Lucciole

Erano anni che non ne vedevo . L’ultima volta fu in  un campo di grano lungo la strada per Urbino; uno spettacolo meraviglioso, un vero mare di lumini intermittenti  che avvolgevano il luogo di magia. Ieri sera le ho incontrate, ancora più spettacolari,  nel giardino di villa Smeraldi a Bentivoglio.  Miriadi di puntini luminosi che danzavano tra i cespugli, un po’ folletti e un po’ luci di Natale. E mentre le guardavo incantata  mi sono trovata trasportata nella surreale  atmosfera di  un bellissimo dipinto di Remedios Varo una  pittrice spagnola davvero affascinante.

Varo - Papilla estelar

Remedios Varo – Papilla estelar

Colta da uno dei miei raptus fotografandi  ho iniziato a inseguire  le lucciole, che attraversavano danzando il sentiero,  sperando di prenderne una fra le mani  e immortalarne la luce. Purtroppo,  avendo io  la velocità del bradipo, non ho preso proprio niente e anzi sono quasi certa che la mia goffaggine divertisse molto  i piccoli beffardi insetti!

Febbre

Di prima notte,

i grilli elettrizzati

a strofinarmi, ad arroventarmi le tempie

e la luna sanguigna

a bollare di spettri rossi

il mio corpo maturo.

Più tardi, la mamma, entrata

camminando piano,

con una fioca oscillante stellina

a farle rosa il cavo della mano:

la mamma che portava una lucciolina

alla sua bimba malata.

S. Margherita, 24 giugno 1929

Antonia Pozzi

Per evidenziare tutta la mia irritazione per il mancato servizio fotografico li chiamerò con il loro nome scientifico, lampiris noctiluca, ( un po’ come quando i mie genitori erano arrabbiati con me e mi chiamavano con l’intero nome invece che con il più affettuoso Marga)   e svelerò il segreto della loro luce.

Bioluminescenza, ecco il nome di quel meraviglioso  fenomeno,  che le lucciole condividono con altre creature, in particolare abitanti di mari e oceani, ma,

mentre la luce delle lucciole è gialla (550nm), gli animali, che vivono nel profondo del mare si sono evoluti per produrre luce verde o blu, perché la luce con tale lunghezza d’onda si  trasmette bene attraverso l’acqua di mare. Questo succede  perché la luce blu ha una lunghezza d’onda più corta (maggiore energia ) di quella gialla, e viene  assorbita meno facilmente dalle molecole d’acqua.

Spettro elettromagnetico

Spettro elettromagnetico: lunghezza d’onda corrispondente ai colori

Tutti questi  animali, terrestri e acquatici, producono  luce, che utilizzano per  molteplici scopi: spaventare  i predatori ( ci sono specie di calamari e crostacei che possono liberare  nubi di liquido bioluminescente per confondere i predatori, mentre fuggono), per attirare  le prede, per comunicare   o per trovare compagni/e,

Quella prodotta per bioluminescenza è una luce fredda e non assomiglia certo a quella di una comune lampadina, che produce molto calore oltre alla luce! Se il meccanismo fosse identico, la povera lucciola non potrebbe  sopravvivere  a tale, pur  eccitante, esperienza.

Il primo scienziato a penetrare il segreto delle lucciole, fu il naturalista Dubois nel 1885: egli scoprì che si trattava di una reazione di ossidazione catalizzata da un enzima e chiamò la sostanza chimica luciferina e l’enzima lucifererasi.  Luciferina e luciferasi   comprendono  molecole diverse e ogni specie  ha le sue. Questa è la luciferina delle lucciole:

luciferina delle lucciole

luciferina delle lucciole

Tutte queste reazioni bioluminescenti utilizzano ATP (adenosina trifosfato) come fonte di energia, ossigeno molecolare e prevedono la formazione di un complesso eccitato che quando ricade nello stato fondamentale, produce fotoni luminosi

reazione di bioluminescenza

reazione di bioluminescenza nelle lucciole

Studi recenti hanno individuato anche il meccanismo che permette alle lucciole di produrre luce intermittente. La molecola responsabile è NO, l’ossido nitrico, (la molecola  che ritroviamo nella chimica dell’ amore e … nel Viagra).  In breve, quando la luce lucciola è  OFF,   non viene prodotto NO. In questa situazione, l’ossigeno, che entra  nell’organo ” lanterna” responsabile dell’emissione luminosa, viene legato alla superficie degli  organelli che producono l’ energia della cellula, i  mitrocondri, e non è quindi disponibile per il trasporto. Quando la lucciola  è ON,  produce  ossido di azoto, che si lega ai mitocondri, liberando l’ossigeno e consentendogli  di fluire nell’organo ” lanterna”  dove si combina con le altre sostanze chimiche necessarie per produrre la reazione bioluminescente. Poiché l’ossido nitrico si rompe molto rapidamente, non appena la sostanza chimica non viene più prodotta, le molecole di ossigeno vengono nuovamente intrappolati dai mitocondri e non sono più disponibili per la produzione di luce.

Le femmine hanno luce fissa e riconoscono i maschi della loro specie dal tipo di flash emesso. Pare che i maschi più “intermittenti” siano anche i più affascinanti!

L’apparato  responsabile dell’emissione luminosa delle lucciole  è stato oggetto di studi per la produzione di una lente antiriflesso per LED, che potrebbe contribuire a realizzare sistemi di illuminazione e display a LED ad alta potenza più efficienti e meno costosi.( qui per saperne di più)

Fin qui ho parlato di  bioluminescenza, una reazione che avviene per azione di un enzima in esseri viventi;  si parla invece di chemiluminescenza quando  c’è produzione di luce attraverso  una reazione chimica senza intervento di piante o animali. Due sostanze chimiche reagiscono per formare un intermedio eccitato (ad alta energia),  che poi  rompe i suoi legami  liberando parte della sua energia come fotoni,  per raggiungere il suo stato fondamentale.

A + B -> AB * -> Prodotti + luce

meccanismo di eccitazione elettroni

spettro elettromagnetico

spettro elettromagnetico

Queste reazioni sono alla base del comportamento di sostanze come il luminol. Come sappiamo dai telefim della serie CSI,  gli scienziati forensi utilizzano la reazione del  luminol per rilevare il sangue sulla scena del crimine. Nella zona in cui gli scienziati forensi sospettano la presenza di sangue, viene spruzzata  una miscela di luminol in una soluzione diluita di perossido di idrogeno ( acqua ossigenata). Il ferro presente nell’unità eme dell’emoglobina  agisce  come catalizzatore.  Il luogo deve essere buio e, in presenza di sangue, si osserva un bagliore blu, della durata di circa 30 secondi. Gli investigatori possono registrare questo bagliore utilizzando una pellicola fotografica, che può essere utilizzata come prova in tribunale per dimostrare la presenza di sangue sulla scena. Poiché il ferro agisce come catalizzatore, è necessaria la sua presenza solo in tracce, quindi basta una piccola quantità di sangue, anche non visibile a occhio nudo, per produrre un risultato positivo.

Un’ applicazione decisamente più ludica della chemiluminescenza è quella dei bastoncini luminosi usati nei concerti

Questi bastoncini sono formati da un tubo di plastica contenente una miscela comprendente difenil ossalato e un colorante (che determina il colore del bastone). All’interno del tubo di plastica c’ è un tubo di vetro più piccolo contenente perossido di idrogeno ( acqua ossigenata). Quando il tubo di plastica esterno viene piegato, il tubo di vetro interno si rompe, rilasciando il perossido di idrogeno e  inizia la reazione chimica che produce luce.

Reazioni  di chemiluminescenza, come quelle dei bastoni luminosi, dipendono dalla temperatura. La reazione accelera con l’aumentare della temperatura. Quando si piega   il  bastone luminoso in acqua calda, si produce una luce fantastica, ma la reazione non durerà a lungo; al contrario, la velocità di reazione rallenterà a bassa temperatura. Questo è il motivo per cui, per mantenere a lungo il bastone luminoso, lo si  può mettere nel congelatore per qualche ora; quando verrà  rimosso e riscaldato,  la reazione continuerà per molto tempo. Nel congelatore, la reazione non si arresta completamente, ma  rallenta in modo tale che la luce è appena rilevabile.

Tornando alle lucciole e in clima di EXPO, concluderò questo  post con uno scoop sull’ alimentazione delle lucciole.  Sapete di cosa si nutrono queste deliziose bestioline luminose?  Nonostante l’aspetto leggiadro, sono carnivore e aggrediscono in gruppo, per trasformarle in cibo per truculenti banchetti, le … lumache!

Informazioni su spanni

prof. di chimica
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