Những điều cần biết về tảo phát quang sinh học

• Phát quang sinh học là gì?
• Tảo phát quang sinh học là gì?
• Tại sao tảo phát quang sinh học lại phát sáng?
• Tảo phát quang sinh học có gây hại không?
• Có an toàn khi bơi trong nước phát quang sinh học không?
• Tảo phát quang sinh học được tìm thấy ở đâu?
• Nghiên cứu đang diễn ra

Bạn có thể đã thấy hình ảnh bãi biển xanh, phát sáng dưới bầu trời tối. Ánh sáng này được gọi là phát quang sinh học. Nó được phát ra bởi các sinh vật nhỏ gọi là tảo phát quang sinh học sống trong nước. 

Tảo phát quang sinh học là loại tảo phát sáng được tìm thấy ở các đại dương trên toàn thế giới. Chúng xuất hiện như những tia sáng xanh lục khi có bất kỳ sự xáo trộn nào trong vùng nước mà chúng sống. 

Sau đây là mọi thông tin bạn cần biết về tảo phát quang sinh học và lý do tại sao chúng phát sáng. 

Phát quang sinh học là gì?

Phát quang sinh học là một loại phát quang hóa học: tức là phản ứng hóa học tạo ra ánh sáng. Phát quang sinh học xảy ra khi phản ứng hóa học bên trong một sinh vật sống tạo ra ánh sáng như một sản phẩm phụ. Làm như vậy sẽ tạo ra hiệu ứng phát sáng hoặc nhấp nháy. 

Đây là một loại cơ chế được quan sát thấy ở động vật biển như tảo hoặc mực. Nó giúp một số động vật thu hút thức ăn để sinh tồn.

Nó được gọi là "ánh sáng lạnh" vì nó có màu hơi xanh và tỏa ra ít nhiệt. Các sinh vật biển phát quang sinh học bao gồm cá, vi khuẩn, sứa và tảo được tìm thấy trong nước biển. Các sinh vật phát quang sinh học như đom đóm và một số loại nấm có thể được tìm thấy trên đất liền. 

Phản ứng hóa học gây ra hiện tượng phát quang sinh học liên quan đến chất hóa học luciferin. Một số sinh vật phát quang sinh học tự sản xuất ra những chất hóa học này, trong khi một số khác lấy chất này thông qua thức ăn. 

Luciferin là một chất phức tạp tạo ra ánh sáng. Luciferase là một loại enzyme hoặc một chất hóa học giúp đẩy nhanh phản ứng. Nó cho phép các phân tử oxy liên kết với luciferin. Phản ứng này được gọi là quá trình oxy hóa. Khi luciferin liên kết với oxy, nó tạo ra oxyluciferin và phát ra năng lượng dưới dạng ánh sáng. Màu sắc và cường độ của ánh sáng thay đổi tùy thuộc vào cách các phân tử luciferin được sắp xếp trong một sinh vật và tùy thuộc vào loại enzyme luciferase. 

Một số sinh vật có các chất hóa học gọi là photoprotein, kết hợp với luciferin và oxy. Chúng không cần luciferase để phát ra ánh sáng như một sản phẩm phụ. Thay vào đó, chúng tạo ra ánh sáng khi tiếp xúc với các ion canxi.

Không nên nhầm lẫn phát quang sinh học với huỳnh quang. Sự phát quang xảy ra khi có ánh sáng kích thích, được hấp thụ và sau đó phát ra trong thời gian dài.

Tảo phát quang sinh học là gì?

Tảo phát quang sinh học là loại tảo biển nhỏ xíu phát ra ánh sáng xanh lục. Chúng là sinh vật đơn bào. Tảo giáp là loại tảo phát quang sinh học phổ biến nhất mọc trên bề mặt đại dương.  Noctiluca scintillans , còn được gọi là tảo lấp lánh biển, là một trong những loại tảo giáp phát quang sinh học như vậy.

Tại sao tảo phát quang sinh học lại phát sáng?

Tảo phát quang sinh học sản xuất ra luciferin và luciferase. Luciferase trong tảo giáp tương tự như chất hóa học thực vật xanh gọi là diệp lục . Phản ứng hóa học xảy ra giữa luciferin và luciferase được kích hoạt khi tảo phát quang sinh học bị xáo trộn do chuyển động hoặc thay đổi trong môi trường.

Ở tảo giáp, enzyme luciferase và phân tử luciferin có trong một cấu trúc tròn gọi là scintillon. Sự xáo trộn hoặc thay đổi trong môi trường dẫn đến căng thẳng trên lớp phủ hoặc màng ngoài của tế bào tảo giáp, kích thích một số phản ứng nhất định bên trong tế bào. Điều này gây ra những thay đổi trong scintillon, làm cho nó có tính axit hơn. 

Những thay đổi này kích hoạt enzyme luciferase và tăng tốc độ liên kết luciferin với oxy. Phản ứng hóa học tạo ra oxyluciferin và tạo ra ánh sáng như một sản phẩm phụ. 

Tảo phát quang sinh học phát sáng trong một thời gian ngắn khi chúng bị quấy rầy. Tuy nhiên, những thay đổi trong môi trường, như độ mặn của nước giảm, có thể buộc tảo phát quang sinh học phát sáng liên tục. 

Trong những trường hợp như vậy, chúng trông giống như những đốm xanh lam hoặc xanh lục lấp lánh trên đại dương tối tăm.

Tảo phát quang sinh học có gây hại không?

Tảo phát quang sinh học xuất hiện một cách mê hoặc trên nền nước tối. Ngắm nhìn hiện tượng phát quang sinh học có thể là trải nghiệm đẹp nhất. Tuy nhiên, đó có thể là một dấu hiệu cảnh báo vì nhiều loài tảo giáp phát quang sinh học có độc. 

Chúng có thể gây độc cho cá bơi xung quanh chúng. Nếu bạn tiếp xúc với tảo phát quang sinh học như vậy, chúng cũng có thể gây hại cho bạn. Một số loài, như tảo lấp lánh biển, không độc lắm nhưng vẫn có thể gây ra tác dụng phụ khó chịu. 

Bằng chứng cũng cho thấy rằng phát quang sinh học có thể là dấu hiệu của những thay đổi trong môi trường, bao gồm ô nhiễm và sự nóng lên toàn cầu . Những thay đổi về môi trường có thể gây ra tình trạng thiếu oxy và nồng độ nitơ và phốt pho cao trong nước. Tảo giáp độc có xu hướng sinh sản và phát triển nhanh chóng trong những điều kiện như vậy, dẫn đến tình trạng tảo nở hoa có hại. Điều này có thể dẫn đến một hiện tượng gọi là "thủy triều đỏ". Hàng triệu loài tảo độc phát triển quá mức làm thay đổi màu nước thành đỏ vào ban ngày và khiến nước lấp lánh vào ban đêm. 

Trong thời gian thủy triều đỏ, các loài động vật biển như cá hoặc tôm ăn tảo cũng trở nên độc hại vì độc tố tảo dinoflagellate tích tụ trong cơ thể chúng. Nếu bạn tiếp xúc với tảo hoặc ăn những sinh vật biển độc hại này, bạn có thể gặp các tác dụng phụ như các vấn đề về đường ruột hoặc ngộ độc thực phẩm . Một số tảo dinoflagellate sản sinh ra độc tố thần kinh, có thể ảnh hưởng đến chức năng não và trí nhớ của bạn.

Có an toàn khi bơi trong nước phát quang sinh học không?

Một số loại tảo phát quang sinh học sản sinh ra độc tố có hại cho động vật hoang dã dưới biển, con người và bất kỳ thứ gì tiếp xúc với chúng, vì vậy có thể không an toàn khi chạm vào tảo hoặc bơi trong nước phát quang sinh học. Bạn có thể đến bờ biển có tảo phát quang sinh học, nhưng tốt nhất là tránh tiếp xúc với tảo và quan sát ánh sáng từ khoảng cách an toàn. 

Tảo phát quang sinh học được tìm thấy ở đâu?

Tảo phát quang sinh học nở rộ vào những tháng mùa hè ở vùng nước dọc theo đất liền Hoa Kỳ. Chúng thường tập trung ở các đầm phá nước ấm hoặc vịnh có khe hở hẹp. Điều này ngăn tảo thoát ra biển khơi. Vào ban đêm, toàn bộ đầm phá trông lấp lánh và sáng rực.

Không thể nhìn thấy hiện tượng phát quang sinh học vào ban ngày. Nếu bạn cố gắng phát hiện bằng mắt thường, hiện tượng này có thể rất mờ nhạt, đặc biệt là khi có đèn xung quanh. Tuy nhiên, trên một bãi biển tối vào một đêm không trăng, bạn có thể nhìn thấy hiện tượng phát quang sinh học của tảo giáp trong những con sóng vỡ trên bờ. Khi chúng bị sóng đánh dạt vào bờ, bạn có thể nhìn thấy một số khi đi dọc bãi biển. Bạn cũng có thể nhìn thấy chúng trong luồng nước chảy của một chiếc thuyền hoặc dưới dạng hình dạng trong nước.

Nghiên cứu đang diễn ra

Các nhà khoa học đang nghiên cứu việc sử dụng tảo phát quang sinh học trong kiến ​​trúc. Vì tảo này có thể tạo ra ánh sáng nên chúng có tiềm năng sử dụng như một nguồn sáng bền vững, thân thiện với môi trường . Sử dụng chúng có thể loại bỏ nhu cầu về điện, vốn được cung cấp bởi nhiên liệu hóa thạch, và giúp bảo vệ hành tinh.

Ngoài ra, các nhà thiết kế tương tác giữa người và máy tính đang cố gắng nghiên cứu và hiểu cách các sinh vật sinh học có thể cải thiện giao tiếp kỹ thuật số. Tảo phát quang sinh học giống như những chiếc máy tính nhỏ, tự cung tự cấp, và chúng cho phép các nhà khoa học nghiên cứu cách chúng xử lý thông tin và tương tác với môi trường xung quanh. Điều này có thể giúp tạo ra các hệ thống kỹ thuật số mới và độc đáo để thuận tiện cho con người.

NGUỒN:

American Oceans: “Sự thật nhanh: Phát quang sinh học và nguyên nhân gây ra hiện tượng này.”

Hội nghị Thiết kế Hệ thống Tương tác 2021 (DIS '21): “ Thiết kế Tương tác Trực tiếp với Tảo Phát quang Sinh học”.

Vi sinh vật : “Hiểu về hiện tượng phát quang sinh học ở tảo giáp—Chúng ta đã tiến xa đến đâu?”

National Geographic: “Phát quang sinh học”.

PLEA2013 - Hội nghị lần thứ 29, Kiến trúc bền vững cho tương lai tái tạo : “Tảo phát quang sinh học và những tác động có thể có trong thiết kế kiến ​​trúc.”

Khoa học nghiêm túc: “Tảo phát quang sinh học.”

Smithsonian: “Phát quang sinh học.”

UCSB ScienceLine: “Tảo phát sáng (tảo giáp) tạo ra ánh sáng bằng phương pháp hóa học như thế nào?”