La Luna piena minchionò la Lucciola:

- Sarà l'effetto de l'economia,

ma quel lume che porti è debboluccio...

- Sì, - disse quella - ma la luce è mia!

Trilussa

 

5 giugno 2010. - Le lucciole sono degli insetti ^([1]). Appartengono all’ordine dei Coleotteri e alla famiglia dei Lampiridi, con circa 2000 specie in tutto il mondo. In Italia esistono 20 specie di lucciole; la più diffusa e comune è senza dubbio la Luciola italica, le cui dimensioni sono di circa 7 mm per il maschio e 13 mm per le femmine. Il maschio e femmina sono molto diversi tra loro (accentuato dimorfismo sessuale): solo il primo ha vere e proprie ali ed è in grado di volare; infatti possiede ali membranose coperte da ali più coriacee (dette elitre). Queste ali sono comparativamente pesanti e determinano il caratteristico volo rallentato della lucciola. (Ecco perchè la luce dei maschi di lucciola in volo, fluttua lenta nell’aria). Volano a un’altezza di 1–1,5 m. La femmina, invece, non vola e rimane per tutta la sua vita allo stadio larvale. Le sue ali sono ridotte a minuscole squame, che non permettono di sollevarsi in volo e che lasciano intravedere i segmenti del corpo che in entrambi i sessi è di colore grigio bruno. Lo sviluppo della lucciola passa attraverso le fasi di uovo—larva—pupa—adulto.

Come  quasi  tutti gli insetti,  anche le lucciole  si riproducono  per  mezzo di  uova; queste sono depositate in estate a gruppetti di 70-100 unità, tra i sassi, tra le fessure del terreno oppure tra le foglie.

Dalle uova nascono  le  larve  che  vivono sottoterra o nelle  cavità dei tronchi. Esse sono carnivore: si cibano infatti di insetti e  soprattutto di chioccioline, come più avanti sarà meglio specificato. Le larve sono munite di mandibole per la predazione e passano due anni a nutrirsi e a crescere. Nel ciclo vitale della lucciola, la larva e l’adulto hanno due obbiettivi fondamentalmente diversi, pur essendo due fasi dello stesso individuo: le larve mangiano e gli adulti si riproducono.

La larva ha un corpo appiattito con capo retrattile e mandibole atte a predare per un periodo molto lungo. Posteriormente possiede una sorta di piede che permette di aderire con assoluta sicurezza al guscio delle lumache, le prede preferite.

Le larve di solito escono dal loro nascondiglio di notte o dopo la pioggia. A questo stadio le lucciole non sono in grado di vedere ma riescono a seguire la scia della loro preda che viene morsa ripetutamente all'altezza della testa. La piccola larva di lucciola è in grado di cibarsi di lumache grandi anche quindici volte il suo corpo, secondo una tecnica ben definita. Quando la chiocciola è ritratta nel guscio e non è spaventata, lascia pur sempre una piccola porzione del cosiddetto mantello lungo l’orlo del guscio stesso e ciò è quanto basta alla larva cacciatrice. Avvicinandosi leggera, mordicchia con delicatezza questo mantello usando le proprie mandibole non come un organo che dilania, ma piuttosto come un doppio ago ipodermico indolore. In questo modo viene iniettata nella vittima una potente sostanza anestetizzante in dosi infinitesimali, ma  sufficienti a paralizzare all’istante la preda, evitando così che non si ritragga ulteriormente nel guscio. A questo punto entra in azione un enzima, presente nel liquido iniettato, che pre-digerisce le carni della chiocciola trasformandole in una specie di brodetto che verrà letteralmente succhiato dalla lucciola, usando le stesse mandibole cave come una pompa aspirante.

La pupa è lo stadio immobile al cui interno avviene la trasformazione radicale dell’aspetto da larva ad adulto. La pelle della larva viene mutata più volte durante il periodo d’accrescimento L’ultima trasformazione dà origine all’adulto, la cui vita è estremamente breve (qualche giorno, al massimo qualche settimana) e volta esclusivamente alla riproduzione. Infatti, da adulte le lucciole smettono di nutrirsi (vivono grazie alle scorte energetiche accumulate durante la fase larvale) impegnando tutte le loro energie per il fondamentale scopo della riproduzione: mentre i maschi muoiono poco dopo l'accoppiamento, le femmine sopravvivono per un paio di giorni, ovvero il tempo di deporre le uova nel terreno. Nel successivo autunno sgusciano le larve che subito iniziano a cacciare; per un paio di anni il loro unico obiettivo è quello di nutrirsi e di crescere. Solo dopo due anni, durante i quali la larva cambia pelle più volte, avviene l'ultima trasformazione in stadio adulto. Per poter incontrare i partner della propria specie, gli insetti usano diverse strategie: i grilli il suono, le farfalle e i coleotteri gli odori (feromoni), mentre le lucciole la luce. (Etimologicamente, lucciola discende dal latino lacinium, a sua volta derivato dal verbo luceo, risplendo)

Ogni specie di lucciola usa ritmi e intensità caratteristiche.

In senso più ampio, la luce rappresenta per le lucciole uno strumento comunicativo: ogni volta che un animale agisce in modo da influenzare il comportamento di altri organismi appartenenti alla sua o ad un'altra specie, c’è comunicazione. I principali tipi di segnali di comunicazione, che variano in base agli organi che le specie hanno evoluto, sono chimico, sonoro e visivo. Si pensi ai feromoni, sostanze chimiche prodotte dall’ape regina che modificano i comportamenti delle operaie che li ingeriscono o ai canti dei grilli prodotti sfregando le ali.

Per le lucciole, l’emissione di luce rappresenta quello che per noi è il linguaggio verbale, cioè un mezzo di comunicazione.

Sia il maschio che la femmina di Luciola italica emettono luce intermittente, durante la loro attività crepuscolare e notturna: questo segnale luminoso viene emesso durante il periodo dell’accoppiamento da entrambi i sessi ma, mentre i maschi comunicano in volo, le femmine luccicano ancorate ai fili d’erba. La scia odorosa emessa da queste ultime, ne facilita il riconoscimento e la possibilità del maschio di scovarle nella vegetazione.

Le larve e gli adulti sono entrambi in grado di emanare luce; L'insetto adulto emana, generalmente, luce intermittente, mentre le larve brillano di luce fissa.

Il fenomeno per cui la lucciola è in grado di “far luce” è detto bioluminescenza. La bioluminescenza è l’emissione di energia luminosa da parte di un organismo vegetale o animale. Il fenomeno, molto diffuso negli organismi marini, è dovuto a una sostanza dal nome mefistofelico: la luciferina. Altrettanto interessante è l’etimologia latina della parola che ci spiega, a scanso d’equivoci, un significato tutt’altro che tenebroso: “portatrice di luce”.

Nelle lucciole, gli organi luminosi derivano da una trasformazione del tessuto adiposo mesodermale e sono formati da uno strato fotogeno che poggia sulla cuticola divenuta trasparente (finestra); esso si compone di grosse cellule produttrici di luce (fotociti), che hanno una organizzazione citologica inusuale: ciascun fotocito è ricco di mitocondri, di ATP e di una proteina di riserva (luciferina), dalla cui ossidazione, catalizzata enzimaticamente ^([2]), si sprigiona la luce.I fotociti sono riuniti in lobuli a forma di rosette intorno ai cilindri contenenti grossi rami tracheali che si ramificano direttamente da esse. Al di sopra di detto strato si trova uno strato fotoriflettore o isolante, che contiene piccole cellule irregolari, opache, contenenti un grandissimo numero di granuli di urati e glicogeno. Ambedue gli strati sono attraversati perpendicolarmente da tubuli cilindri) nei quali decorrono rami di trachee addominali e diramazioni di nervi periferici. Le trachee possono percorrere lo strato dorsale senza modificare il loro comportamento, ma, una volta raggiunto lo strato ventrale, differenziano un ricco sistema di tracheole laterali che penetrano fra i fotociti e presentano, a volte, tracheoblasti. La magica luce delle lucciole è generata dalla combinazione tra un enzima  del sangue (chiamato "luciferasi"), una proteina (cioè "la luciferina"), l’ossigeno e un acido naturale, l’"adenosintrifosfato", ATP, che negli organismi viventi ha la capacità di convertire gli zuccheri e i grassi in energia.

Nel corso di questa reazione la luciferina è ossidata a ossiluciferina, sfruttando l'energia che deriva dall'ATP (adenosintrifosfato) quando si trasforma in ADP (adenosindifosfato), portando alla trasformazione del sistema luciferina-luciferasi in un composto instabile che tende a ritornare allo stato fondamentale con la liberazione di un fotone.

La produzione di luce richiede molta energia, infatti ogni singolo fotone di luce verde richiede un'energia pari a quella prodotta dalla rottura di otto molecole di ATP. Per questo la luciferasi usa un processo molto energetico per produrre la luce: la luciferina forma un complesso molto instabile con l'ossigeno (ossiluciferina)  e utilizza una molecola di ATP per formarlo.

Quando la luciferina ossigenata si rompe formando CO₂, dà luogo ad una forma eccitata che poi emette luce.

Le sostanze reagenti  trovano in una parte della pancia della lucciola, che è composta da due pareti: quella davanti è fatta di una sostanza trasparente, quella posteriore ha la forma di una parabola e, grazie alla presenza di microcristalli, ha funzione riflettente. Proprio come in un faro. Per “accendere il faro” deve solo arrivare più ossigeno alle trachee addominali.

La presenza di acqua è per altro importante perché avvenga la reazione, ed è anche per questo che le lucciole vivono in ambienti umidi.

La quantità di luce emessa (fotoni) si può valutare con procedimenti fotometrici; essa è strettamente correlabile all'ATP, che è contenuto in quantità abbastanza costanti nelle cellule viventi; mediante un fattore di conversione dall'ATP si può risalire al numero di cellule che hanno partecipato alla reazione. Il test della bioluminescenza (Firefly test o test della lucciola) è adoperato in laboratorio per un rapido conteggio cellulare in ematologia (es.: enumerazione dei globuli rossi), in microbiologia (conteggi batterici), nonché per la valutazione degli inquinamenti batterici nelle acque reflue (mediante isotiocianato di fluoresceina) o per il controllo delle fermentazioni o per qualsiasi valutazione di ricchezza cellulare (nei semi, embrioni, ecc.). Se catturiamo una lucciola e ne tocchiamo l’addome, noteremo una cosa molto importante: è freddo. La lucciola, cioè, produce luce fredda. Questo vuol dire che la luce emessa dalle lucciole ha una efficienza luminosa molto elevata. È stato dimostrato che è pari a circa il 90%. Questo significa che circa il 90% della energia entrante viene convertita in luce e solo il 10% si disperde come calore. In una normale lampadina l'efficienza è di circa il 5%, che diventa 20 % nelle luci fluorescenti e sale al 30% con il LED. Quindi la luce della lucciola non produce, se non in minima parte, calore: è, appunto, una luce cosiddetta "fredda", avente una lunghezza d'onda oscillante tra i 500 ed i 650 millimicron. La resa quantica della bioluminescenza delle lucciole è estremamente alta (F = 0.88), circa 10 volte maggiore di quella dei sistemi sintetici luminescenti.

Per dare un'idea dell'intensità luminosa della luce della lucciola, si pensi che occorrono circa 6.000 insetti per avere una luce uguale a quella di una candela. Il colore della luce emessa dalla luciferasi è fortemente dipendente dagli amminoacidi che circondano la luciferina. Un tipo di lucciola giapponese, ad es., normalmente emette una luce giallo-verdastra, ma se si cambia un amminoacido serina con una asparagina, il colore diventa rosso. Stranamente, questo cambiamento è molto distante dalla luciferina, per questo si pensa che il cambio di colore della luce emessa sia dovuto a piccole variazioni nella disposizione degli amminoacidi che provoca un cambio di flessibilità attorno alla luciferina. Per altro, cambiando la composizione chimica dell’enzima luciferasi, i ricercatori sono riusciti a variare l’emissione del colore da un normale giallo-verde chiaro all’arancione e al rosso.

Per quanto riguarda la tipologia del segnale luminoso, è interessante notare come, nelle specie attere (prive di ali) il segnale sia continuo, mentre in quelle dotate di ali sia intermittente. In quest’ultimo caso, il ritmo dei segnali è controllato dal nervo che raggiunge l'organo luminoso e la durata di ognuno dipende dal tempo impiegato dalla luciferina per ossidarsi.

Quanto alla cadenza temporale del segnale emesso, si è rilevato che, ad esempio, nella specie Photinus pyralis, i maschi volano ed emettono i loro segnali all'incirca ogni cinque secondi. La femmina rimane sul terreno e risponde con un ritardo di circa due secondi, fornendo così uno stimolo fondamentale per l'accoppiamento. Anche le larve emettono una luce, ma molto debole. Circa la durata del segnale luminoso, si è notato che la luce appare a volte fissa e mantenuta per un certo periodo di tempo, a volte emessa ad intervalli ritmici, con frequenza, durata ed intensità varie. Le lunghezze d'onda delle luci emesse oscillano tra il verde-blu e l'arancione rossastro, ma il medesimo insetto può emettere luci diverse o anche di diverso colore da diversi apparati ed in diversi momenti. Questa luce non è polarizzata ed agisce su tutti i fenomeni chimici e fisiologici come quella solare. Sebbene la sua intensità luminosa sia modesta, essa appare all'Uomo vivissima, poiché ha un'intensità massima alla lunghezza d'onda di 5000-6000 Ängstrom, a cui l'occhio umano è sensibilissimo. Anche se è solo in parte riferibile alla emissione luminosa della lucciola, il fenomeno della bioluminescenza è particolarmente intenso nelle acque della baia chiamata Mosquito Bay o Biobay nell’isola Vieques, al largo di Porto Rico. Tuffandosi di notte in mare, l’acqua si accende di un’intensa luce azzurrina. Il fenomeno è dovuto all’alta concentrazione di dinoflagellati: circa 200.000 per litro d’acqua. Questi microrganismi sono stati avvistati anche in Adriatico tra 3 e 30 km dalla riva. In anni particolari, tra la fine di agosto e settembre, essi illuminano le onde e le impronte dei piedi sul bagnasciuga; questo fenomeno viene chiamato “mare in amore”.