«…и вот уже вся роща освещена фантастическим зеленым заревом. Никогда нам не приходилось видеть такого огромного скопления светлячков. Они носились облаком среди деревьев, ползали по траве, кустам и стволам, кружились у нас над головой и зелеными угольками сыпались на подстилки. Потом сверкающие потоки светлячков поплыли над заливом, мелькая почти у самой воды, и как раз в это время, словно по сигналу, появились дельфины. Они входили в залив ровной цепочкой, ритмично раскачиваясь и выставляя из воды свои точно натертые фосфором спины. Посреди залива они завертелись хороводом — ныряли, кувыркались, изредка выпрыгивали из воды и снова падали в полыхающие потоки света. Вверху светлячки, внизу озаренные светом дельфины — это было поистине фантастическое зрелище. Мы видели даже светящиеся следы под водой, у самого дна, где дельфины выводили огненные узоры, а когда они подпрыгивали высоко в воздух, с них градом сыпались сверкающие изумрудные капли, и уже нельзя было разобрать, светлячки перед вами или фосфоресцирующая вода».
(Джеральд Даррелл, «Моя семья и другие звери»)
Скорее всего, одними из участников этого волшебного светового представления были динофитовые водоросли рода Noctiluca, или ночесветки – маленькие (2-3 мм в диаметре) круглые живые существа, обладающие подвижным щупальцем и способностью к биолюминесценции – способностью испускать свет.
Кто светится?
Светиться умеют около 800 видов живых организмов, как морских, так и наземных. В их числе - бактерии, грибы, медузы, водоросли, черви, моллюски, насекомые, рыбы.
Бактерии светятся всей цитоплазмой (полужидкое содержимое клетки, ее внутренняя среда). У одноклеточных, имеющих ядра, свет создаётся в специальных органеллах. Более высокоразвитые существа, например, рыбы, обладают особыми светящимися органами – фотофорами.
Светиться умеют около 800 видов живых организмов, как морских, так и наземных. В их числе - бактерии, грибы, медузы, водоросли, черви, моллюски, насекомые, рыбы
Непрерывно светятся только бактерии и грибы, и, соответственно, те, с кем они живут в симбиозе, например, некоторые глубоководные рыбы. Симбиоз – это взаимовыгодное сотрудничество живых организмов. В данном случае бактерии берут у рыб из крови кислород и питательные вещества, и взамен дают им свет.
У других организмов биолюминесценция возникает в качестве ответа на какой-то раздражитель или контролируется нервной системой.
Chaetopterus variopedatus, автор Anderson G. Oliveira, взято из статьи "Selected Least Studied but not Forgotten Bioluminescent Systems", автор Yuichi Oba и др.
Зачем светятся?
Биолюминесценция – очень энергозатратное дело: на зеленое свечение, например, тратится порядка 50 ккал/моль. Ни одно живое существо не может позволить себе тратить столько сил впустую. Значит, свечение жизненно необходимо. Но зачем?
Во-первых, это безопасность. Силуэт рыбы или креветки на фоне светлой границы воды и воздуха будет хорошо заметен любой акуле, плывущей глубже. Поэтому некоторые из потенциальных жертв голодных хищников пользуются очень интересным способом защиты: у них светится пузико так, что они сливаются со светом, идущим сверху. Креветки Sergestes similis могут даже регулировать яркость своего свечения в зависимости от того, насколько светло вокруг. А некоторые животные предпочитают не маскироваться от хищников, а наоборот, отпугивать их ярким светом. Так поступают кальмары и медузы.
Свет бывает нужен и хищникам. Так, грибные комарики рода Arachnocampa (в переводе – «личинка паука») свешивают с потолков пещер, из своих жилищ, клейкие нити, которые подсвечивают своим телом, чтобы привлекать более мелких насекомых.
Более известны глубоководные удильщики, жутковатые на вид зубастые рыбы с «фонариком-приманкой» на лбу. У некоторых видов удильщиков «фонарик» способен двигаться. Подманивая добычу, рыба постепенно придвигает светящуюся приманку ко рту, пока не заглатывает свою жертву.
о.Тасмания. Ночесветки
Глубоководные кораллы используют биолюминесценцию довольно своеобразно. Они превращают доходящий до них коротковолновый свет в длинноволновое излучение, чтобы дать возможность фотосинтезировать обитающим в их тканях симбиотическим водорослям, которые нужны им в качестве «солнечных батарей».
Свечение может использоваться и для общения. Например, оно может помочь самке и самцу найти друг друга. Именно для этого свет нужен светлячкам. У некоторых тропических видов светляков это происходит так: самка, сидя на земле, испускает зеленоватый свет, и когда летящий мимо самец видит её сигнал, он отвечает ей вспышкой оранжевых огоньков на брюшке и подлетает поближе. У наших светлячков заметно для людей светятся только самки, но суть та же.
Как светятся?
Обычно для люминесценции необходимы 3 составляющих: кислород, люциферин (светоизлучающий пигмент; вещество которое зажигается) и люцифераза (фермент; вещество, которое зажигает). Люцифераза катализирует реакцию люциферина с кислородом, и в результате этой реакции вырабатывается свет. Таких биолюминесцентных систем существует около 30, но точно известна структура только 7 природных люциферинов.
С помощью методов генной инженерии созданы целые светящиеся животные. Например, поросята, которые светятся зелёным цветом в темноте и имеют зеленоватый оттенок кожи и глаз при дневном свете
Поскольку люциферины у животных разные, цвет излучаемого света варьирует от синего до зеленого, желтого и красного. На излучение света разных цветов необходимо разное количество энергии.
Из статьи "A Tale Of Two Luciferins: Fungal and Earthworm New Bioluminescent Systems", авторы статьи Aleksandra S. Tsarkova, Zinaida M. Kaskova, and Ilia V. Yampolsky
Не все животные светятся с помощью люциферинов. Биолюминесценция медузы Aequorea victoria обеспечивается взаимодействием белка экворина с ионами кальция. Под действием синего света экворина начинает светиться зелёный флуоресцентный белок GFP (green fluorescent protein).
Эти белки часто используются в биологических исследованиях: экворин как индикатор присутствия ионов кальция, GFP — в качестве флуоресцентной метки. Разработаны модификации белка для применения в биосенсорах. С помощью методов генной инженерии созданы целые светящиеся животные. Например, поросята, которые светятся зелёным цветом в темноте и имеют зеленоватый оттенок кожи и глаз при дневном свете. Такие зверушки нужны учёным не для забавы, а для того, чтобы было можно наблюдать за развитием тканей.
За открытие и развитие использования зелёного флуоресцентного белка Осаму Симомура, Роджер Тсьен и Мартин Чалфи в 2008 году были награждены Нобелевской премией.
Материал подготовлен при участии А.Ю. Филиппова