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Camuflagem por contrailuminação 
Em algumas espécies de lulas, bioluminescência bacterial é usada para contrailuminação: o animal ajusta a intensidade da sua bioluminescência de modo a igualar a intensidade da luz ambiental superior, resultando na invisibilidade do animal quando visto de baixo.[3] Foram encontradas nestes animais vesículas fotorecetivas que controlam a intensidade e o contraste desta iluminação, para criar uma combinação perfeita.[3] Estas vesículas são normalmente separadas do tecido que contém as bactérias bioluminescentes. Contudo, na espécie Euprymna scolopes, estas bactérias integram as vesículas.[4]
Mimetismo para atrair presas
Bioluminescência é usada para atrair as presas por muitos peixes de águas profundas, como Melanocetus johnsonii. Um apêndice pendente que se estende da cabeça destes peixes atrai pequenos animais para uma distância que os possam atacar.[5]
O tubarão Isistius brasiliensis usa a bioluminescência para camuflagem mas uma pequena porção da parte inferior permanece escura que parece um pequeno peixe para grandes peixes predatórios, como o atum e a cavala. Quando estes tentam comer o "pequeno peixe", são mordidos pelo tubarão.[6]
Os dinoflagelados podem usar a atração pela bioluminescência como defesa contra predadores. Eles iluminam quando detectam a presença de predadores, possivelmente deixando-os mais vulneráveis a predadores de um nível trófico superior.[7]
Atrair parceiros
A atração de parceiros é usada ativamente pelos pirilampos (português europeu) ou vaga-lumes (português brasileiro), piscando periodicamente os seus abdómens no período de acasalamento.[8]
Nos ambientes marinhos, o uso de bioluminescência para atração de parceiros é bem documentado apenas em ostracodes, pequenos crustáceos similares a camarões. Enquanto, as feromonas podem ser usadas para comunicações a longa distância, a bioluminescência é usada a curta distância.
Distração
Algumas lulas e pequenos crustáceos usam misturas de químicos bioluminescentes ou lamas com bactérias bioluminescentes da mesma maneira que a maioria das lulas usa tinta. Uma nuvem de material luminescente é libertada, distraindo ou repelindo predadores, enquanto as lulas ou crustáceos fogem para segurança.
Repulsão
As larvas de todas as espécies de pirilampos brilham para repelir predadores.
Comunicação
A comunicação entre bactérias desempenha um papel importante na regulação da luminescência em muitas espécies de bactérias. Ao usarem pequenas moléculas segregadas para o ambiente extracelular, elas são capazes de adaptarem o seu comportamento, acionando os genes de produção de luz apenas quando se encontram em zonas de grande quantidade de células.
Iluminação
Apesar de grande parte da bioluminescência marinha apresentar uma cor entre o verde e o azul, algumas espécies da família Stomiidae produzem um brilho vermelho. Esta adaptação permite a estes peixes verem presas de cor vermelha, normalmente invisíveis em ambientes de oceano profundo, onde a luz vermelha é filtrada pelas colunas de água.

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