Asie.

Chcete vidět bioluminiscenci v přírodě na vlastní oči? K pozorování světlušek jsou nejlepší vlhké louky a lesy v období od konce května do července. Pokud se v noci v lese bojíte, tak zkuste za temné noci zčeřit hladinu moře. Budete-li mít štěstí, uvidíte desítky modrých zářících hvězdiček. Nejedná se v tomto případě o zástupce hmyzu, ale o drobné jednobuněčné obrněnky rodu Noctiluca. Ty při vyrušení vydávají krátký intenzivní záblesk světla.

- - -

Podívejte se na unikátní video, které natočil doktor Petr Šípek v Brazílii, v deštném lese asi 100 km od Sao Paula. Na videu je světélkující larva brouka rodu Phrixothrix; české jméno bohužel nemá. Anglicky se jí také říká railroad worm ("železniční červ") pro její podobnost s vlakem jedoucím noční krajinou. Jak zmiňujeme ve článku, produkce světla má v tomto případě patrně dvě role. Zaprvé sděluje potenciálnímu predátorovi, že je larva jedovatá. Zadruhé, červené světlo možná funguje jako lucernička. Larvy se totiž živí mnohonožkami, přičemž pro většinu členovců (kam patří i mnohonožky) je červená barva neviditelná. Spekuluje se tedy o tom, že si larvičky svítí na kořist, aniž by to jejich oběti mohly zaznamenat.

Autor: Petr Šípek