กลไกควบคุมการเรืองแสง

กลไกควบคุมการเรืองแสง

เมื่อเปรียบเทียบปฏิกิริยาการเรืองแสงของสิ่งมีชีวิต (bioluminescence) ดังกล่าวข้างต้น กับการเรืองแสงในระบบสิ่งไร้ชีวิต (phosphorescence หรือ fl uorescence) แล้ว ข้อแตกต่างสำคัญก็คือ การเรืองแสงในระบบสิ่งไร้ชีวิต เป็นผลของการเปลี่ยนแปลงความร้อน หรือกระแสไฟฟ้า หรือการสั่นสะเทือนของอณู ส่วนการเรืองแสงของสิ่งมีชีวิต เป็นผลจากปฏิกิริยาชีวเคมีภายในเซลล์ มีการผลิตแสงที่ไม่มีพลังงานความร้อน และสีที่ปรากฏพบในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว จะเป็นแสงในช่วงคลื่นตั้งแต่ประมาณ ๐.๐๐๐๐๔๘-๐.๐๐๐๐๕๐ ซม. (น้ำเงิน หรือน้ำเงินปนเขียว) ถึงประมาณ ๐.๐๐๐๐๕๖๕ ซม. (เขียวปนเปลือง) เช่นในหิ่งห้อย จนกระทั่งถึง ๐.๐๐๐๐๖๑๔ ซม. (แดง) ในพวกหนอนรถไฟ เป็นต้น

ถึงแม้การเรืองแสงในสิ่งมีชีวิตต่างๆ จะเกิดขึ้นภายใต้สภาวะแวดล้อมต่างกัน มีผลลัพธ์แตกต่างกันมากมาย ในแง่ของ สี แสง ตำแหน่ง ช่วง เวลา และจังหวะการเรืองแสง แต่การเรืองแสงในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดเป็นปฏิกิริยาชีวเคมีทั้งหลายภายในเซลล์ ภายใต้การควบคุมงานของสารที่เรียกว่า เอนไซม์ ปฏิกริยาชีวเคมีภายในเซลล์ที่มีชีวิตมีผลสำคัญ  คือ การเปลี่ยนแปลงทางเคมีของสารในเซลล์ และการหมุนเวียนพลังงาน ในปฏิกิริยาการเรืองแสงของสิ่งมีชีวิต เอนไซม์ที่เกี่ยวข้อง คือ ลูซิเฟอรัส จะทำปฏิกิริยาเปลี่ยนแปลงสารลูซิเฟอริน ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาที่ต้องการก๊าซออกซิเจนไปทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง แบบปฏิกิริยาการเผาไหม้ภายในเซลล์ ต่างกันที่พลังงานที่ผลิตขึ้นในกรณีนี้เป็นพลังงานแสง 

แสงที่เกิดขึ้นจึงเป็นพลังงานที่ถูกเปลี่ยนรูปมาจากพลังงานที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมี ที่อาจเกิดได้ในหลอดแก้ว ที่มีเอนไซม์ และวัตถุดิบลูซิเฟอริน ที่สกัดจากเซลล์เรืองแสง ก๊าซ ออกซิเจนและ ATP (เอ.ที.พี.) ซึ่งเป็นสารประกอบที่มีพลังงานสูง พบในเซลล์มีชีวิตทั่วไป แสงเรืองที่เกิดจากการใช้ ATP จากเซลล์ปกติจะมีความเข้มมากกว่าแสงเรืองที่ เกิดในการใช้ ATP จากเซลล์มะเร็ง ข้อแตกต่างนี้นอกจากจะแสดงกลไกของปฏิกิริยาการ เรืองแสงแล้ว ยังให้ความหวังว่า อาจใช้การวัดความเข้มของแสงที่ได้ เป็นดรรชนีในการวินิจฉัยสภาพของเซลล์ในการตรวจสอบมะเร็งได้

เนื่องจากลักษณะของการเรืองแสงแตกต่างกันไปตามชนิดของสิ่งมีชีวิต ความสามารถในการเรืองแสง และลักษณะการเรืองแสงนั้น เป็นสิ่งที่ถ่ายทอดได้ทางพันธุกรรม และปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ในการเรืองแสงถูกควบคุมโดยเอนไซม์ที่อยู่ภายใต้อิทธิพล ของหน่วยกรรมพันธุ์ จากรายงานการศึกษาการเรืองแสงในจุลินทรีย์พบว่า หน่วยกรรมพันธุ์ที่ควบคุมการเรืองแสงนั้น อาจเกิดการกลายพันธุ์ขึ้นได้ และหน่วยกรรมพันธุ์ใหม่นี้ ทำให้เกิดเซลล์ที่ไม่อาจเรืองแสงได้ในสภาพปกติ แต่จะเรืองแสงได้ ในสภาพที่เติมสารเคมี ATP แสดงว่า การกลายพันธุ์คือ การสูญเสียความสามารถในการสังเคราะห์สารบางชนิด ที่จำเป็นในการเรืองแสง หรือการขาดเอนไซม์ในการสังเคราะห์สารนั้น 

ผลจากการเปรียบเทียบสิ่งมีชีวิตต่างๆ ที่มีการเรืองแสง ปรากฏว่า ปรากฏการณ์การเรืองแสงนี้มีในสิ่งมีชีวิตทุกลำดับขั้นวิวัฒนาการ ตั้งแต่จุลินทรีย์ต่างๆ ที่มีเซลล์เดียวขึ้นมา ถึงพวกที่มีกระดูกสันหลัง และในทุกชนิดพบว่าเป็นปฏิกิริยาชีวเคมีแบบเดียวกัน คือ เป็นปฏิกิริยาที่ต้องใช้ออกซิเจนไปทำปฏิกิริยากับสารในเซลล์ โดยความควบคุมของเอนไซม์ และปล่อยพลังงานออกมา ในรูปของแสง การวิวัฒนาการเกิดขบวนการเรืองแสงนี้ จึงสันนิษฐานว่า เป็นขบวนการที่เกิดในระยะแรกเริ่มของโลก โดยเฉพาะในยุคที่โลกนี้เริ่มมีการผลิตออกซิเจน โดยขบวนการสังเคราะห์แสงของพืชสีเขียว และเป็นขบวนการที่เกิดระยะเดียวกับที่มีการเกิดการหายใจโดยใช้ ออกซิเจน การผลิตแสงเป็นการปรับตัวของสิ่งมีชีวิตบางอย่าง ที่รอดตายจากการคัดเลือกโดยธรรมชาติ และอยู่มาได้จนถึงปัจจุบัน เป็นการปรับตัวแบบหนึ่งที่ส่งเสริมการสืบพันธุ์ และการรอดตายจากศัตรู