Spisu treści:

Zagadki Natury: Bioluminescencja
Zagadki Natury: Bioluminescencja

Wideo: Zagadki Natury: Bioluminescencja

Wideo: Zagadki Natury: Bioluminescencja
Wideo: Snajper odstrzelił głowę bojownika ISIS, gdy ten uczył dżihadystów jak ścinać głowy 2024, Marsz
Anonim

Bioluminescencja to zdolność żywych organizmów do świecenia własnymi białkami lub przy pomocy symbiotycznych bakterii.

Obecnie znanych jest około 800 gatunków świecących żywych stworzeń. Większość z nich mieszka w morzu. Są to bakterie, jednokomórkowe glony wiciowce, promieniowce, grzyby, planktoniczne i przyczepione koelenteraty, syfonofory, pióra morskie, cenofory, szkarłupnie, robaki, mięczaki, skorupiaki, ryby.

Niektóre z najjaśniej świecących zwierząt to pirosomy (chrząszcze ogniste). Wśród gatunków bioluminescencyjnych słodkowodnych znany jest nowozelandzki mięczak ślimaka Latia neritoides oraz szereg bakterii. Wśród organizmów lądowych świecą niektóre gatunki grzybów, dżdżownic, ślimaków, krocionogów i owadów.

Na poziomie mikrokosmosu bardzo słaba poświata, którą możemy zarejestrować tylko za pomocą bardzo czułych fotometrów, jest efektem ubocznym neutralizacji reaktywnych form tlenu przez enzymy, które są niezbędne, ale toksyczne dla komórek, które są uczestnikami proces utleniania glukozy. Dostarczają również energię potrzebną do chemiluminescencji do różnych białek fosforowych.

Bioluminescencja
Bioluminescencja

Jedną z pierwszych lamp bakteryjnych - flaszkę z kulturą świecących bakterii - bawił ponad sto lat temu holenderski botanik i mikrobiolog Martin Beijerinck. W 1935 r. takie lampy oświetliły nawet dużą halę Paryskiego Instytutu Oceanologicznego, a podczas wojny sowiecki mikrobiolog A. A. Egorova wykorzystała świecące bakterie do celów prozaicznych - do oświetlenia laboratorium.

I można przeprowadzić podobny eksperyment: surową rybę lub mięso położyć w ciepłym miejscu, odczekać tydzień lub dwa, a potem wstać w nocy (od strony nawietrznej!) i zobaczyć, co się stanie - prawdopodobnie bakterie zamieszkujące pożywka będzie świecić nieziemskim światłem. Bakterie, głównie z rodzajów Photobacterium i Vibrio oraz wielokomórkowe organizmy planktonowe (na zdjęciu) świecą w morzu, ale głównym źródłem światła są jedne z największych (do 3 mm!) i złożonych organizmów jednokomórkowych - wiciowce nocy światło.

W bakteriach białka fosforowe są rozproszone po całej komórce, w jednokomórkowych organizmach eukariotycznych (z jądrem komórkowym) znajdują się w pęcherzykach otoczonych błoną w cytoplazmie. U zwierząt wielokomórkowych światło emitowane jest zwykle przez specjalne komórki – fotocyty, często pogrupowane w specjalne narządy – fotofory.

Fotocyty koelenteratów i innych prymitywnych zwierząt, a także fotofory, które działają dzięki symbiotycznym fotobakteriom, świecą w sposób ciągły lub przez kilka sekund po stymulacji mechanicznej lub chemicznej. U zwierząt z mniej lub bardziej rozwiniętym układem nerwowym kontroluje pracę fotocytów, włączając je i wyłączając w odpowiedzi na bodźce zewnętrzne lub gdy zmienia się wewnętrzne środowisko organizmu.

Oprócz wewnątrzkomórkowego, u krewetek głębinowych, ośmiornic, mątwy i kałamarnic występuje wydzielniczy rodzaj łuny: mieszanina produktów wydzielniczych dwóch różnych gruczołów jest wyrzucana z płaszcza lub spod skorupy i rozprzestrzenia się w woda jak lśniąca chmura oślepiająca wroga.

Bioluminescencja
Bioluminescencja

Innym klasycznym przykładem bioluminescencji jest zgnilizna drewna. Świeci w nich nie samo drzewo, ale grzybnia zwyczajnego miodowca.

A u wyższych grzybów z rodzaju Mycena, również rosnących na próchniejącym drzewie, ale w ciepłych regionach, takich jak Brazylia i Japonia, świecą się owocniki - tak zwane grzyby (choć pleśnie, drożdże i inne grzyby to też grzyby, tylko niższe). Jeden z gatunków tego rodzaju nazywa się M. lux-coeli, „mycena – niebiańskie światło”.

Bioluminescencja
Bioluminescencja

Najbardziej uderzającym zastosowaniem bioluminescencji jest tworzenie transgenicznych roślin i zwierząt. Pierwsza mysz z genem GFP wstawionym do chromosomów powstała w 1998 roku.

Świecące białka są potrzebne do opracowania technik wprowadzania obcych genów do chromosomów różnych organizmów: jeśli się świeci, oznacza to, że metoda działa, można ją wykorzystać do wprowadzenia docelowego genu do genomu. Pierwsze świecące ryby – transgeniczny danio pręgowany (Brachydanio rerio) i japońska ryba ryżowa (Orizias latipes) – trafiły do sprzedaży w 2003 roku.

Świecące morze

Ci, którzy mają szczęście pływać w morzu nocą podczas jego blasku, zapamiętają ten czarujący widok na całe życie. Najczęściej przyczyną blasku są wiciowce światła nocnego (Noctiluca). W ciągu kilku lat ich liczba wzrasta tak bardzo, że całe morze świeci. Jeśli masz pecha i znajdziesz się na brzegach ciepłych mórz w niewłaściwym czasie, spróbuj wlać wodę morską do słoika i dodać tam trochę cukru.

Noctyliści zareagują na to, zwiększając aktywność białka lucyferyny. Wstrząśnij wodą i podziwiaj niebieskawy blask. A kiedy przestajesz podziwiać, pamiętasz, że patrzysz na jedną z nierozwiązanych tajemnic natury: brak jasności ewolucyjnych mechanizmów powstawania zdolności świecenia u różnych taksonów został odnotowany w osobnym rozdziale „ O powstawaniu gatunków” Darwina i od tego czasu naukowcy nie są w stanie rzucić na to pytanie światła prawdy.

Luminescencja mogła rozwinąć się w organizmach żyjących w dobrych warunkach oświetleniowych, w oparciu o związki pigmentowe, które pełnią funkcję chroniącą przed światłem.

Ale stopniowa akumulacja cechy - jeden foton na sekundę, dwa, dziesięć - zarówno dla nich, jak i dla ich nocnych i głębinowych krewnych, nie mogła wpłynąć na dobór naturalny: tak słabego blasku nie wyczuwają nawet najbardziej wrażliwe oczy, a Pojawienie się gotowych mechanizmów intensywnego blasku na nagim miejscu też wydaje się niemożliwe. A nawet funkcje blasku u wielu gatunków pozostają niezrozumiałe.

Bioluminescencja
Bioluminescencja

Dlaczego świecą?

Świecące kolonie bakterii i grzyby przyciągają owady, które rozprzestrzeniają zarazki, zarodniki lub grzybnię. Owadożerne larwy komara nowozelandzkiego Arachnocampa tkają siatkę pułapkową i oświetlają ją własnym ciałem, wabiąc owady.

Błyski światła mogą odstraszyć drapieżniki od meduz, grzebienia galaretki i innych bezradnych i łagodnych stworzeń. W tym samym celu koralowce i inne zwierzęta kolonialne rosnące w płytkiej wodzie świecą w odpowiedzi na mechaniczną stymulację, a ich sąsiedzi, których nikt nie dotknął, również zaczynają migotać. Koralowce głębinowe przekształcają docierające do nich słabe światło o krótkiej długości fali w promieniowanie o większej długości fali, prawdopodobnie w celu umożliwienia fotosyntezy symbiotycznych glonów zamieszkujących ich tkanki.

Bioluminescencja
Bioluminescencja

Wędka z żarówką

Rząd żabnicowatych (Lophiiformes) jest najbardziej zróżnicowany (16 rodzin, ponad 70 rodzajów i ponad 225 gatunków) i być może najciekawszy spośród ryb głębinowych. (Wielu zna wędkarzy morskich nie z podręcznika zoologii, ale z kreskówki „Finding Nemo”).

Samice wędkarzy to drapieżniki z dużymi pyskami, potężnymi zębami i mocno rozdętym brzuchem. Czasami martwe żabnice znajdują się na powierzchni morza, dławiąc się ponad dwukrotnie większymi rybami: drapieżnik nie może ich uwolnić ze względu na strukturę zębów. Pierwszy promień płetwy grzbietowej zamienia się w „wędkę” (illicium) z świetlistym „robakiem” (eska) na końcu. Jest to gruczoł wypełniony śluzem zawierający bakterie bioluminescencyjne. Ze względu na rozszerzanie się ścian tętnic, które zasilają escu krwią, ryby mogą arbitralnie powodować luminescencję bakterii potrzebujących do tego tlenu lub zatrzymać je, zwężając naczynia.

Zwykle blask występuje w postaci serii błysków, indywidualnych dla każdego gatunku. Illicium z gatunku Ceratias holboelli jest w stanie poruszać się do przodu i chować do specjalnego kanału na grzbiecie. Wabiąc zdobycz, ten wędkarz stopniowo przesuwa świetlistą przynętę do pyska, aż połknie zdobycz. A Galatheathauma axeli ma przynętę w ustach.

Lokalizacja luminoforów, a nawet charakter mrugania świecących plamek może służyć do komunikacji - na przykład do przyciągnięcia partnera. A samice amerykańskiego świetlika Photuris versicolor po kryciu zaczynają „odbijać alfabet Morse'a” samic innego gatunku, przyciągając ich samce nie w celach miłosnych, ale w celach gastronomicznych.

U wybrzeży Japonii masowe śluby celebrują umitoharu (świetliki morskie) - maleńkie skorupiaki z rodzaju Cypridina o długości 1-2 mm - oraz kałamarnica Watasenia scintellans. Ciała Vatazenii o długości około 10 cm, wraz z mackami, usiane są perłami fotoforowymi i oświetlają obszar o średnicy 25-30 cm - wyobraźcie sobie, jak wygląda morze z całą ławicą tych kałamarnic!

Bioluminescencja
Bioluminescencja

U wielu głowonogów głębinowych na korpusie namalowany jest wzór wielobarwnych plamek świetlnych, a fotofory są bardzo złożone, jak reflektor świecący tylko we właściwym kierunku za pomocą reflektorów i soczewek (czasem podwójnych i kolorowych).

Wiele głębinowych krewetek planktonowych ma zdolność świecenia. Na kończynach, wzdłuż boków i po stronie brzusznej ciała mają do 150 fotofor, czasem pokrytych soczewkami. Lokalizacja i liczba fotoforów dla każdego gatunku jest ściśle stała, a w ciemności głębin oceanu pomaga samcom odnajdywać samice i wszystkim razem - gromadzić się w stada.

Zalecana: