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Come rendere i coralli più colorati - prima parte by Dana Riddle

L’intensità e le caratteristiche spettrali della luce hanno un ruolo importante nella colorazione dei coralli.

by Dana Riddle

Parole Chiave: Colorazione, Corallo, Dana Riddle, Articoli, Intensità, Pigmento, UV

Sommario

Glossario
Tipi di Pigmenti
Gruppi
Demominazione dei Pigmenti
Prove sperimentali sull’influenza dell’intensità e della qualità della luce sulla manifestazione della pigmentazione del corallo ospite
Pigmenti Fluorescenti Azzurri
Discussione
Fotoconversione,sbiancamnto dei pigimenti e Mix di Colori
Conclusioni
Commenti

Questo mese cominceremo ad esaminare le ultimissime informazioni sugli effetti dell’illuminazione (intesa sia come intensità, sia come qualità dello spettro) e come essi influenzano la colorazione di coralli. Inoltre, metteremo insieme alcune informazioni prese da vari articoli scientifici e così il rebus sulla colorazione dei coralli comincerà ad avere una soluzione.


Un granchio simbionte sorveglia gelosamente la sua ospite, una Pocillopora damicornis di colore verde-azzurro. Si noti la fluorescenza rossa prodotta dall’alga che cresce sulla roccia viva sulla destra, e come il corallo verde-azzurro e la fluorescenza rossa dell’alga si uniscano fino a far apparire il colore arancio sul corallo. Foto dell’autore, 10-secondi di esposizione a f/32 con una luce nera come sorgente si stimolazione.


È’ molto raro che articoli di ricerca sulla colorazione dei coralli vengano pubblicati simultaneamente, ma questo è accaduto alla fine del 2008. Messi insieme, I risultati degli sforzi dei vari ricercatori (Alieva et al., 2008, D'Angelo et al., 2008, Feldman et al., 2008, Gruber et al., 2008, Vogt et al., 2008, Oswald et al., 2007, Schlacher et al., 2007), offrono un affascinante punto di vista sul misterioso mondo della colorazione dei coralli, ed anche spunti sul tipo di pigmenti e su come noi, appassionati di acquariologia di barriera, possiamo manipolare l’ambiente del coralli che alleviamo e influenzare la loro colorazione. Lo scopo di questi articoli è di rendere l’acquariofilo capace di identificare visivamente lo spettro colorimetrico di un particolare pigmento e, una volta identificato, classificare il pigmento e applicare le informazioni fornite sull’intensità e il colore della luce per influenzare o mantenere la colorazione dei coralli.

Bisogna notare che numerosi fattori sono da tenere in considerazione quando vogliamo far diventare più colorati I coralli. La luce, naturalmente, è un fattore cruciale, ma l’importanza di questo fattore non è minore rispetto ad altri fattori come il movimento dell’acqua, il pH, l’alcalinità, il carico organico, etc. Ad ogni modo non si può negare che, quando gli altri fattori sono nella norma, la luce può letteralmente favorire o danneggiare la pigmentazione. In situazioni dove I pigmenti possono acquistare o perdere colore, l’energia luminosa può modificare la forma della molecola del pigmento (chiamata 'hula twist'), con conseguente acquisto di colore (fotoconversione) oppure perdita di colore (fotoschiarimento). Quando l’energia luminosa rientra in una certa soglia (sia come intensità sia come spettro), la molecola del pigmento si “rilassa” e torna al suo,stato normale. In alcuni casi, l’energia luminosa rompe completamente i legami molecolari, portando ad un irreversibile cambiamento nella colorazione. Questo mese, esamineremo I tessuti dei pigmenti, e gli effetti dell’intensità e della qualità della luce sui pigmenti fluorescenti azzurri (cyan). Ma prima di tutto, è importante un accenno alla terminologia usata in quest’articolo.

Glossario

I seguenti termini saranno usati in questo articolo:

Assorbenza
Capacità di un liquido o della superficie di una sostanza di trattenere la  luce senza fenomeni di riflessione o trasmissione.

Assorbimento
Processo con cui la radiazione incidente è trattenuta senza riflessione o trasmissione.

Luminosità
Intensità di una emissione fluorescente

Gruppo
Per i nostri scopi in questo articolo, un clade è un gruppo tassonomico costituito da un singolo antenato comune e tutti i discendenti hanno in comune quell’antenato. I pigmenti dei coralli sono inclusi nei gruppo A, B, C, and D. Possono essere definite Gruppi anche essere viventi ben definiti (gruppi of Symbiodinium - zooxanthellae –sono un ottimo esempio.)

Cromofori
La porzione colorata di una molecola di pigmento. In alcuni casi, per cromofori si intende un involucro granulare contenente numerose molecole di pigmento.

Pigmento Cromoproteina
Pigmento non fluorescente ma molto colorato. Questi pigmenti appaiono colorati in quanto riflettono la luce. Ad esempio, una cromoproteina con un assorbimento Massimo di 580nm può apparire viola perché prevalentemente riflette le onde con spettro blu e rosso.

Pigmenti Cromo-Rossi
Un tipo di pigmento studiato di recente che possiede caratteristiche sia delle cromoproteine, sia delle proteine fluorescenti DS-red. Il picco di fluorescenza è a 609nm (super rosso).

Proteine azzurro-fluorescenti (CFP)
Pigmenti azzurri con emissione di fluorescenza nell’intervallo di circa 477-500nm. I pigmenti blu-verdi hanno in comune una quasi identica struttura dei cromofori. I pigmenti azzurri si manifestano a livelli di luce inferiori rispetto ai pigmenti verdi, rossi o non-fluorescenti.

Emissione
La luce che è emessa da un pigmento fluorescente.

Coefficiente di estinzione
La quantità di luce assorbita da una proteina sotto l’influenza di un determinato insieme di fattori.

Eccitazione
La luce assorbita da un pigmento fluorescente. Una parte della luce di eccitazione è fluorescente, o emessa ad un minor livello di lunghezza d’onda energetica (colore).

Pigmento DS-Red
Un tipo di pigmento rosso fluorescente con una singola emissione di banda primaria a 574-620nm. Originariamente riscontrato nei coralli Discosoma .

Fluorescenza
Assorbimento di radiazione ad una specifica lunghezza d’onda (o colore) and emissione ad un’altra lunghezza d’onda (colore). L’assorbimento è anche chiamato eccitazione. La fluorescenza finisce molto presto, dopo che è stata rimossa l’origine dell’eccitazione. (nell’ordine di circa 2-3 nanosecondi: Salih and Cox, 2006).

Proteina verde fluorescente (GFP)
Pigmento fluorescente con emissione di 500-525nm.

'Hula Twist'
Una flessione delle molecule dei pigmenti dovuta ad un cambio di colore. I legami molecolari non sono rotti; per cui il pigmento può muoversi avanti e indietro, con movimenti che ricordano un ballerina hula.

Pigmento di tipo Kaede
Un tipo di pigmento rosso fluorescente con una caratteristica emission primaria a circa 574-580nm e un emissione secondaria a circa 630nm. Riscontrati originariamente nei coralli Trachyphyllia geoffroyi, ma è molto comune anche nei coralli del sottordine Faviina.

Proteine infiammanti
Una proteina capace di essere convertita da non fluorescente a fluorescente. Spesso chiamate 'Kindling Fluorescent Protein', or KFP.

Carico quantico
Quantità di energia assorbita utilizzata per il processo di fluorescenza. Se l’assorbimento è uguale a 100 fotoni,e la fluorescenza è di 50,allora il carico quantico è 0.50.

Fotoschiarimento
Alcuni pigmenti, come i Dronpa , perdono fluorescenza se vengono esposti ad una luce molto forte (in questo caso,inizialmente appaiono verdi,e schiariscono fino a diventare non fluorescenti quando sono esposti ad una luce azzurra). Il foto schiarimento può ovviamente causare drastici cambiamenti nella fluorescenza. Nei casi in cui sono coinvolti più pigmenti, la perdita di fluorescenza (o trasferimento di energia da un pigmento donatore ad uno ricettore) può causare dei drastici cambiamenti nella colorazione.

Fotoconversione
Un riordinamento della struttura chimica di una proteina colorata causato dalla luce. A seconda delle proteine, la fotoconversione può aumentare o diminuire la fluorescenza (Processi chiamati rispettivamente fotoattivazione e fotoschiarimento). La fotoconversione può rompere i legami molecolari delle proteine (come nei pigmenti fluorescent Kaede and Eos) con la conseguenza di un irreversibile cambiamento del colore, oppure le molecole possono essere 'agitate' dall’energia luminosa ('hula twist'), e in questo caso l’inversione della colorazione è possibile a seconda della qualità e della quantità di luce disponibile. (processo noto come fotomutazione). Proteine Rosso Fluorescenti (RFP): Questi pigmenti hanno un emissione a circa 570nm e oltre. Tra essi vi sono i pigmenti Ds-Red, Kaede eChromo-Red.

Stokes Shift
La differenza tra la massima lunghezza d’onda della luce di eccitazione di un pigmento fluorescente e la massima lunghezza d’onda della luce di emissione. Ad esempio, un pigmento con un eccitazione ad una lunghezza d’onda di 508nm e un’emissione ad una lunghezza d’onda di 535nm avrà uno Stokes Shift pari a 27nm.

Soglia o Soglia di Colorazione
Il punto in cui la produzione di pigmenti è sufficiente per generare la fluorescenza (o assorbimento nel caso di cromoproteine non fluorescenti) distinguibile visivamente. Il termine “soglia” si riferisce generalmente alla produzione di pigmenti, anche se, in alcuni casi, può essere indicare un livello di luce in cui i pigmento scompaiono (come nel caso del foto schiarimento o della foto conversione).

Proteina Giallo Fluorescente
Un raro gruppo di proteine fluorescenti con emissione nell’intervallo tra 525-570 nm (Alieva et al., 2008).

Tipi di Pigmenti

Esistono almeno nove tipi conosciuti di pigmenti di coralli. Nota: I tipi di pigmenti,ad esempio il verde o il rosso potrebbero non essere strutturalmente simili ad altri pigmenti verdi o rossi su un tessuto differente – vedi sotto). Essi includono:
  • Proteine Fluorescenti Blu-Verdi (CFP) – Questi pigmenti sono di colore azzurro con un emissione massima fino a circa 500 nm. La struttura dei cromofori è molto simile a quella dei pigmenti verde fluorescenti.
  • Proteine Verde Fluorescenti (GFP) – Questo gruppo, di sicuro, è il gruppo più numeroso di protein fluorescenti. La struttura dei cromofori verde fluorescenti è molto simile a quella dei cromofori blu-verdi.
  • Proteine Giallo Fluorescenti (YFP) – Un insolito gruppo di proteine fluorescenti con un emissione massima nella porzione gialla dello spettro luminoso. Molto raro nella sua distribuzione biologica, YFP è stato riscontrato negli zoantidi e in alcune specie di coralli duri (Agaricia).Personalmente, Ho notato la fluorescenza gialla in pochissimi coralli duri (specialmente Porites) qui nelle Hawaii, durante un immersione notturna utilizzando un’attrezzatura specifica per rilevare questa colorazione (vedi www.nightsea.com per i dettagli su questa attrezzatura).
  • Proteine Arancio Fluorescenti (OFP) – Ho individuate questo ‘tipo’ di proteine nel tentativo di evitare confusione. OFP è usato per descrivere un pigmento riscontrato nel corallo duro Lobophyllia hemprichii e il suon nome ci indica che è un particolare tipo di proteina con caratteristiche univoche. Infatti, OFP è semplicemente una variante della proteina fluorescente tipo Kaede.
  • Proteine Rosso Fluorescenti (RFP) – Un gruppo di protein che include numerosi sottotipi: (Kaede, Ds-Red and Chromo-Red). Generalmente, l’emissione fluorescente si ha nell’intervallo tra circa 580 nm fino ad oltre 600 nm.
  • Dronpa – Un pigmento verde fluorescente che perde la fluorescenza se viene esposto ad una luce azzurra di circa 490 nm, ma essa ritorna con un irradiazione di luce viola a 400 nm.
  • Proteine infiammanti – Una proteina (riscontrabile nell’anemone Anemonia sculata ) i cui pigmenti cambiano da non-fluorescenti a fluorescenti. Questo cambiamento è reversibile e questo stato dipende dalla qualità della luce che attraversa i pigmenti.
  • Proteine Rosso Cromo- Una nuova classificazione (Alieva et al., 2008) di un singolo pigmento fluorescente riscontrato nel corallo Echinophyllia . Questo pigmento rossocromo ha la caratteristica di una cromoproteina non-fluorescente, ma ha una fluorescenza riscontrabile a circa 609 nm.
  • Cromoproteine (CP) – Questo è un gruppo di pigmenti non fluorescente,o con fluorescenza minima (dove il carico quantico è prossimo allo zero). Al posto di basare la colorazione sulla fluorescenza,questi pigmenti assorbono maggiormente la luce in una ristretta porzione dello spettro visibile. La maggior parte delle cromoproteine dei coralli assorbono maggiormente la luce a 560-593 nm. Ci sono casi di anemone che assorbono la luce ad una lunghezza d’onda di Massimo nell’intervallo di 480-500nm. Alcune cromoproteine dino molto simili nella struttura alle proteine fluorescenti Ds-Red. Infatti, ingegneri genetici hanno dimostrato che la sostituzione di un singole aminoacido nella proteina può fare la differenza fra fluorescenza e non-fluorescenza. Le cromoproteine non hanno suscitato molto interesse nei ricercatori, e ci sono solo 40 tipi di esse ad oggi descritte.

Gruppo di Pigmenti

Lo studio dei gruppi di pigmenti potrebbe sembrare un’impresa inutile, ma, al contrario, ci sono alcune interessanti informazioni che possono essere raccolte. Lavorando sull’ipotesi che i gruppi di pigmenti si sono evoluti in milioni di anni e che quindi possono avere delle caratteristiche specifiche,possiamo utilizzare i dati sui gruppi,insieme con altre informazioni per creare ampie categorie, come ad esempio come i gruppi rispondono a determinate stimolazioni,incluso l’illuminazione e altri fattori. E’ interessante notare come alcuni pigmenti sembrano essersi evoluti all’interno di alcuni animali (Gruppo A negli anemoni, oppure i gruppi di pigmento tipo Kaede riscontrato nei coralli duri del sottordine Faviina).

Denominazione dei Pigmenti

Ho cercato di elencare la maggior parte dei nomi dei pigmenti dei coralli Nelle seguenti tabelle,da 1 a 4.Capita spesso tra I ricercatori di usare un nome assegnato ai pigmenti (come mcav4, Eos, or r1.2) senza specificare ulteriori informazioni, perché questa informazione è stata inserita nella tabella seguente per mia comodità, in modo che ogni studente non abituati a questi nomi possa trarre beneficio. Esistono attualmente 4 gruppo di pigmenti principali, e il Gruppo C contiene a sua volta altri sottogruppi.

Gruppo A

E’ costituito interamente (al giorno d’oggi) da anemoni (genere Actinaria) e contiene varianti di fluorescenza verde e rosso, oltre a un certo numero di proteine non-fluorescenti. Non sono inclusi pigmenti fluorescenti gialli o blu-verdi. Vedi tabella 1. I test suggeriscono che la fotoconversione è possibile in alcuni pigmenti fluorescenti dei Gruppo di tipo A, e il passaggio da uno stato di non fluorescenza ad uno di fluorescenza è possibile nelle proteine infiammanti contenute nell’anemone Anemonia sculata (che trasforma le proteine da non fluorescenti con assorbimento massimo di 562 nm a fluorescenti con un’emissione massima di circa 595 nm a fronte di un’esposizione ad un’intensa illuminazione).

Gruppo B

Il Gruppo tipo B è attualmente costituito da sclerattinie con cromoproteine non-fluorescenti (incluso quelli trovati nei coralli del genere Acropora, Montipora , Pocillopora, etc.), tre pigmenti rosso fluorescenti (di alcuni coralli duri del genere Porites, Montipora, e il corallo molle Discosoma ), insieme ad un pigmento fluorescente azzurro. Attualmente, il Gruppo B non contiene alcun pigmento fluorescente verde o giallo. Vedere tabella 2. La fotoconversione è comune nei pigmenti del Gruppo B, eccetto i pigmenti blu-verdi.

Gruppo C, incluso Sottogruppi C1, C2, and C3

Questo gruppo è il più diversificato dei 4 gruppi attualmente conosciuti, e include alcune proteine fluorescenti azzurro, verde, giallo e rosso, oltre che alcune cromoproteine non fluorescenti (pocillopora rossa) del corallo Stylophora pistillata . Le proteine verde fluorescente sono tipicamente dei coralli delle specie Acropora e Montipora species ma sono riscontrate anche in coralli del sottordine Meandriina, Fungiina and Faviina. Vedere tabella 3.

Gruppo D

Tutti i pigmenti di questo gruppo sono fluorescenti per certi versi, e includono Ds-Red, tipo Kaede, proteine fluorescenti arancio/rosso (vedi glossario). Il gruppo D contiene pigmenti riscontrati in almeno 2 coralli molli (Clavularia e Dendronephthya ), coralli come Discosoma e Ricordea , e molti coralli duri. La fotoconversione è possibile in molti pigmenti del Gruppo D. Un pigmento verde fluorescente, Dronpa , sbianca se viene esposto ad una forte luce blu-verde. La cosa interessante, è che la maggioranza di questi pigmenti sono stati riscontrati nei coralli duri del sottordine Faviina. Vedi tabella 4.


Prove sperimentali sull’influenza dell’intensità e della qualità della luce sulla manifestazione della pigmentazione del corallo ospite

Un recente articolo (D'Angelo et al., 2008) riporta risultati destinati ad approfondire gli effetti dell’intensità e della qualità della luce sulla manifestazione di pigmenti fluorescenti e cromoproteine non fluorescenti sui vari coralli. Gli SPS utilizzati per questo esperimento sono stati Acropora millepora , Acropora pulchra , Hydnophora grandis, Montipora digitata and Seriatopora hystrix. Appare chiaro che errori di stampa hanno male identificato alcuni dei pigmenti, ma sembra che siano stati esaminati come minimo 11 pigmenti di coralli (4 pigmenti fluorescenti azzurro, 3 pigmenti fluorescenti verde, 1 pigmento fluorescente arancio, 1 pigmento fluorescente rosso. Sono state inoltre analizzate 2 cromoproteine non fluorescenti).
La manifestazione della colorazione dei coralli è stata analizzata variando la densità del flusso fotonico (valore di PAR classificato come ‘molto basso’ (80 μmol·m²·sec), 'basso' (100 μmol·m²·sec) 'moderato' (400 μmol·m²·sec), e 'alto' (700 μmol·m²·sec). Il fotoperiodo è stato di 12 ore. Sono state usate lampade HQI che producevano circa il 50% della radiazione visibile nella porzione di spettro luminoso blu. See the Discussion section below for comments concerning how these categories relate to those seen in aquaria. Gli effetti della qualità dello spettro luminoso sono stati quantificati utilizzando filtri facilmente reperibili in commercio per separare la luce generate dalle lampade HQI in 3 categorie. Vedere la figura 1.
Figura 1
Caratteristiche indicative di trasmissione dei tre filtri colorati usati da D'Angelo et al.(2008).

Sfortunatamente, non conosciamo esattamente il tipo di lampada HQI utilizzato. Ci è stato detto che è un 'Aqua Light' ma nessun’altra informazione è stata fornita, oltre al fatto che esse ‘emettevano circa il 50% dei fotoni nella zona di spettro blu’.La marca delle lampadine, il numero di kelvin, etc. sarebbe stato di grande aiuto e ci avrebbe permesso di valutare meglio la qualità della luce usata per illuminare i coralli. Sono tentata nel dire che le lampade usate sono le Ushio 'AquaLite', ma non abbiamo altre prove eccetto la somiglianza del nome. Una volta che la lampada produce il picco di luce più alto, dovremmo aspettarci di vedere i filtri trasmettere una generosa quantità di larghezze di banda abbastanza ristrette tra loro, mentre con una trasmissione meno intensa, vengono generate quantità su altre lunghezza d’onda. Una mail mandata al ricercatore è rimasta senza risposta. Utilizzando i filtri blu, verde e rosso, i ricercatori hanno standardizzato la densità del flusso luminoso a 200 μmol·m²·sec, ma tenete presente che il filtro verde trasmette anche il blu (che è quantificato come il 25% del totale della luce trasmessa). In altre parole, il filtro verde ha trasmesso almeno 50 μmol·m²·sec di luce blu). Il filtro rosso ha trasmesso quasi esclusivamente radiazioni rosse. I risultati sperimentali di D'Angelo et al. Offrono un affascinante punto di vista sugli effetti dell’intensità e della qualità della luce sulla pigmentazione dei coralli. Alcuni pigmenti richiedono una piccolo quantità di luce, mentre altri non si manifestano finché l’intensità di luce non raggiunge un certo livello. Almeno uno dei pigmenti esaminati ha perso concentrazione sotto l’esposizione ad un’intensità luminosa crescente. Per la stessa ragione, la produzione di pigmenti da parte dei coralli, possono essere una risposta ai differenti colori di luce e ogni “classe” di pigmento sembra avere una reazione differente alla luce ‘colorata’.

Pigmenti Fluorescenti Azzurri

I pigmenti azzurri sono(dal Greco kanos che significa blu scuro), per i nostri scopi, un gruppo di pigmenti con un emissione di fluorescenza fino a 500 nanometri.

Figura 2
Una Acropora non identificata mostra la fluorescenza blu-verde. Il pigmento è riconducibile a quelli del Gruppo C 2. Foto dell’autore.

Figura 3
La bellissima fluorescenza tendente al blu della specie Discosoma. Questo pigmento è apparentemente del gruppo B.

Figura 4
Fluorescenza azzurra tendente al blu di una Montipora danae (la Montipora 'Superman'). Questo pigmento probabilmente appartiene al gruppo C3. La fluorescenza arancio/rosso dei polipi raggiunge il picco a 611 nm, e la sua classificazione è ancora sconosciuta.
Foto dell’autore.
Pigmento fluorescente Azzurro CFP483

Questo pigmento trovato in Acropora pulchra è stato scoperto da D'Angelo et al., (2008) è riscontrabile alla categoria di intensità luminosa ‘moderata’ (400 μmol·m²·sec). Aumentando l’intensità della luce non aumenta la fluorescenza azzurra. Il CFP483 è stato notato in più piccolo ma significative concentrazioni ad intensità luminose inferiori a 80 μmol·m²·sec e 100 μmol·m²·sec (vedi Figura 5). Nei loro esperimenti sulla qualità dello spettro luminoso, i ricercatori hanno scoperto che la luce rossa da sola può generare la manifestazione di questo pigmento azzurro particolare, anche se la luce ‘verde’ e blu sono state più efficienti nell’indurre l’animale a produrre questa colorazione. (vedi Figura 6).




Figura 5
Effetti dell’intensità luminosa (generate da una lampada HQI) sulla generazione del pigmento fluorescente 483.




Figura 6
Effetti dei differenti colori di luce sulla manifestazione della fluorescenza del Pigmento 483. L’intensità luminosa è stata di 200 μmol·m²·sec per ogni misurazione.

Pigmento fluorescente azzurro 484

Questo pigmento, scoperto anche in una specie di Acropora e precisamente A. millepora – vedi Figura 7) risponde in maniera differente all’intensità e allo spettro luminoso rispetto al CFP-483 (sopra descritto).



Figura 7
La fluorescenza azzurra (insieme alla fluorescenza rossa) di Acropora millepora.
Foto dell’autore.

D'Angelo e I suoi collaboratori hanno scoperto che questo particolare pigmento si trova in concentrazioni sempre maggiori non appena l’intensità della luce aumenta da 80 μmol·m²·sec a 100 μmol·m²·sec fino a 400 μmol·m²·sec. L’intensità della fluorescenza è diminuita quando l’intensità luminosa è aumentata a 700 μmol·m²·sec (vedi Figura 8). La luce rossa è stata la meno efficiente nel supportare la produzione del pigmento 484 (vedi Figura 9).

Figura 8
Effetti dell’intensità luminosa (generate da una lampada HQI) sulla generazione del pigmento fluorescente 484.



Figura 9
Effetti dei differenti colori di luce sulla manifestazione della fluorescenza del Pigmento 484. L’intensità luminosa è stata di 200 μmol·m²·sec per ogni misurazione.

Pigmento Fluorescente Azzuro 486

Come molti acquariofili sanno, le specie di Montipora digitata sono disponibili in differenti colori, partendo dalla comune di colora arancio, fino a quelle più esotiche multi-color. Le figure 10 e 11 indicano la produzione di questo pigmento in relazione rispettivamente all’intensità e alla qualità della luce.




Figura 10
Effetti dell’intensità luminosa (generate da una lampada HQI) sulla generazione del pigmento fluorescente 486.



Figura 11
Effetti dei differenti colori di luce sulla manifestazione della fluorescenza del Pigmento 486. L’intensità luminosa è stata di 200 μmol·m²·sec per ogni misurazione.

Pigmento Fluorescente Azzurro 492

Questo pigmento è presente nel corallo duro Hydnophora grandis (vedi Figura 12). La manifestazione di questo pigmento è visibile a basse intensità di luce, tra 80 e 100 μmol·m²·sec, con una fluorescenza crescente fino a 400 μmol·m²·sec, e che poi decresce leggermente quando il corallo viene esposto ad un’intensità di 700 μmol·m²·sec (vedi Figura 13). Quando è stato sottoposto all’esame della luce blu, verde e rossa, l’espressione minima del pigmento è stata notata sotto la luce rossa (nonostante ci sia una notevole quantità di fluorescenza), mentre le luci blu e verde si sono rivelate migliori nel supportare la produzione di questo pigmento (vedi Figura 14).



Figura 12
la fluorescenza verde di una Hydnophora. Foto dell’autore.



Figura 13
Effetti dell’intensità luminosa (generate da una lampada HQI) sulla generazione del pigmento fluorescente 492.



Figura 14
Effetti dei differenti colori di luce sulla manifestazione della fluorescenza del Pigmento 492. L’intensità luminosa è stata di 200 μmol·m²·sec per ogni misurazione.

Pigmento Azzurro Fluorescente 497

Il pigmento 497differisce leggermente dagli altri pigmenti azzurri perché risponde in maniera diversa alla stessa intensità e qualità di luce. La produzione di questo pigmento nell’Acropora millepora risulta essere più efficiente a 100 μmol·m²·sec e solo leggermente inferiore fino a 400 μmol·m²·sec. Cosa molto interessante, è stato notato che l’espressione di questo pigmento è praticamente quasi esistente a 80 μmol·m²·sec, ed anche molto meno a 700 μmol·m²·sec (vedi Figura 15). Anche se la luce rossa supporta la produzione di questo pigmento per una leggera percentuale, le luce blu e verde si sono rivelate molto migliori nel rendere più colorato questo corallo (vedi Figura 16).



Figura 15
Effetti dell’intensità luminosa (generate da una lampada HQI) sulla generazione del pigmento fluorescente 497.



Figura 16
Effetti dei differenti colori di luce sulla manifestazione della fluorescenza del Pigmento 497. L’intensità luminosa è stata di 200 μmol·m²·sec per ogni misurazione.

Discussione

Prima di cominciare la nostra discussione sui vari pigmenti e sulla loro reazione all’intensità e alla qualità dello spettro luminoso, dobbiamo inserire le intensità di luce usate da D’Angelo e i suoi collaboratori, nel contesto degli acquariofili di barriera. Ricordiamo che questi ricercatori hanno usato le seguenti categorie di luce: ‘Molto bassa' (80 μmol·m²·sec), 'bassa' (100 μmol·m²·sec) 'moderata' (400 μmol·m²·sec), and 'alta' (700 μmol·m²·sec) e hanno usato un fotoperiodo di 12 ore. Dato che un fotoperiodo di 12 ore (o quasi) è abbastanza comune tra migliaia di vasche reef che ho avuto il piacere di vedere, la cosa non ci deve interessare più di tanto. E’ l’intensità della luce che deve essere valutata. Se l’intensità della luce ha un ruolo importante, la domanda che dobbiamo fare è: Quanto è comune nelle vasche reef un’intensità di luce di (diciamo) 400 μmol·m²·sec? Per cercare di rispondere a questa domanda, fornisco una misurazione di PAR fatta in molti acquari degli Stati Uniti. Vengono usati molti metodi di illuminazione (i.e., HQI, fluorescenti, PCs, etc. o anche combinazioni tra esse). Le misurazioni sono state fatte su campioni di coralli che crescono rigogliosi in cattività, e ci danno un’idea di massima sull’intensità di luce trovata negli acquari domestici. Vedi Figura 17.



Figura 17
Intensità di luce misurata su coralli che crescono rigogliosi negli acquari domestici.
Come possiamo vedere nella figura 17, intensità di luce di 80 μmol·m²·sec and 100 μmol·m²·sec sono facilmente ottenibili negli acquari domestici. Comunque, non possiamo dire la stessa cosa per il range di 400 μmol·m²·sec dato che solo il 13% (circa) della luce misurata raggiungeva o superava questa categoria. Pochissimi acquari (circa l’1%) con coralli allevati hanno raggiunto i livello più alti utilizzasti da D’Angelo (700 μmol·m²·sec). Dobbiamo tenere ben presente quanto appena detto, valutando le informazioni seguenti. Allo stesso modo, dobbiamo rivedere anche le qualità dello spettro luminoso trasmesso dai filtri utilizzati in questo esperimento. Ricordiamo inoltre che non sappiamo esattamente quali lampade siano state usate (anche se sappiamo che sono HQI 'blue' ). Sarebbe stato molto meglio conoscere il valore di spettro luminoso trasmesso dai filtri blu, verde e rosso, ma purtroppo non li abbiamo. La maggior parte dei pigmenti fluorescenti azzurri sono espressi in maniera più evidente dai coralli all’intensità di 400 μmol·m²·sec (ricordiamo che le lampade usate in questo esperimento producevano circa il 50% della loro emissione nella zona ‘blu’ dello spettro luminoso,indicandoci che erano lampade con un alto numero di kelvin. Sfortunatamente, è stata mandata una mail chiedendo spiegazioni, ma non abbiamo ottenuto risposta). Tra questi pigmenti includiamo CFP483 (da Acropora pulchra ), CFP484 (da Acropora millepora ), CFP486 (da Montipora digitata ), and CFP492 (da Hydnophora grandis). Il pigmento fluorescente 497 di Acropora millepora si è comportato in maniera differente –poiché si è espresso con maggior intensità ad una intensità luminosa di soli 100 μmol·m²·sec, e non si è manifestato affatto a 700 μmol·m²·sec. In ogni caso, la luce rossa ha supportato la quantità minima di pigmentazione, nonostante ci fossero notevoli differenze nel livello di espressione alla medesima intensità di 200 μmol·m²·sec usata in questo esperimento. Ad esempio, I livelli di pigmento azzurro 486 riscontrati sotto la luce rossa nella Montipora digitata risultano essere dimezzati quando lo stesso corallo è esposto alla luce blu. In tutti gli altri casi, l’espressione dei pigmenti negli animali esposti alla luce rossa è stata solo del 10-15% rispetto a quelli notati nei coralli esposti alla luce blu.

Fotoconversione, Sbiancamento dei pigmenti e Mix di colori

E’ risaputo che I coralli spesso contengono più di un pigmento fluorescente (la specie Favia ne contiene almeno una dozzina). La fluorescenza combinata di questi pigmenti può con molta probabilità influenzare las nostra percezione visiva del colore dell’animale, e questo fenomeni è chiamato Mix di colori’. L’addizione (aumento dell’espressione o fotoconversione), l’alternanza (fotoconversione) o la sottrazione (fotosbiancamento o diminuzione di espressione) di un pigmento può avere una notevole influenza sull’aspetto di un animale. La figura 18 dimostra il possibile ma ipotetico incremento o diminuzione di pigmenti in rapporto alla sola intensità. Immaginate cosa potremmo osservare se aggiungiamo gli effetti della qualità luminosa sull’espressione dei pigmenti. Il compito diventerebbe sbalorditivo, e questo è un esempio relativamente semplice!



Figura 18

L’andamento delle linee dimostra che I Pigmenti 484 e 497 diminuiscono di intensità di fluorescenza all’aumento di PAR, mentre I Pigmenti 512 e 605 aumentano di intensità. A 80 μmol·m²·sec, questo corallo apparirebbe blue-verde con una tendenza a diventare sempre più verde mentre I pigmenti rossi e Verdi sono dominanti a 700 μmol·m²·sec. Questo è un caso di fotoconversione,dove l’ intensità della luce altera la natura chimica dei pigmenti e provoca il cambiamento da un colore di fluorescenza ad un altro?? O forse è un caso di sbiancamento dei pigmenti (P-484 & P-497) e l’intensità della luce ha causato la fluorescenza (Pigmenti 512 e 605), oppure entrambe le cose?

Ci sono pochissimi casi documentati di fotoconversione nei pigmenti azzurri. Due sono relativi al Gruppo A (496 nm fino ad una lunghezza d’onda indeterminata nell’anemone Condylactis gigantea - Labas et al., 2002); 499 nm a 522 nm in Anemonia sculata - Wiedenmann, 2002; ed un solo caso riguarda la conversione del corallo Acropora secale da azzurro (484 nm) a verde(515 nm) - Papina et al., 2002. Vedi Figure 18-20 per ulteriori informazioni.


Figura 19
La luce (prevalentemente blu) induce un cambiamento della fluorescenza da blu-verde (484 nm) a verde (con un emissione massima a 515 nm). After Papina et al., 2002.




Figura 20
Un pigmento del gruppo A; la qualità dello spettro indica che la fotoconversione è possibile. After Labas et al., 2002.



Figura 21
Il doppio picco di emissione (e l’eccitazione, in questo caso) indica che stiamo osservando un pigmento trasmettere da un picco ad un altro (499 nm to 522 nm, che vanno rispettivamente da blu-verde a verde). Da Wiedenmann, 2002.

Conclusioni

L’intensità della luce e le sue qualità spettrali, hanno un ruolo importante nel indurre la colorazione dei coralli. Ovviamente, essi non sono gli unici requisiti e diventano fattori decisive solo quando alcune condizioni co e il movimento e I valori dell’acqua sono corretti.

I tipi di intensità di luce usati da D'Angelo & co. sono apparentemente simili alle quantità di radiazioni ricevute naturalmente dai reef naturali. Sorprendentemente, questi tipi erano abbastanza simili a quelli visti negli acquari quando ho diviso il numero di misurazioni luminose fatte sugli acquari e e diviso il numeri totale in 4 categorie contenenti un numero uguale (vedi Figura 17). Queste sono state le mie classificazioni:

1. Molto bassa: 15-100 μmol·m²·sec

2. Bassa: 101-200 μmol·m²·sec

3. Moderata: 201-400 μmol·m²·sec

4. Alta: 401-700 μmol·m²·sec

Notare che le intensità di luce comprese nelle categorie moderata/alta are sono spesso riscontrate sotto lampade ad alta intensità e sono in zone relativamente piccole. Quindi, alcuni tipi di strumenti per la misurazione della luce, sia un lux-metro lux meter o quantum meter, sarebbero molto utili per determinare la giusta posizione dei coralli contenenti I pigmenti fluorescenti azzurri. Per ulteriori informazioni sulla conversione da lux a PAR: (cliccate qui) e su un abbastanza economico misuratore di PAR: (cliccate qui).

Mi ci vorrà un pò di tempo per rivedere 11 anni di dati che ho raccolto sulla luce, ma cercherò di definire meglio queste categorie prima che questa serie venga completata. La fluorescenza massima della maggior parte dei pigmenti azzurri è stata notata nella zona di spettro di circa 400 μmol·m²·sec (fatta eccezione per I pigmenti 497 dell’ Acropora millepora 's la cui fluorescenza massima si ha a 100 μmol·m²·sec). Quando esaminiamo gli effetti della qualità dello spettro, riscontriamo che in tutti I casi che la luce blu è la più efficace nell’indurre l’espressione della fluorescenza dei pigmenti. La luce verde è al secondo posto nell’induzione della produzione di pigmenti fluorescenti, anche se il filtro usato da questi ricercatori trasmetteva una discreta quantità di luce blu. Il filtro rosso trasmetteva effettivamente e quasi esclusivamente luce rossa èd è stata la meno efficace nello stimolare I coralli alla produzione di pigmenti fluorescenti. La qualità spettrale delle lampade utilizzate è un altro aspetto che andrebbe approfondito meglio. In conclusione la quantità di luce necessaria a rendere I coralli 'più colorati' non è molto difficile da ottenere, sebbene le soglie di colore bassa e alta possono essere abbastanza vicine (come nel caso del Pigmento 486 riscontrato nella Montipora digitata ). Ma soprattutto, la produzione e/o il mantenimento dei pigmenti azzurri non è sensibile alla qualità dello spettro(specialmente alla luce rossa) a differenza di altri pigmenti che esamineremo nei prossimi articoli. La semplice osservazione visiva dei coralli all’interno dei nostri acquari supporta le prove sperimentali che I pigmenti blu-verdi non sono affatto difficili da riprodurre con le apparecchiature artificiali. Gli effetti negativi dell’esposizione prolungata alla luce rossa (oltre 30 giorni) sono diventati più visibili. In questo articolo, notiamo che la luce rossa apparentemente non è in grado di stimolare la colorazione dei coralli così efficacemente come le luci blu e verde. Abbiamo parlato degli effetti della luce rossa sui coralli nell’edizione Dicembre 2008 di Advanced Aquarist.  Ulteriori dettagli sono disponibili qui 

Il concetto e il metodo di classificare I pigmenti in gruppi, è un altro passo importante. In precedenza, il nostro miglior metodo di classificare I pigmenti è stato tramite l’eccitazione e in modo particolare l’emissione di fluorescenza. Sebbene non possiamo affermare che I pigmenti di un determinato gruppo reagiscono pressappoco alla stessa maniere di un altro pigmento appartenente allo stesso gruppo, possiamo iniziare a formulare delle generalizzazioni. Col tempo, le categorie di gruppi si dimostreranno essere un importane strumento per comprendere I pigmenti fluorescenti e la loro produzione e conservazione. Sto attualmente lavorando su un progetto che ha l’obiettivo di trovare un metodo economico per la classificazione un particolare pigmento(i) fluorescente(i) all’interno dei coralli. Se avrà successo, pubblicherò le informazioni in un prossimo articolo. Con questo, si conclude il nostro approfondimento sui pigmenti fluorescenti azzurri. Sul prossimo numero, daremo un’occhiata alle recenti informazioni sui pigmenti fluorescenti Verdi e su come l’intensità e la qualità della luce stimolino o ostacolino la pigmentazione. Ed un altro articolo che verrà pubblicato in futuro esaminerà le proteine fluorescenti rosso/arancio. Questa serie si concluderà con un’occhiata alle cromoproteine non fluorescenti riscontrate in moltissimi coralli.Future articles will focus on orange and red fluorescent proteins. Alla fine di quest’ultimo articolo, verrà pubblicata una completa lista di riferimenti.

Questo e tanti altri meravigliosi articoli, li trovate disponibili anche qui 
Ringrazio il forum Reefitalia (con il quale collaboro) ed in particolar modo l'amministratore Mauro Milanesi, per avermi autorizzato alla pubblicazione dell'articolo.

Daniele Russo