Biofluoresens: Mekanisme, Kepelbagaian dan Kepentingannya dalam Ekologi

Penulis: Fadzillah Adibah Fadzil Suhaimi

Pensyarah Jabatan Sains dan Teknologi (JST),
Fakulti Teknologi, Rekabentuk dan Pengurusan (FTDM),
UCYP University

 

Biofluoresens (Biofluorescence) ialah fenomena semula jadi di mana organisma hidup mengandungi molekul pendarfluor, juga dikenali sebagai fluoroform (fluorophore), akan menyerap cahaya pada panjang gelombang yang lebih pendek dan bertenaga tinggi seperti cahaya ultraungu (UV) atau cahaya biru, dan memancarkannya semula pada panjang gelombang yang lebih panjang dengan tenaga yang lebih rendah. Proses ini menghasilkan warna yang kelihatan bercahaya, lazimnya warna hijau, merah atau oren. Biofluoresens bukanlah tindak balas kimia, sebaliknya merupakan satu proses fizikal.

Bagaimana Biofluoresens Terhasil?

Mekanisme biofluoresens melibatkan tiga fasa utama. Fasa pertama ialah fasa penyerapan (absorption), iaitu apabila organisma menyerap cahaya bertenaga tinggi melalui molekul pendarfluornya. Fasa kedua ialah fasa pengujaan (excitation), di mana tenaga yang diserap mengujakan fluorofor dan menyebabkan elektron dalam molekul melonjak ke aras tenaga yang lebih tinggi serta tidak stabil. Apabila elektron kembali ke keadaan asas (rehat), tenaga berlebihan akan dilepaskan dalam bentuk cahaya yang lebih jelas dengan panjang gelombang yang lebih panjang, lalu menghasilkan kesan bercahaya. Peringkat terakhir ini dikenali sebagai fasa pelepasan (emission). Konklusinya, organisma melalui tiga fasa utama untuk bercahaya iaitu menyerap cahaya, menyimpan tenaga, dan memancarkannya semula dalam warna berbeza.

Biofluoresens versus Bioluminesens

Bioluminescence berbeza dengan biofluorescence yang mana tindak balas kimia berlaku menghasilkan cahaya tanpa memerlukan cahaya luar. Fenomena Blue Tears di Kuala Paka, Dungun pada awal Februari 2026 yang lalu, merupakan contoh bioluminescence dimana fitoplankton Dinoflagellates menghasilkan cahaya biru secara semula jadi melalui tindak balas kimia dalaman tanpa cahaya luar. Cahaya ini terhasil apabila plankton dirangsang secara mekanikal oleh ombak atau perubahan aliran air di sekeliling selnya.

Kenali Organisma yang Boleh Bercahaya

Biofluoresens telah direkodkan dalam pelbagai takson termasuk tumbuhan, kulat, alga, artropod, serangga, knidaria serta vertebrata seperti ikan, amfibia, reptilia, mamalia dan burung.

Tumbuhan

Tumbuhan menunjukkan biofluoresens terutamanya melalui pendarfluor klorofil. Fenomena ini berlaku semasa fotosintesis aktif, senesens, pendedahan kepada cahaya ultraungu (UV) atau cahaya biru, serta di bawah keadaan stres. Tidak semua tenaga cahaya yang diserap digunakan untuk penetapan karbon. Lebihan tenaga akan dipancarkan semula sebagai pendarfluor (Gambar 1). Di bawah stres, kecekapan sistem fotosintesis menurun dan menyebabkan peningkatan pendarfluor klorofil. Parameter yang biasa digunakan untuk mengukurnya ialah pendarfluor minimum (Fo), pendarfluor maksimum (Fm) dan kecekapan kuantum maksimum Fotosistem II (Fv/Fm).

Liken

Liken ialah satu hubungan simbiosis antara kulat (micobion) dan alga (fotobion). Kulat menyediakan sokongan struktur, perlindungan serta membantu penyerapan air dan nutrien manakala fotobion menghasilkan karbohidrat melalui proses fotosintesis dan membekalkannya kepada sistem simbiosis tersebut. Biofluoresens dalam liken lazimnya dikaitkan dengan aktiviti klorofil dalam fotobion. Kajian lepas menunjukkan bahawa keamatan pendarfluor adalah paling tinggi pada tisu liken yang aktif secara metabolik, terhidrat dengan baik dan sedang mengalami proses pemulihan. Ini mencerminkan peningkatan kecekapan fotosintesis dan tahap fisiologi yang lebih baik (Gambar 2).

Artropod

Artropod mempamerkan pendarfluor disebabkan oleh pigmen dalam kutikel atau tisu yang menyerap cahaya UV dan memancarkannya sebagai cahaya tampak. Sebagai contoh, kala jengking (Order: Scorpiones), labah-labah huntsman (Family: Sparassidae) dan labah-labah ketam (Family: Thomisidae).

Serangga

Sesetengah serangga seperti lipas glowspot (Lucihormetica luckae) menunjukkan biofluoresens. Eksoskeletonnya menyerap cahaya UV dan memancarkannya semula sebagai cahaya tampak. Panjang gelombang yang dipancarkan bergantung kepada protein, pigmen atau sebatian kimia terletak dalam tisu.

Knidaria

Knidaria menunjukkan kedua-dua biofluoresens dan bioluminesens. Pendarfluor ini disebabkan oleh pigmen seakan Green Fluorescent Protein (GFP) / Protein Pendarfluor Hijau (GFP) yang memancarkan cahaya sian, hijau, kuning dan merah. GFP pertama kali ditemui dalam obor-obor hidrozoa Aequorea victoria yang menukarkan cahaya biru bioluminesens kepada cahaya hijau.

Ikan

Ikan biofluoresen mempunyai protein pendarfluor dalam kulit atau tisu lain. Dalam lautan, cahaya biru menembusi lebih dalam berbanding warna lain, menjadikan biofluoresens sebagai adaptasi penting bagi spesies di perairan dalam. Sebagai contoh, juvenil variegated snailfish (Liparis gibbus) mempamerkan pendarfluor merah dan hijau, manakala kelp snailfish dewasa (Liparis tunicatus) hanya menunjukkan pendarfluor merah.

Amfibia

Biofluoresens juga ditemui pada amfibia seperti katak pokka dot (Boana punctata), salamander Appalachian (Plethodon spp.) dan pumpkin toadlet (Brachycephalus ephippium). Sebatian pendarfluor dalam kulit menyerap cahaya pada satu panjang gelombang dan memancarkannya semula pada panjang gelombang tampak yang lebih panjang.

Reptilia

Fenomena ini turut dilaporkan pada reptilia seperti penyu sisik (Eretmochelys imbricata) yang menunjukkan pendarfluor kuning intrinsik serta pendarfluor daripada alga pada cangkerangnya.

Mamalia

Sesetengah mamalia seperti platipus (Ornithorhynchus anatinus), tupai terbang (Glaucomys spp.) dan wombat (Family: Vombatidae) menunjukkan biofluoresens apabila terdedah kepada cahaya UV.

Burung

Biofluoresens pada burung dikesan dalam keadaan cahaya rendah, terutamanya pada burung cenderawasih (Family: Paradisaeidae), burung hantu nokturnal (Order: Strigiformes) dan burung nightjar (Family: Caprimulgidae).

Mengapa Organisma Menggunakan Biofluoresens?

1-Penyamaran dan Kripsis (Camouflage and Crypsis)

Biofluoresens membantu organisma menyatu dengan persekitaran melalui pemadanan cahaya pendarfluor ambien, menjadikannya sukar dikesan oleh pemangsa atau mangsa.

2-Komunikasi dan Isyarat

Corak biofluoresens digunakan untuk komunikasi semasa mengawan, pengecaman spesies dan interaksi sosial. Pendarfluor membantu menarik pendebunga dengan menonjolkan struktur pembiakan seperti anter dan debunga.

3-Tarikan Mangsa dan Aposematisme

Pendarfluor membantu tumbuhan karnivor menarik serangga ke dalam perangkap. Sesetengah organisma laut menggunakan tentakel pendarfluor untuk memikat mangsa. Sebaliknya, pendarfluor juga boleh bertindak sebagai isyarat amaran kepada pemangsa.

4-Fotoproteksi dan Mitigasi Stress

Tumbuhan yang mengalamai keadaan stress seperti kemarau, saliniti tinggi, jangkitan pathogen dan serangan perosak akan melepaskan lebihan tenaga cahaya yang diserap sebagai pendarfluor merah, menunjukkan fotosintesis proses yang berlaku adalah tidak cekap. Selain itu, perubahan warna karang (coral) daripada hijau kepada merah berlaku apabila tisu karang rosak.

Kepentingan Biofluoresens kepada Manusia

Biofluoresens sangat penting kepada manusia, terutamanya dalam kajian perubatan. Penanda biofluoresens (biofluorescent markers) telah digunakan untuk mengenal pasti sel kanser sewaktu pembedahan dijalankan, dengan menggunakan pewarna khas (fluorophores) yang terkumpul secara selektif dalam tisu tumor dan memancarkan cahaya apabila terdedah kepada panjang gelombang tertentu, membolehkan pakar bedah mengenal pasti sel kanser yang bercahaya dalam masa nyata (real-time). GFP pada asalnya telah ditemui dalam obor-obor Aequorea victoria, alat penting dalam biologi molekul dan selular, yang membolehkan saintis mengesan protein, memvisualisasikan proses selular dan mengkaji ekspresi gen.

Biofluoresens Cahaya yang Membuka Dimensi Baharu Sains

Secara keseluruhannya, biofluoresens merupakan fenomena biologi yang bukan sahaja menarik dari sudut visual, tetapi juga signifikan dari perspektif ekologi, fisiologi dan aplikasi sains. Taburannya yang meluas merentasi pelbagai takson membuktikan bahawa mekanisme ini memainkan peranan penting dalam adaptasi organisma terhadap persekitaran. Kemajuan dalam penyelidikan biofluoresens juga telah membawa kepada pelbagai aplikasi termasuk penggunaan protein pendarfluor dalam bidang perubatan. Hal ini menunjukkan bahawa fenomena yang pada asalnya dilihat sebagai keunikan alam sebenarnya mempunyai nilai yang besar kepada pembangunan ilmu pengetahuan dan teknologi. Penerokaan biofluoresens dalam konteks biodiversiti tempatan perlu dipergiatkan kerana berpotensi menyumbang kepada penemuan baharu dalam bidang sains dan pemuliharaan agar dengan pendekatan penyelidikan yang berterusan ini, fenomena ini bukan sahaja memperkayakan pemahaman kita tentang alam semula jadi, malah membuka ruang kepada inovasi yang memberi manfaat kepada manusia dan persekitaran.

Kredit foto-hsfhouseblog