暗い空の下、青く光る浜辺の写真を見たことがあるかもしれません。 この光は「バイオ・ルミネッセンス（生物発光）」と呼ばれています。 水中に生息する生物発光藻と呼ばれる小さな生物が放つものです。
生物発光藻は、世界中の海に存在する光る藻類です。水中に何らかの乱れが生じると、青緑色の閃光のように見えるのが特徴です。
ここでは、発光する藻類と、発光する理由についてご紹介します。
生物発光とは？
生物発光は、化学発光の一種で、化学反応によって光を発生させるものです。生物発光は、生体内の化学反応により副生成物として光が発生することで起こります。その結果、光ったり、瞬いたりする。
藻類やイカなどの海洋生物に見られるメカニズムの一種です。一部の動物が生存のために餌を引き寄せるのに役立っています。
青っぽく見え、発熱が少ないため、「冷光」とも呼ばれる。海中には、魚類、細菌、クラゲ、藻類など、生物発光をする海洋生物が生息しています。陸上には、ホタルやある種の菌類などの生物発光体が生息しています。
生物発光の化学反応には、ルシフェリンとルシフェラーゼという化学物質が関与しています。発光生物には、これらの化学物質を自ら作り出すものと、食物から摂取するものがある。
ルシフェリンは光を発生させる複合物質です。ルシフェラーゼは、酵素や化学物質の一種で、反応を促進させる働きがあります。ルシフェラーゼは、ルシフェリンに酸素分子を結合させることができます。この反応は酸化と呼ばれます。ルシフェリンが酸素と結合すると、オキシルシフェリンが生成され、光という形でエネルギーを放出する。光の色や強さは、生物内のルシフェリン分子の並び方やルシフェラーゼ酵素の種類によって異なる。
ある生物は、ルシフェリンと酸素を結合させる光タンパク質と呼ばれる化学物質を持っている。これらはルシフェラーゼを必要としないので、副産物として光を出すことができます。その代わり、カルシウムイオンと接触することで光を出すのです。
生物発光は、蛍光と混同してはいけない。蛍光は、刺激となる光があると吸収され、長い時間発光する。
生物発光藻類とは？
発光藻は、青緑色の光を発する小さな海藻である。単細胞生物である。海面に生育する生物は、渦鞭毛藻類が最も一般的である。 夜光虫は、海の輝きとして知られる渦鞭毛藻の一種である。
生物発光藻はなぜ光るのか？
生物発光藻は、ルシフェリンとルシフェラーゼを産生する。渦鞭毛藻のルシフェラーゼは、植物の緑色の化学物質であるクロロフィルに似ています。ルシフェリンとルシフェラーゼの間で起こる化学反応は、生物発光藻が動いたり、環境の変化によって乱されたときに引き起こされる。
渦鞭毛藻では、ルシフェラーゼ酵素とルシフェリン分子がシンチロンと呼ばれる丸い構造物の中に存在している。渦鞭毛藻の細胞は、環境の変化や乱れによって外膜にストレスがかかり、細胞内で特定の反応が起こる。すると、シンチロンに変化が起こり、酸性に傾く。
この変化によりルシフェラーゼ酵素が活性化され、ルシフェリンと酸素の結合が促進される。この化学反応によりオキシルシフェリンが生成され、副産物として光を発生する。
生物発光藻は、邪魔をされると短時間だけ発光する。しかし、水の塩分濃度が下がるなどの環境の変化により、生物発光藻は強制的に連続発光させられることがある。
その場合、暗い海の中で青や緑の斑点が光っているように見える。
生物発光藻は有害なのか？
暗い海を背景に、魅惑的に見える生物発光藻類。生物発光を見ることは、この上なく美しい体験です。しかし、多くの渦鞭毛藻類は有毒であるため、警告サインである可能性があります。
その周りを泳ぐ魚に毒を与える可能性があるのです。もし、あなたがそのような生物発光藻類に接触したら、あなたにも害を及ぼす可能性があります。ウミキノコのように、あまり毒が強くない種もありますが、それでも不快な副作用がある場合があります。
また、生物発光が、汚染や地球温暖化などの環境変化のサインであることを示唆する証拠もあります。環境の変化により、水中の酸素濃度が低くなったり、窒素やリンの濃度が高くなったりすることがあります。このような環境では、有毒な渦鞭毛藻が繁殖・増殖しやすくなり、有害な藻類が発生する。これはさらに、"赤潮 "と呼ばれる現象につながることもある。何百万匹もの成長しすぎた有毒な藻類が、昼間の水の色を赤く変え、夜にはキラキラと輝くようになるのだ。
赤潮のときは、藻類を食べている魚やエビなどの海洋動物も渦鞭毛藻の毒素が体内に蓄積され、毒になる。藻類に触れたり、有毒な海生生物を食べたりすると、腸の病気や食中毒などの副作用が出ることがある。渦鞭毛藻の中には神経毒を出すものもあり、脳の機能や記憶力に影響を与えることもあります。
生物発光する海水で泳いでも大丈夫ですか？
一部の生物発光藻は、海洋生物、人間、そして生物に接触するものに有害な毒素を生成するため、藻に触れたり、生物発光水の中で泳いだりすることは安全でない場合があります。生物発光する藻類が生息する海岸を訪れることはできますが、藻類との接触は避け、安全な距離から発光を観察するのがベストです。
生物発光藻はどこで見られるの？
アメリカ本土の海域で、夏の間、発光藻が咲き乱れる。暖流の潟湖や湾の開口部が狭い場所に多く集まっている。このため、藻類が外洋に流出するのを防ぐことができる。夜になると、ラグーン全体がきらきらと光って見える。
生物発光は、昼間は見ることができません。肉眼で見つけようとすると、特に周りに明かりがある場合は、かすかにしか見えないことがあります。しかし、月のない夜の暗い浜辺では、海岸に打ち寄せる波の中に渦鞭毛藻の生物発光を見ることができます。海岸に打ち上げられるので、海岸を歩いていると見つかるかもしれません。また、船の航跡や水中で形として見ることができるかもしれません。
現在進行中の研究
生物発光する藻類を建築に利用する研究を行っています。この藻類は光を出すことができるため、持続可能で環境に優しい光源として利用できる可能性がある。化石燃料で動いている電気を使わなくてもよくなり、地球を守ることにもつながります。
これとは別に、人間とコンピュータのインタラクションデザイナーは、生物によってデジタルコミュニケーションをどのように改善できるかを研究し、理解しようとしています。生物発光する藻類は、小さな自給自足のコンピューターのようなもので、科学者は藻類がどのように情報を処理し、周囲の環境と相互作用するかを研究することができるのです。これは、人間の利便性を高めるための新しくユニークなデジタルシステムを作るのに役立つだろう。
