какое живое существо может светиться
Учёные нашли более 30 видов светящихся животных
Все они достаточно широко известны, некоторые даже часто становятся домашними любимцами. Но до сих пор биологи понятия не имели, что эти существа обладают даром биолюминесценции.
У 32 видов земноводных выявили способность излучать свет, пишет Scientific Reports. Сообщается, что ранее наука знала о биолюминесценции лишь у четырёх представителей этого класса — у трёх видах лягушек и одной саламандры. Теперь выяснилось, что светиться умеют также, к примеру, американская жаба, лесная лягушка (обитает в Северной Америке), тихоокеанская амбистома (ещё называется калифорнийской гигантской саламандрой), а также чакская рогатка, эту лягушку довольно часто заводят дома в США. Отмечается, что большинство в этом списке — обитатели Североамериканского континента, однако есть и амфибии из Латинской Америки, Европы и Китая.
Редкую способность животных учёные подтвердили экспериментально: поместили несколько особей каждого вида под ультрафиолетовый и голубой свет. Выяснилось, что у одних особенно ярко светятся определённые части тела, у других появляются на коже светящиеся пятна и полоски. Есть также амфибии, у которых свет излучают кости, а также такие, у которых биолюминесценция проявляется по всему телу. Сильнее всего светятся представители семейства амбистомовых — это различные пятнистые североамериканские саламандры. Например, такие, как на снимке ниже.
Фото © Scientific Reports
По мнению учёных, удивительная способность помогает этим животным находить друг друга в темноте, привлекать партнёров, а в некоторых случаях с помощью света они маскируются для защиты от хищников. Излучение света происходит за счёт специальных белков в организме, а также особых ферментов и других веществ на коже и в костях. Исследователи полагают, что биолюминесценция возникла на ранних этапах эволюции земноводных.
Биолюминесценция в природе
Свечение моря в Гонконге
Не только человек способен создавать красивые свечения, все это взято из природы, из того, что нас окружает. В частности это биолюминесценция, представляющая собой излучение видимого света от живых организмов. Как только речь заходит о данном явлении, в голове возникают ассоциации, связанные с морскими обитателями, например, медузами. Но не только подводный мир создает такие чудеса.
Зачем организмам биолюминесценция?
Что такое биолюминесценция
Данное состояние представляет собой способность живых организмов светиться, причем достичь этого можно как самостоятельно, так и при помощи симбионтов.
Биолюминесценция создается у одноклеточных в органоидах, а у бактерий в цитоплазме. Подобный свет может возникать и у более высокоразвитых организмов, за что отвечает специальный светящийся орган.
Сам процесс свечения основан на химическом процессе, когда энергия начинает выделяться в виде света. Наиболее распространенное – это окисление люферина в организме за счет воздействия кислородом, при этом энергия передается люциферазе. Подобные проявления действительно поражают воображение.
Немного истории
Изучение данного явления берет начало в далеком 1668 году, когда великий ученый-исследователь Роберт Бойль установил сходство между свечением от гнилушек и горением угля. Он практическим путем доказал, что излучения све6та не будет, если полностью устранить из этого процесса кислород.
Осаму Симомура смог выделить из остракод в чистом кристаллическом виде новый люциферин. Далее он занялся изучением медузы, которая излучала зеленый свет. В процессе данного исследования он установил, что для свечения экворином кислород не требуется. Таким образом, был открыт новый класс – фотопротеины. Интересен тот факт, что живая медуза светится зеленым светом, а чистый экворин излучает совсем другой свет – синий.
По морям | Волшебный феномен Мирового океана | Странник КН
Биолюминесценция в водной стихии
Данное явление больше характерно для морей и океанов. На суше его можно встретить в виде светящегося гриба или у насекомых, о которых говорилось ранее.
Самым распространенным видом свечения биолюминесценцией является фитопланктон. На Мальдивских островах эти организмы прячутся в песке на берегу, но после прикосновения сразу начнется удивительное явление.
Туристы, побывавшие на Ямайке могут с уверенностью сказать, что сказочнее места на нашей планете нет. Здесь не только мягкий климат, но и огромное количество светящихся зеленым светом микроорганизмов, которые будто оживают как только пальцы касаются поверхности воды. Именно здесь можно часами проводить время на лодке даже в безлунную ночь.
Побережья Окаямы (Япония)
Глубоководные рыбы могут светиться по-разному: у одних излучает свет все тело, а у других отдельно хвост или голова. Но есть и другой вид, когда рыба вся будто одета в мерцающий наряд.
Многие глубоководные рыбы полностью лишены зрения, так как глаза у них просто отмерли за ненадобностью. Другие стали освещать себе дорогу сами, у них глаза сложно устроены и они замечают всех светящихся обитателей бездны.
Светлячки
Многие видели загадочное явление свечения светляков, в Теннесси в Большом Южном Форке жучки совсем другие. Тот эффект, который они создают действительно поражает. Сначала несколько насекомых излучают свет индивидуально, но потом они собираются в огромные стаи и будто в одно мгновение десятки светлячков загораются в унисон, перелетая между ветвями деревьев.
Национальный парк Спрингбрук
Сказочный мост
Паукообразные светлячки
Новой Зеландии есть особая пещера, где свечение превращает мрачный потолок в звездное небо. Особое оно тем, что создается при помощи уникальных паукообразных светлячков, которые обитаю только здесь.
Грибы
НЕВЕРОЯТНЫЙ ПРОЦЕСС БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ
Функция биолюминесценции
Данная способность служит не только для привлечения насекомых с целью размножения, но и для:
У светлячков мигания и вспышки сигнализируют о побуждении к ухаживанию и дальнейшему спариванию. Также свечение может выполнять роль зрения, как это происходит у глубоководных рыб. Медузы отпугивают врагов, испуская яркий свет, словно говоря: «не подходи, иначе обожгу!»
Но у некоторых организмов эта функция еще до конца не изучена, возможно, в недалеком будущем мы узнаем что-то новое.
10 светящихся существ
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
Светящийся 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
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.
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
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.
Загадки природы: Биолюминесценция
Биолюминесценция – способность живых организмов светиться за счет собственных белков или с помощью симбиотических бактерий.
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.
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.
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.
Другой классический пример биолюминесценции — древесные гнилушки. Светится в них не само дерево, а мицелий обыкновенного опенка.
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.
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.
Зачем они светятся?
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.
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!
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
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.
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
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
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?
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.