100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как живые организмы светятся в темноте и зачем им это?

Живой свет: как и почему светятся организмы

Живой свет: как и почему светятся организмыЭкология

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.

Когда фонарь ни к чему: 15 животных, которые светятся в темноте

Биолюминесценция является одним из самых зрелищных явлений природы. Она представляет собой способность живых организмов светиться в темноте. Однако такая особенность — не просто способ покрасоваться. Так животные пытаются защититься, замаскироваться, взаимодействовать с себе подобными.

Читайте так же:
Худеем, гуляя — польза прогулок для стройного тела

Как достигается эффект биолюминесценции

Биолюминесценция — результат ряда сложных процессов, в число которых входит окисление люциферина. Выделяемая в этот момент энергия не рассеивается в виде тепла, а становится излучением света. Чтобы свечение активизировалось, молекулы люциферина должны быть выведены из состояния покоя. На яркость и продолжительность свечения влияют также факторы внешней среды. При отсутствии кислорода животные прекращают излучать свет. Расскажем о некоторых таких животных в нашей статье.

Рыба-удильщик

Плавник на спине рыбы-удильщика расположен непосредственно над пастью. Он имеет схожесть с удочкой со светящимся кончиком. Этим хищник и привлекает свою добычу, которая, заинтересовавшись светом, подплывает очень близко. Рыба хватает свою жертву, разрывая на куски массивной челюстью.

Большерот

Это глубоководная рыба, которую еще называю угрем-пеликаном. Охотится он обычно на дне моря, откуда может напасть на жертву, превосходящую ее по размеру. Мощная челюсть способна поглотить пищу любого размера. У большерота светится хвост, который привлекает потенциальную добычу необычным мерцанием в морских глубинах.

Улитки

Когда улитка со способностью к биолюминесценции ощущает опасность, она прячется в раковину, после чего начинает светиться ярким зеленым цветом. При этом создается эффект ее увеличения в размере. Противник пугается такого преобразования и начинает отступать.

Осьминог

Осьминоги светятся благодаря видоизмененным присоскам, которые покрывают его тело беспрерывно сияющими или мерцающими огоньками. Так они привлекают к себе внимание.

Морская звезда

В целом, существа, которые умеют светиться, не относятся к морским звездам, однако очень похожи на них по внешнему виду. У них также имеется 5 тонких и гибких конечностей. Они излучают ярко-синий свет, помогающий им продолжать охоту в темноте.

Клемы

Это разновидность морских моллюсков, средний размер которых около 17 сантиметров. Свечение у них наблюдается только в определенных условиях. После длительных исследований ученые пришли к выводу, что клемы светятся при наличии свободных радикалов.

Пещерные светлячки

Личинки некоторых разновидностей мошек могут светиться в темноте, поэтому их относят к светлячкам. Эти насекомые преследуют несколько целей, когда светятся: дают сигнал о ядовитости для хищников, становятся отличной приманкой для потенциальных жертв.

Планктон

Захватывающее природное явление, которое наблюдается во многих точках планеты — биолюминесцентный планктон. Он подсвечивает набегающие волны нежным голубым светом. После прилива рассыпаются яркие точки, делая пейзаж незабываемым.

Светящийся скорпион

Скорпионы не относятся к биолюминесцентным животным, однако излучают ярко-зеленый свет под воздействием ультрафиолетовых лучей с определенной длиной волны. Они также могут светиться и при лунном свете. Ученые много спорят о том, почему скорпионы мерцают в определенных условиях. Одной из вероятных гипотез является то, что членистоногие таким образом контролируют освещенность, чтобы принять решение — охотиться или нет.

Диплоподы

Это подвид многоножек. Коричневатые по внешнему виду, они имеют способность светиться зелено-синими переливами. Такая функция у них развита, чтобы подать сигнал о ядовитости для хищников, поскольку диплоподы могут выделять цианид.

Гребневики

Получили свое название благодаря тому, что на их теле находится восемь пластин, которые помогают передвигаться в воде. Некоторые виды гребневиков могут светиться в темноте зеленым светом, а другие — рассеивают свет вокруг себя в момент движения гребней.

Светлячки

Светлячки, в отличие от других светящихся живых существ, таким способом подают сигнал о том, что ищут себе пару. Даже их личинки имеют способность излучать узнаваемое желтое свечение.

Таракан

У этого вида тараканов есть две светящиеся точки на спине. Они помогают замаскироваться под ядовитого жука-щелкуна. Однако есть мнение, что эти насекомые не так давно исчезли с лица Земли.

Читайте так же:
Похожи ли эмоции собак на человеческие?

Кальмар

Интенсивность свечения кальмаров зависит от яркости света, исходящего сверху. Таким способом они защищаются от нападения хищников, которым тяжело различить потенциальную жертву в потемках.

Кораллы

Основную массу кораллов можно отнести не к биолюминесцентным, а к биофлюоресцентным. Это означает, что они накапливают поступающий извне свет, затем продуцируют, отражают его с немного измененным оттенком.

Живые существа со способностью светиться — завораживающее зрелище, которое до сих пор до конца не изучено.

Как живые организмы светятся в темноте и зачем им это?

Как живые организмы светятся в темноте и зачем им это?

Интересно

Некоторые живые организмы могут издавать свечение в темноте. В море светится зеленым планктон и некоторые виды медуз, на суше – всем известные насекомые светляки. На самом деле таких организмов довольно много и механизм их свечения крайне интересен.

Что такое биолюминесценция?

Биолюминесценция – это так называемый «холодный» свет, который излучают некоторые живые организмы. Данное свечение возникает как результат химической реакции. Светиться могут некоторые животные, грибы, бактерии, водоросли.

В таких организмах есть люциферин, который и способствует появлению света после некоторых химических реакций. Но чтобы это произошло, нужно наличие еще двух компонентов: люциферазы и кислорода.

Происходит данный процесс в следующей последовательности. Фермент люцифераза является катализатором окисления люциферина. Появляется молекула оксилюциферина в электрически возбужденном состоянии.

Светляк обыкновенный

Светляк обыкновенный

Высвобождается эта энергия в виде фотона, что и дает свет. Длится вспышка 0,1-10 секунд. Биолюминесцентная эффективность очень высока и в свечение может переходить практически вся энергия, полученная в ходе реакции.

Люциферин может быть нескольких видов и его структура у «светящихся» организмов сильно отличается. К примеру, строение динофлагеллята у водорослей схоже с хлорофиллом, а люциферин у бактерий напоминает молекулу рибофлавина.

У светлячков в процессе свечения принимают участие не только люцифераза, кислород, а и аденозинтрифосфат. Медузы Aequorea характеризуются наличием экворина – фотобелка, свечение которого запускается при помощи ионов кальция.

Люциферин в организмах не бесконечен, поэтому его запасы необходимо возобновлять. Некоторые получают вещество из пищи, другие сами синтезируют или делают это при помощи бактерий.

У обыкновенных светлячков свечение зелено-желтого цвета. У организмов, живущих в море – голубоватое, а некоторые насекомые могут светиться красным. Структурой люциферина определяется сила свечения.

Почему некоторые организмы светятся?

Грибы и бактерии своим светом приманивают насекомых, которые способствуют распространению мицелия, микробов и спор. Беспомощные создания, к примеру, медузы световыми вспышками способны отпугнуть хищника.

Организмы Lingulodinium Polyedrum создают эффект свечения на пляже Ваадху (Мальдивы)

Организмы Lingulodinium Polyedrum создают эффект свечения на пляже Ваадху (Мальдивы)

С этой же целью мерцают некоторые виды кораллов на мелководье. Глубоководные водоросли излучают свет для обеспечения фотосинтеза симбиотических растений. Свечение может быть средством коммуникации, к примеру, чтобы привлечь партнера.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Загадки природы: Биолюминесценция

Биолюминесценция – способность живых организмов светиться за счет собственных белков или с помощью симбиотических бактерий.

Сегодня известно около 800 видов светящихся живых существ. Большинство из них обитают в море. Это бактерии, одноклеточные жгутиконосные водоросли, радиолярии, грибы, планктонные и прикрепленные кишечнополостные, сифонофоры, морские перья, гребневики, иглокожие, черви, моллюски, ракообразные, рыбы.

Одни из наиболее ярко светящихся животных — пиросомы (огнетелки). Из пресноводных биолюминесцентных видов известны новозеландский брюхоногий моллюск Latia neritoides и ряд бактерий. Среди наземных организмов светятся отдельные виды грибов, земляных червей, улиток, многоножек и насекомых.

На уровне микромира очень слабое свечение, которое мы можем зарегистрировать только с помощью высокочувствительных фотометров, — это побочный эффект нейтрализации ферментами активных форм кислорода, необходимых, но токсичных для клеток, — участников процесса окисления глюкозы. Они же поставляют энергию, необходимую для хемилюминесценции, различным люминофорным белкам.

Читайте так же:
Разработано несколько доступных способов опреснения воды

Биолюминесценция

Одной из первых бактериальных ламп – колбой с культурой светящихся бактерий – еще сто с лишним лет назад развлекал любомудров голландский ботаник и микробиолог Мартин Бейеринк. В 1935 году такими лампами даже осветили большой зал Парижского океанологического института, а во время войны советский микробиолог А.А. Егорова использовала светящиеся бактерии в прозаических целях – для освещения лаборатории.

И вы можете поставить похожий эксперимент: положите сырую рыбу или мясо в теплое место, подождите неделю-другую, а потом ночью подойдите (с наветренной стороны!) и посмотрите, что получилось – вполне вероятно, что заселившие питательную среду бактерии будут светиться потусторонним светом. В море светятся и бактерии, в основном родов Photobacterium и Vibrio, и многоклеточные планктонные организмы (на фото), но главный источник света – одни из наиболее крупных (до 3 мм!) и сложных одноклеточных — жгутиконосные водоросли ночесветки.

У бактерий люминофорные белки рассеяны по всей клетке, у одноклеточных эукариотических (имеющих клеточное ядро) организмов они находятся в окруженных мембраной пузырьках в цитоплазме. У многоклеточных животных свет обычно излучают специальные клетки — фотоциты, часто сгруппированные в особые органы — фотофоры.

Фотоциты кишечнополостных и других примитивных животных, как и фотофоры, работающие за счет симбиотических фотобактерий, светятся непрерывно или в течение нескольких секунд после механического или химического раздражения. У животных с более-менее развитой нервной системой она управляет работой фотоцитов, включая и выключая их в ответ на внешние раздражители или при изменении внутренней среды организма.

Кроме внутриклеточного, у глубоководных креветок, осьминогов, каракатиц и кальмаров встречается свечение секреторного типа: смесь продуктов секреции двух разных желез выбрасывается из мантии или из-под панциря и расплывается в воде как сияющее облако, ослепляя противника.

Биолюминесценция

Другой классический пример биолюминесценции — древесные гнилушки. Светится в них не само дерево, а мицелий обыкновенного опенка.

А у высших грибов рода Mycena, тоже растущих на гниющем дереве, но в теплых краях вроде Бразилии и Японии, светятся плодовые тела — то, что обычно называют грибами (хотя плесневые, дрожжевые и прочие грибки — это тоже грибы, только низшие). Один из видов этого рода называется M. lux-coeli, «мицена — свет небесный».

Биолюминесценция

Самое яркое применение биолюминесценции – создание трансгенных растений и животных. Первую мышь с геном GFP, внедренным в хромосомы, создали в 1998 году.

Светящиеся белки нужны для отработки методик внедрения чужих генов в хромосомы самых разных организмов: светится – значит, метод работает, можно использовать его для введения в геном целевого гена. Первые светящиеся рыбки – трансгенные данио (Brachydanio rerio) и японская рисовая рыбка медака (Orizias latipes) – появились в продаже в 2003 году.

Светящееся море

Те, кому повезло купаться в море ночью во время его свечения, на всю жизнь запомнят это феерическое зрелище. Чаще всего причина свечения — жгутиконосные водоросли ночесветки (Noctiluca). В отдельные годы их численность возрастает настолько, что светится все море. Если вам не повезет и вы окажетесь на берегах теплых морей в неподходящее время, попробуйте налить морскую воду в банку и добавить туда немного сахара.

Ноктилюки среагируют на это усилением активности белка люциферина. Взболтайте воду и любуйтесь голубоватым свечением. А когда налюбуетесь, можете вспомнить о том, что смотрите на одну из нерешенных тайн природы: неясность эволюционных механизмов появления у самых разных таксонов способности светиться отметил в отдельной главе «Происхождения видов» еще Дарвин, и с тех пор ученым так и не удалось пролить на этот вопрос свет истины.

Свечение могло развиться у организмов, живущих в условиях хорошей освещенности, на основе пигментных соединений, выполняющих светозащитную функцию.

Читайте так же:
Почему консервы портятся?

Но постепенное накопление признака — один фотон в секунду, два, десять — и у них, и у их ночных и глубоководных родственников не могло повлиять на естественный отбор: такое слабое свечение не ощущается даже самыми чувствительными глазами, а появление готовых механизмов интенсивного свечения на голом месте тоже выглядит невозможным. И даже функции свечения у многих видов остаются непонятными.

Биолюминесценция

Зачем они светятся?

Светящиеся колонии бактерий и грибы привлекают насекомых, которые распространяют микробы, споры или мицелий. Насекомоядные личинки новозеландских комаров Arachnocampa плетут ловчую сеть и подсвечивают ее собственным телом, привлекая насекомых.

Световые вспышки могут отпугнуть хищников от медузы, гребневика и других беспомощных и нежных созданий. С той же целью растущие на мелководье кораллы и другие колониальные животные светятся в ответ на механическое раздражение, а их соседи, которых никто не трогал, тоже начинают мерцать. Глубоководные кораллы превращают доходящий до них слабый коротковолновой свет в излучение с большей длиной волны — возможно, для того чтобы обеспечить возможность фотосинтеза обитающим в их тканях симбиотическим водорослям.

Биолюминесценция

Удочка с лампочкой

Отряд удильщикообразных (Lophiiformes) – самые разнообразные (16 семейств, свыше 70 родов и свыше 225 видов) и, пожалуй, самые интересные из глубоководных рыб. (Многие знакомы с морскими удильщиками не по учебнику зоологии, а по мультфильму «В поисках Немо»).

Самки удильщиков – хищники с большим ртом, мощными зубами и сильно растягивающимся желудком. Иногда на поверхности моря находят мертвых удильщиков, подавившихся рыбой, превышающей их по размерам более чем в два раза: выпустить ее хищник не может из-за строения своих зубов. Первый луч спинного плавника у них превращен в «удочку» (иллиций) со светящимся «червячком» (эской) на конце. Она представляет собой железу, заполненную слизью, в которой заключены биолюминесцентные бактерии. Благодаря расширению стенок артерий, питающих эску кровью, рыба может произвольно вызывать свечение бактерий, нуждающихся для этого в притоке кислорода, или прекращать его, сужая сосуды.

Обычно свечение происходит в виде серии вспышек, индивидуальных для каждого вида. Иллиций у вида Ceratias holboelli способен выдвигаться и втягиваться в специальный канал на спине. Подманивая добычу, этот удильщик постепенно придвигает светящуюся приманку ко рту, пока не заглатывает жертву. А у Galatheathauma axeli приманка расположена прямо во рту.

Расположение люминофоров и даже характер мигания светящихся пятен может служить для коммуникации — например, для привлечения партнера. А самки американского светлячка Photuris versicolor после спаривания начинают «отбивать морзянку» самок другого вида, привлекая их самцов не с амурными, а с гастрономическими целями.

У берегов Японии массовые свадьбы празднуют умитохару (морские светлячки) — крошечные, 1−2 мм длиной, рачки рода Cypridina — и кальмары Watasenia scintellans. Тельца ватазений длиной около 10 см вместе со щупальцами усеяны жемчужинками-фотофорами и освещают зону диаметром 25−30 см — представьте себе, как выглядит море с целым косяком этих кальмаров!

Биолюминесценция

У многих глубоководных головоногих тело разрисовано узором из разноцветных световых пятен, а фотофоры устроены очень сложно, наподобие светящего только в нужном направлении прожектора с отражателями и линзами (иногда двойными и окрашенными).

Многие глубоководные планктонные креветки обладают способностью к свечению. На конечностях, вдоль боков и на брюшной стороне тела у них располагается до 150 фотофоров, иногда прикрытых линзами. Расположение и число фотофоров для каждого вида строго постоянно и в темноте океанских глубин помогает самцам находить самок и всем вместе — собираться в стаи.

Эффект биолюминесценции, или почему живые организмы светятся

Живая природа представляет собой набор организмов, обладающих разнообразными функциями и особенностями. Одной из таких групп живых существ являются организмы, которые способны излучать свет.

  • Сущность явления
  • Какие организмы способны светиться?
  • Как свечение организмов используют люди?
Читайте так же:
Традиционная еда на Пасху во всех странах мира

Сущность явления

Биолюминесценция – это способность живых существ излучать свет посредством окисления собственных белков или за счет жизнедеятельности симбионтов. Явление биолюминесценции возникает за счет окисления люциферинов.

Люциферины – это химические вещества, которые имеют способность светиться. Данные химические агенты в живых организмах окисляются под действием ферментов люцифераз. В ходе окисления люциферинов происходит отделение фотона во внешнюю среду за счет этого и достигается эффект свечения.

биолюминесценция в море

Какие организмы способны светиться?

На данный момент развития биологической науки известно порядка восьми ста видов живых организмов, обладающих способностью светиться. Большинство из них являются обитателями морских глубин, однако светящиеся существа встречаются и на суше.

Бактерии

Светящиеся бактерии – часто встречающееся явление в живой природе. К данной группе микроорганизмов относятся фотобактерии следующих родов: Vibrio, Beneckea, Photobacterium. Фотобактерии рода Vibrio обитают в светящихся органах животных, тем самым выполняя симбиотическую функцию. Свечение микроорганизмов обусловлено наличием в их клетках альдегид-флавиновых систем. Сопряженное окисление флавинмононуклеотида (ФАД) в присутствии гомологов альдегида, кислорода и никтоамидденуклеотида приводит к возникновению в бактериальной клетке возбужденного флавинового фрагмента, который испускает световую волну голубого цвета.

Динофлагелляты

биолюминесценция в море

Планктоновые формы динофитовых водорослей, обитающих во всех океанах и морях мира, обладают эффектом биолюминесценции. Люциферин данных организмов представлен в виде линейного тетрапиррола. Данное вещество в процессе окисления посредством ферментов, относящихся к классу оксидоредуктаз, испускает фотон.

Динофлагелляты светятся в стрессовых ситуациях, например, при нахождении рядом хищника или при наличии проплывающей рядом подводной лодки.

Интересный факт: свечение динофитовых водорослей во время стадии их массового размножения отражается в виде свечения моря.

Ракообразные

Свечение ракообразных организмов обусловлено наличием в их клеточных структурах линейных тетрапиррольных соединений, которые в ходе процесса окисления испускают световую волну голубого спектра.

Кишечнополостные

Кишечнополостные животные содержат различные имидазолпиразиновые соединения, которые обуславливают наличие явления биолюминесценции у данной группы организмов. Свечение проявляют в основном донные кишечнополостные (например, гидроиды и морские перья).

Светляки

водоросли биолюминесценция

Светляки обладают исторической ролью в открытии явления биолюминесценции, дело в том, что в 1897 году в гомогенизированной смеси данных живых существ были обнаружены фотофоры, которые светились на протяжении нескольких минут. Свечение светлячков обладает светом, находящемся в зеленом спектре. Зеленое свечение позволяет самцам светлячков привлечь половых партнеров к спариванию.

Биологические функции биолюминесценции

Явление биолюминесценции необходимо живым существам для реализации следующих функций:

привлечение половых партнеров (распространено у светлячков);

маскировка (светящиеся животные благодаря способности излучать свет определенного спектра активно маскируются на фоне объектов, окружающих среды);

предупреждение (подобной функцией обладают медузы рода Atolla);

коммуникация с другими живыми существами данного рода или типа.

Как свечение организмов используют люди?

биолюминесценция человека

Свечение различных живых существ активно применяется в различных отраслях человеческой деятельности. Так, например, генные инженеры переносят гены из светящихся организмов в организмы, не обладающие способность к испусканию света, тем самым, создавая новые виды живых существ. Подобные манипуляции, проведенные на растениях, позволяют отслеживать фазы их жизненного цикла, что существенно продвигает такие науки, как ботаника и цитология, в своём развитии. Помимо вышеобозначенного способа применения биолюминисцентные системы используются человеком в следующих сферах:

научные исследования (замеры концентраций кальция и АТФ в клетках);

освещение территорий (достаточно редко);

контроль качества пищевых продуктов (для данной цели применяются светящиеся бактерии).

Таким образом, явление биолюминесценции у некоторых родов животных и бактерий нашло широкое практическое применение в человеческой деятельности.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию