É um dos sinais mais emblemáticos do verão em algumas partes dos Estados Unidos: os vaga-lumes cintilando na noite. A capacidade dos vaga-lumes de produzirem sua própria luz é chamada de bioluminescência, um fenômeno encontrado em alguns animais, bactérias e fungos em todo o mundo. A maioria dessas criaturas vive em cavernas ou oceanos. Mas algumas vivem onde os humanos podem vê-las, incluindo as mais de 2.000 espécies de besouros que compõem a família dos vaga-lumes.
Então, já sabemos o nome do efeito. Mas como os vaga-lumes (família Lampyridae), também chamados de pirilampos, criam esses espetáculos deslumbrantes?
A chave para a sua luminosidade é uma reação química baseada em um composto chamado luciferina, disse Timothy Fallon , geneticista bioquímico da Universidade da Califórnia, em San Diego.
A luciferina produz luz pela perda de elétrons — um processo chamado oxidação — na presença de adenosina trifosfato (ATP), uma molécula que fornece energia para as células, e magnésio.
Essa reação é mediada pela enzima luciferase. Os vaga-lumes possuem órgãos luminosos em seus abdômens, onde essas reações ocorrem, que contêm uma camada de ácido úrico cristalizado que ajuda a refletir e amplificar a luz.
Esse sistema de utilização de luciferina e luciferase evoluiu independentemente diversas vezes em animais bioluminescentes, inclusive em outro grupo de besouros luminosos chamados Sinopyrophoridae.
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Somente nos últimos séculos os cientistas começaram a entender como alguns seres vivos conseguem produzir luz. Uma das primeiras pessoas a avançar nesse sentido foi um membro da Royal Society de Oxford, no século XVII, que descobriu que o ar era essencial para que um fungo bioluminescente brilhasse.
De fato, o oxigênio é um dos principais ingredientes da bioluminescência dos vaga-lumes.
A luminescência começa cedo para os vaga-lumes. As pupas — e até mesmo os ovos — são capazes de produzir luz, possivelmente como um sinal para predadores de que não são uma boa refeição, já que algumas delas são venenosas devido a substâncias químicas chamadas lucibufaginas , que sintetizam a partir de sua dieta. Quando os vaga-lumes terminam a metamorfose e atingem a fase adulta, desenvolvem novos órgãos luminosos. Mas o sistema geral é o mesmo, com a luz emanando de células especiais encontradas em órgãos luminosos na parte inferior de alguns vaga-lumes, tornando-os amarelos, laranjas, verdes ou até mesmo azuis .
Essas células estão repletas de luciferina e luciferase, além de um número excepcionalmente alto de mitocôndrias. Essas minúsculas organelas bombeiam o ATP necessário para que os vaga-lumes iniciem a reação química. Os vaga-lumes ligam e desligam sua luz através do fluxo de oxigênio para essas células. Sem oxigênio, significa escuridão. Com muito oxigênio, há um brilho.
Esse interruptor liga/desliga é importante para os vaga-lumes da costa leste dos EUA, que usam sinais luminosos na fase adulta para encontrar o parceiro reprodutivo ideal. Encontrar parceiros na fase adulta pode ser difícil, e cada espécie que emite luz desenvolveu sua própria sequência luminosa para se diferenciar das demais. Isso faz da bioluminescência uma "canção de amor em código Morse", disse Lynn Faust , pesquisadora independente de vaga-lumes em Knoxville, Tennessee. "Com suas vidas adultas extremamente curtas, é uma corrida contra o tempo" para encontrar um parceiro.
Os pesquisadores avançaram muito na compreensão da ciência por trás da bioluminescência dos vaga-lumes. No entanto, inúmeras espécies de vaga-lumes permanecem sem registro na Ásia e na África, e os pesquisadores ainda lutam para entender como os besouros desenvolveram sua capacidade de brilhar no escuro há 130 a 140 milhões de anos, de acordo com uma pesquisa publicada no banco de dados de pré-impressão BioRxiv .
"As maiores questões em aberto são, por exemplo, quais são todos os genes envolvidos na bioluminescência?", disse Fallon.
Uma grande descoberta ocorreu em 1985, quando pesquisadores identificaram o gene responsável pela produção da luciferase . Essa enzima é hoje utilizada em pesquisas biomédicas para iluminar artificialmente proteínas específicas em plantas e animais. Em 2024, pesquisadores em Wuhan, na China , descobriram mais dois genes em um vaga-lume aquático da espécie Aquatica leii , que eles suspeitam poder ajudar a posicionar a lanterna — o órgão luminoso do vaga-lume adulto — no abdômen e ativar genes geradores de luz, como a luciferase.
Além de decifrar a bioluminescência dos vaga-lumes, os cientistas ainda estão aprendendo o que os motiva na natureza. Nos últimos anos, o número de vaga-lumes diminuiu devido à baixa população, à perda de habitat e às mudanças climáticas. "Sabemos tão pouco" sobre os vaga-lumes em seu habitat natural", disse Faust. "Como podemos conservá-los e protegê-los se mal entendemos suas necessidades mais básicas?"
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