Экология
Некоторые живые организмы могут осветить темные места без помощи солнечного света. В то время, как самыми известными биолюминесцентными существами являются светлячки, кроме них существуют различные виды насекомых, грибов, бактерий, медуз и костистых рыб, которые могут светиться. Чаще химическими реакциями они пользуются ночью, в пещерах или в черных глубинах океана.
Биолюминесценция развивалась вместе с жизнью на земле, хотя нет цветущих растений, обладающих этой возможностью и очень мало животных умеют светиться, исследователи полагают, что данные способности развивались независимо друг от друга много раз.
Как говорят представители новой выставки биолюминесценции в Американском музее естественной истории в Нью-Йорке, она развивалась, как минимум, 50 раз, а может быть и больше. По словам куратора отдела ихтиологии в музее Джона Спаркса (John Sparks), среди костистых рыб способность светиться, иногда с помощью светящихся бактерий, развивалась 20-30 раз в различных группах.
"Даже в случае с рыбами, мы знаем, что всякий раз способности развивались независимо друг от друга, потому как в данном процессе использовались различные химические реакции, используемые разными группами. Некоторые пользовались "услугами" особых бактерий, другие самостоятельно учились светиться".
Светящиеся в темноте организмы используют различные вариации химических реакций, которые включают, как минимум, три компонента: фермент люциферазы, который помогает кислороду связываться с органическими молекулами (третий компонент), называется люциферин. Обладающая высоким зарядом энергии молекула, создаваемая в процессе реакции, высвобождает энергию в виде света.
По данным материалов выставки, для организмов, которые используют этот компонент, биолюминесценция имеет множество применений. Светлячки используют свет для привлечения партнеров и предупреждают хищников о токсинах, с которыми они могут столкнуться, если нападут на светлячков. Глубоководные удильщики используют "зажженную" приманку для привлечения добычи. Животик сребробрюшковых рыб также светится, что является своего рода маскировкой, которая помогает им вписаться в окружающую среду. Динофлагелляты – простейшие одноклеточные организмы – начинают светиться, если их потревожить, возможно, они делают это для того, чтобы спугнуть хищника, или чтобы привлечь другого хищника, который питается их "врагом". Личинки комариного гриба светятся для привлечения добычи.
Большая часть биолюминесцентных организмов, около 80 процентов видов, живут в самом "густонаселенном" месте планеты – глубоко в море. На самом деле, считается, что большинство видов, которые живут на глубине ниже 700 метров, могут производить собственный свет. Не существует консенсуса относительно того, почему способность светиться развивалась так много раз, но теория о приспособлении к жизни в морских глубинах, по словам Спаркса, самая популярная.
"Люциферины, эти вырабатывающие свет молекулы, являются хорошими антиоксидантами, поэтому считается, что, возможно, в какой-то период времени они исполняли именно функцию антиоксидантов, а затем "переквалифицировались"", - поясняет Спаркс.
По мере увеличения содержания кислорода в океане, животные переселялись в глубокие воды, чтобы находится вне досягаемости ультрафиолетового излучения. В глубоких водах, где антиоксиданты уже не нужны для того, чтобы восстанавливать генетические повреждения, вызванные УФ-излучением, люциферины превратились в организмы, которые вырабатывают свет.
Однако, не все, что светится, является биолюминесцентным. Некоторые организмы, такие как кораллы, светятся, поглощая свет одной длины волны ультрафиолетового излучения, и выделяя его на другой волне. Так как УФ-излучение не видно человеческому глазу, может показаться, будто эти существа вырабатывают свой собственный свет.
Выставка "Существа Света: природная биолюминесценция" открывается в американском музее естественной истории в Нью-Йорке 31 марта и будет работать до 6 января 2013 года.
Биолюминесценция – одно из красивейших явлений природы! Представляем подборку существ, способных светиться в темноте.
1. Планктон
Захватывающее дух природное явление, происходящее во многих точках земного шара, наибольшего туристического внимания удостаивается на Мальдивах. Биолюминесцентный фитопланктон, подхваченный набегающими волнами, подсвечивает воды океана ярко-голубым сиянием. Прилив регулярно приносит к берегу россыпи огней, превращая его в пейзаж из волшебной сказки.
2. Диплоподы (подвид многоножек)
Восемь из двадцати тысяч разновидностей многоножек обладает способностью к свечению в ночное время. Зеленовато-синее сияние исходит даже от самых заурядных коричневых особей. Такая особенность в данном случае не имеет функции привлечения добычи, ведь многоножки – травоядные. Свечение служит отпугивающим хищников сигналом о ядовитости, ведь поры этих животных могут выделять цианид.
3. Пещерные светлячки
Личинки некоторых видов комаров и мошек имеют свойство светиться, за что они и были отнесены к группе светлячков. Особенно занимательны так называемые пещерные светлячки, обитающие в Новой Зеландии, в волшебном месте под названием Вайтомо. Эти насекомые используют сияние своих тел в двух целях: для хищников оно – сигнал о ядовитости, а для потенциальных жертв – отличная приманка: привлеченная светом добыча попадает в плен шелковистых нитей, висящих в сводах пещеры.
4. Улитки
Когда улитка вида Clusterwink чувствует, что ее окружает опасность, она втягивает свое тело в раковину и та начинает светиться изнутри ярко-зеленым светом, создавая иллюзию увеличения в размере. Как правило, пораженный подобной метаморфозой противник отступает.
5. Гребневики
Эти желеобразные существа получили свое название из-за восьми гребневидных пластин на своем теле, помогающих им передвигаться в воде. Некоторые виды гребневиков светятся в темноте ярко-зеленым или синим, тогда как другие просто рассеивают свет во время движения гребней, создавая ими блестящий радужный (однако не биолюминесцентный по своей природе) эффект.
6. Светлячки
Специальный орган, расположенный внизу брюшка светлячка, светясь, сигнализирует о том, что насекомое ищет себе пару. Однако помимо этого сияние намекает потенциальным хищникам о небезобидной натуре этих очаровательных жучков, делающей их непригодными в пищу. Даже личинки светлячков обладают способностью к узнаваемому желтому свечению.
7. Клемы или венерки
Этот вид морских моллюсков, средний размер которых достигает 18 см, поражает наблюдателей своим синим сиянием, однако оно возникает лишь при наличии определенных обстоятельств. Первые свидетельства о необычной особенности клемов оставил еще римский государственный деятель Плиний. Он отметил изменение цвета воздуха от своего дыхания после принятия сырого моллюска в пищу. Недавние исследования показали, что клемов заставляет светиться наличие свободных радикалов. Такое открытие может предоставить науке новые пути диагностики рака на ранних стадиях.
8. Рыбы-удильщики
Спинной плавник самки удильщика располагается непосредственно над пастью. Этот орган имеет форму удочки со светящимся концом, привлекающим добычу. Когда заинтересованная светом жертва подплывает достаточно близко, хищник резко хватает ее и разрывает на куски своими мощными челюстями.
9. Тараканы
Две светящиеся точки на спинке одного из видов таракана выполняют функцию маскировки под внешность ядовитого жука-щелкуна. Это единственный известный науке организм, использующий биолюминесценцию в целях защитной мимикрии. К сожалению, не исключено, что это не так давно обнаруженное существо уже успело полностью исчезнуть с земного шара в результате извержения вулкана в Эквадоре в 2010 году.
10. Грибы
Во всем мире существует около 70 видов светящихся грибов, распространенных во множестве различных мест. Многим видам способность к свечению помогает размножаться: привлеченные сиянием жуки, садящиеся на поверхность гриба, становятся переносчиками его спор.
11. Кальмары
Многие кальмары используют так называемую контриллюминацию. Это означает, что они начинают светиться в соответствии с интенсивностью освещения, исходящего сверху. Такое поведение обеспечивает им защищенность от нападений хищников, которым становится трудно различить жертву, «потерявшую» свою тень.
12. Кораллы
На самом деле большинство кораллов относятся не к биолюминесцентам, а к биофлуоресцентам. Первое понятие выражает способность организма продуцировать свой собственный свет, тогда как второе представляет собой накопление света из внешних источников и отражение его с измененным оттенком. Например, некоторые кораллы, поглощая синие и фиолетовые лучи, начинают светиться ярко-красным, оранжевым или зеленым.
13. Осьминоги
Своим свечением крошечные глубоководные осьминоги обязаны расположенным на их теле специальным органам-фотофорам – видоизмененным присоскам. Благодаря им щупальца покрываются мерцающими либо непрерывно сияющими огоньками.
14. Морские звезды
По правде говоря, существо под названием Ophiochiton ternispinus к морским звездам не относится, и тем не менее этот вид весьма близок к ним. Также, как их «звездные» родственники, они имеют пять конечностей, отличающихся особой тонкостью и высокой гибкостью. Эти животные испускают ярко-синий цвет, помогающий им охотиться в своей темной среде обитания.
15. Актинии
Актинии наравне со своими сородичами, не склонными к биолюминесценции, большую часть своей жизни проводят в свободном плавании, пока не найдут оптимальное место для окончательного закрепления. Их светящиеся щупальца жалят хищников и добычу острыми «гарпунами».
16. Светящиеся анчоусы
Еще один глубоководный обладатель органов-фотофоров – светящийся анчоус. Яркие точки расположены у этой рыбы преимущественно на брюхе, однако наиболее эффектные огни она носит на лбу, что создает впечатление передней фары на голове.
17. Бактерии
Насекомые часто становятся добычей одной из разновидностей бактерий, излучающей яркий свет. Особи этого вида выпускают токсины, которые разрушают тело жертвы изнутри.
18. Криль
Арктические воды густо населены мелкими рачками, называемыми криль. Яркое сияние своих крошечных тел эти существа используют в качестве маячков для особей своего вида. Плывя на свет друг к другу и сбиваясь в стаи, они лучше переносят тяжелые условия и нападения хищников.
19. Большероты
Глубоководная рыба-большерот, также называемая «угорь-пеликан», обитает на морском дне, где охотится на добычу, иногда превышающую ее собственный размер. Массивный рот этого жителя глубин позволяет проглотить сколь угодно большие объемы пищи. Световой орган, расположенный на длинном хвосте, привлекает своим мерцанием плутающую во тьме жертву.
20. Морские черви
Редкое существо под названием Swima bombaviridis располагает не менее уникальным методом самообороны. На его теле расположены восемь мешков со специальной жидкостью. В момент опасности они опустошаются и излившаяся жидкость освещает пространство вокруг ярким синим или зеленым сиянием, отвлекая хищника и позволяя морскому червю скрыться.
Биолюминесценция (в переводе с греч. “биос” – жизнь, и лат. “люмен” – свет) – это способность живых организмов излучать свет. Это одно из самых удивительный явлений. В природе встречается не так часто. Как это выглядит? Давайте смотреть:
10. Светящийся планктон
Фото 10. Светящийся планктон, МальдивыСветящийся планктон в озере Гиппсленд, Австралия. Свечение это есть ни что иное, как биолюминесценция – химические процессы в организме животных, при которых освобождающаяся энергия выделяется в форме света. Удивительное по своей природе явление биолюминесценции, посчастливилось не только увидеть, но и заснять фотографу Филу Харту (Phil Hart).
9. Светящиеся грибы
На фото изображён Panellus stipticus. Один из немногих грибов, обладающий биолюминесценцией. Этот вид грибов достаточно распространён в Азии, Австралии, Европе и Северной Америке. Растет группами на бревнах, пнях и стволах лиственных деревьев, особенно, на дубах, буках и березах.
8. Скорпион
На фото изображён скорпион, светящийся под ультрафиолетом. Скорпионы не излучают свой собственный свет, но они светятся под невидимым излучением неонового света. Всё дело в том, что в наружном скелете скорпиона имеется вещество, которое как раз и излучает свой свет под ультрафиолетом.
7. Светящиеся червячки Пещеры Вайтомо, Новая Зеландия
В Новой Зеландии, в пещере Вайтомо обитают светящиеся личинки москитов. Они покрывают потолок пещеры. Эти личинки оставляют нити светящейся слизи, до 70 на одного червячка. Это им помогает ловить мух и мошек, которыми они питаются. У некоторых видов такие нити ядовитые!
6. Светящиеся медузы, Япония
Фото 6. Светящиеся медузы, Япония
Удивительное зрелище можно было увидеть в заливе Тояма Бэй в Японии – тысячи выброшенных на берег залива медуз. Причём обитают эти медузы на больших глубинах, а в период размножения поднимаются на поверхность. В этот момент их и принесло в огромном количестве на сушу. Внешне эта картина очень напоминает светящийся планктон! Но это абсолютно два разных явления.
5. Светящиеся грибы (Mycena lux-coeli)
То что Вы видите здесь – светящиеся грибы Mycena lux-coeli. Растут они в Японии, во время сезона дождей на поваленных деревьях Chinquapin. Эти грибы выделяют свет благодаря веществу под названием люциферин, который окисляясь и выделяет вот такое интенсивное зеленовато-белое свечение. Очень забавно, что, по-латыни, Люциферу означает “свет дарителя.” Кто бы знал! Живут эти грибы всего лишь несколько дней, и умирают когда дожди заканчиваются.
4. Свечение остракод Cypridina hilgendorfii, Япония
Cypridina hilgendorfii – так называются ракушниковые острокоды, крошечные (по большой части не более 1-2 мм), прозрачные организмы, живущие в в прибрежных водах и песках Японии. Светятся они благодаря веществу люциферину.
Интересен тот факт, что во время Второй Мировой войны, японцы собирали этих рачков с целью получения света ночью. Намочив эти организмы в воде, они снова начинают светиться.
3. Светящиеся светлячки
Фото 3. Фотография светлячков, сделанная на длинной выдержке
Вот так выглядят места обитания светлячков, сделанные на длинной выдержке. Светлячки мигают, чтобы привлечь к себе внимание противоположного пола.
2. Светящиеся бактерии
Светящиеся бактерии – удивительное природное явление. Свет у бактерий создается в цитоплазме. Обитают они в основном в морской воде, и реже на суше. Одна бактерия излучает сама по себе очень слабый, практически невидимый свет, но когда они в большом количестве, то светятся уже более интенсивным, очень приятным глазу голубым светом.
1. Медуза (Aequorea Victoria)
В 1960-х японо-американским учёным Осаму Симомура в университете Нагоя был выявлен люминесцентный белок экворин из медузы эквореи (Aequorea victoria). Симомура показал, что экворин инициируется с ионами кальция без кислорода (окисления). Иными словами светоизлучающий фрагмент является не сам по себе отдельным субстратом, а субстратом, прочно связанным с белком. Это в свою очередь дало огромный вклад не только в науку, но и в медицину. В 2008 году Симомура был удостоен Нобелевской премии за свои труды.
Свечение считается обычным явлением в природе. Поэтому способность испускать свет с помощью простой химической реакции, или биолюминесценция, встречается, по крайней мере, у 50 различных видов грибов, светлячков и даже у ужасающих морских обитателей. С помощью этой реакции светящиеся существа извлекают для себя немало пользы: отгоняют хищников, привлекают добычу, избавляют свои клетки от кислорода или попросту справляются с существованием в вечном мраке глубин океана.
Так или иначе, люминесценция - один из самых гениальных инструментов жизни, а мы представим вам список самых необычных и странных существ, способных светиться в темноте. Многие из этих видов в настоящее время выставлены в качестве экспонатов на экспозиции в Американском музее естественной истории в Нью-Йорке.
Самка и самцы морского черта
Адский кальмар
Светящиеся медузы
Каких только необычных и удивительных существ не встретишь в море или в глубинах океана. Следующие фиолетовые в зеленой оправе существа обитают в Тихом океане у берегов Северной Америки. Эти медузы способны генерировать сразу два вида свечения. Биолюминесцентное обладает пурпурно-голубым свечением и производится в результате химической реакции между кальцием и белком. И уже эта реакция, в свою очередь, вызывает свечение вокруг ободка медузы, образуя зеленый флуоресцентный белок, а затем и зеленое свечение. Ученые широко используют эту особенность существа для изучения визуализации процессов в организме.
Огненная вода
Наверняка мало кто знает, что в природе встречается явление, которое можно сравнить со светящимся океаном. Однако никто не отказался бы воочию понаблюдать за ярко синим неоновым прибоем океана. Все дело в том, что вода наполняется динофлагеллятом, одноклеточными планктонными существами с хвостами, которые распределяются на внушительных площадях у побережья. Ученые полагают, что эти существа населяют нашу планету уже миллиард лет, а последние несколько тысячелетий озадаченные люди были склонны приписывать это явление к таинственной магии морских богов.
Большерот
Для того чтобы добыть себе пропитание, эта рыба сначала использует биолюминесценцию, чтобы вызвать флуоресценцию в виде красных огоньков в области возле носа, а затем испускает импульсы красного цвета, чтобы обнаружить креветок. Когда добыча будет найдена, поступает разблокировка сигнала, а челюсть приводится в действие. Гениальный хищник пользуется тем обстоятельством, что креветки, как и многие другие обитатели моря не могут распознавать красный свет.
Креветки систелласпис
Однако не все креветки столь податливы и легко досягаемы для хищников. Например, креветки систелласпис обладают отличной защитой, в том числе и от большерота. Эти креветки обезоруживают хищников, выплевывая неприятную светящуюся жидкость из своего хвоста прямо перед пастью.
Стена из кораллов
На Каймановых островах обнаружена кровавая стена, высотой 1000 футов, состоящая из светящихся кораллов. Это интересное явление стало возможным благодаря тому, что здесь нашли себе пристанище многие биолюминесцентные существа. Многие аквалангисты увлеченно делают снимки того, как кораллы преобразуют свой красный цвет в удивительное зеленое свечение.
Кто из нас не читал повесть Артура Конан Дойля "Собака Баскервилей", в которой рассказывается о светящейся собаке-убийце, преследовавшей семью Баскервилей. Кровь стынет в жилах и становится очень страшно...
Когда наступает ночь и около замка снова слышится страшный вой, а затем неожиданно появляется огромное страшное существо - значит, снова в семье Баскервилей кто-то будет убит. Впрочем, читая это, мы понимали, что светящаяся в темноте собака - это плод фантазии Конан Дойля, в реальности этого просто не может быть. Но мы ошибались. Прошли годы, и ученые разных стран научились выводить светящихся в темноте животных: свиней, мышей, кошек, собак, кроликов, рыб и обезьян.
Подобные эксперименты проводятся не ради шутки или прикола, а для изучения развития болезней и для нахождения наиболее оптимальных методов их лечения.
Свиньи, например, по многим параметрам схожи с человеком: по размеру сердца и кровеносной системы, по уровню гемоглобина в крови, по количеству эритроцитов и группам крови, по процессам пищеварения. И даже кожа хрюшек похожа на человеческую! Потрясающее количество сходств! Обезьяны, якобы наши предки, и те имеют гораздо меньшее количество генетических совпадений с человеком. Как же этим не воспользоваться!
Первыми светящихся свиней вывели ученые Китая. Они ввели в тело свиноматки, а точнее, в эмбрион, флюоресцентный протеин, взятый у медузы, способной светиться в темноте. Опыт удался, и в итоге родились очаровательные светящиеся поросята, при дневном освещении имеющие зеленоватый оттенок кожи, глаз, пятачков, зубов, копыт и даже всех внутренних органов, а если на них направить ультрафиолетовый свет, то они засияют, как огоньки!
Свечение на клеточном уровне, без вреда для организма животного, позволяет следить за всеми происходящими в организме процессами. Из оборудования нужен только микроскоп с ультрафиолетовой подсветкой.
Этот метод используется при наблюдении за организмом после пересадки стволовых клеток, которые обладают способностью превращаться в клетки органа, в который их пересадили. Введение клеток светящихся свиней позволяет по свечению проследить весь их путь в организме.
Схожесть организма свиньи и человека, возможно, в будущем позволит выращивать свиней-доноров для пересадки органов нуждающимся людям, но пока это не совсем получается. Ученые не смогли вывести свинью, генетически схожую с человеком, поэтому при пересадке тканей происходит отторжение.
Также проблема в том, что здоровых светящихся свиней очень мало, а вырастить их сложно. Поросятки зачастую либо рождаются мертвыми, либо с серьезными патологиями. Ученые надеются, что светящиеся свиньи могут приносить потомство, которое также может светиться. Да и еще нужно выяснить, не заразят ли светящиеся хрюшки-доноры людей какой-нибудь своей "свинской" болезнью.
Подобные эксперименты проводятся и с другими животными: кошками, обезьянами и т.д. В их организм "запускается" болезнь, которой может болеть и человек, а затем, наблюдая по свечению за развитием болезни, животное пытаются вылечить, применяя те или иные технологии и лекарства. Если животное выздоравливает, значит, найденное средство в будущем может помочь и человеку.
Протеин из медуз использовался и в экспериментах с малярийными комарами: удалось вывести комаров-самцов со светящимися половыми органами, которые не могут размножаться. Их отсортировали от самок (у тех ничего не светится) и выпустили на свободу. В результате замещения обычных малярийных комаров-самцов светящимися произошло сокращение их популяции.
