Gamtos mįslės: bioliuminescencija

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

Bioliuminescencija – tai gyvų organizmų gebėjimas švytėti savo baltymais arba simbiotinių bakterijų pagalba.

Šiandien žinoma apie 800 šviečiančių gyvų būtybių rūšių. Dauguma jų gyvena jūroje. Tai bakterijos, vienaląsčiai žiogeliniai dumbliai, radiolariai, grybai, planktoniniai ir prisirišę koelenteratai, sifonoforai, jūros plunksnos, ctenoforai, dygiaodžiai, kirminai, moliuskai, vėžiagyviai, žuvys.

Vieni ryškiausiai švytinčių gyvūnų yra pirosomos (ugnies vabalai). Tarp gėlavandenių bioliuminescencinių rūšių yra žinomas Naujosios Zelandijos pilvakojų moliuskas Latia neritoides ir daugybė bakterijų. Tarp sausumos organizmų švyti tam tikros grybų rūšys, sliekai, sraigės, šimtakojai ir vabzdžiai.

Mikrokosmoso lygmenyje labai silpnas švytėjimas, kurį galime užfiksuoti tik labai jautriais fotometrais, yra šalutinis poveikis, kai fermentais neutralizuoja reaktyviąsias deguonies rūšis, kurios yra būtinos, bet toksiškos ląstelėms, kurios dalyvauja gliukozės oksidacijos procesas. Jie taip pat tiekia chemiliuminescencijai reikalingą energiją įvairiems fosforo baltymams.

Vieną pirmųjų bakterinių lempų – kolbą su šviečiančių bakterijų kultūra – prieš daugiau nei šimtą metų linksmino olandų botanikas ir mikrobiologas Martinas Beijerinckas. 1935 metais tokios lempos apšvietė net didžiąją Paryžiaus okeanologijos instituto salę, o karo metais sovietų mikrobiologas A. A. Šviečiančias bakterijas Egorova panaudojo proziškais tikslais – laboratorijai apšviesti.

Ir jūs galite atlikti panašų eksperimentą: padėkite žalią žuvį ar mėsą į šiltą vietą, palaukite savaitę ar dvi, o tada atsikelkite naktį (iš vėjo pusės!) Ir pažiūrėkite, kas atsitiks - tikėtina, kad bakterijos gyvena maistinė terpė švytės anapusine šviesa. Jūroje šviečia bakterijos, daugiausia Photobacterium ir Vibrio genčių, ir daugialąsčiai planktoniniai organizmai (nuotraukoje), tačiau pagrindinis šviesos šaltinis yra vienas didžiausių (iki 3 mm!) Ir sudėtingų vienaląsčių organizmų - naktiniai dumbliai. šviesa.

Bakterijose fosforo baltymai yra išsibarstę po visą ląstelę, vienaląsčiuose eukariotuose (su ląstelės branduoliu) jie yra pūslelėse, kurias supa membrana citoplazmoje. Daugialąsčiams gyvūnams šviesą dažniausiai skleidžia specialios ląstelės – fotocitai, dažnai sugrupuoti į specialius organus – fotoforas.

Koelenteratų ir kitų primityvių gyvūnų fotocitai, taip pat fotoforai, veikiantys dėl simbiotinių fotobakterijų, po mechaninio ar cheminio stimuliavimo nuolat arba kelias sekundes šviečia. Gyvūnų, kurių nervų sistema daugiau ar mažiau išsivysčiusi, ji kontroliuoja fotocitų darbą, įjungia ir išjungia juos reaguodama į išorinius dirgiklius arba pasikeitus vidinei organizmo aplinkai.

Be tarpląstelinio, giliavandenėse krevetėse, aštuonkojuose, sepijose ir kalmaruose yra sekrecinio tipo švytėjimas: dviejų skirtingų liaukų sekrecijos produktų mišinys išstumiamas iš mantijos arba iš po kiautu ir pasklinda. vanduo kaip spindintis debesis apakina priešą.

Kitas klasikinis bioliuminescencijos pavyzdys – medienos puvinys. Juose šviečia ne pats medis, o paprasto medaus grybo grybiena.

O aukštesniuose Mycena genties grybuose, taip pat augančiuose ant pūvančio medžio, bet šiltuose kraštuose, pavyzdžiui, Brazilijoje ir Japonijoje, vaisiakūniai švyti – tai, kas paprastai vadinama grybais (nors pelėsiai, mielės ir kiti grybai taip pat yra grybai, tik žemesni).). Viena iš šios genties rūšių vadinama M. lux-coeli, „micena – dangaus šviesa“.

Ryškiausias bioliuminescencijos pritaikymas yra transgeninių augalų ir gyvūnų kūrimas. Pirmoji pelė su GFP genu, įterptu į chromosomas, buvo sukurta 1998 m.

Šviečiantys baltymai reikalingi norint parengti svetimų genų įvedimo į įvairių organizmų chromosomas metodikas: jei ji šviečia, vadinasi, metodas veikia, juo galite įvesti tikslinį geną į genomą. Pirmosios šviečiančios žuvys – transgeninė zebražuvė (Brachydanio rerio) ir japoninė medaka ryžių žuvis (Orizias latipes) – buvo parduotos 2003 m.

Švytinti jūra

Tie, kuriems pasiseks naktį išsimaudyti jūroje jos švytėjimo metu, šį kerintį vaizdą prisimins visą gyvenimą. Dažniausiai švytėjimo priežastis yra naktinės šviesos dumbliai (Noctiluca). Kai kuriais metais jų padaugėja tiek, kad švyti visa jūra. Jei nepasiseka ir atsidūrėte šiltų jūrų pakrantėse netinkamu metu, pabandykite į indelį įpilti jūros vandens ir įberti ten truputį cukraus.

Noktilistai į tai reaguos padidindami luciferino baltymo aktyvumą. Suplakite vandenį ir grožėkitės melsvu švytėjimu. O kai sustojate pasigrožėti, galite prisiminti, kad žvelgiate į vieną iš neįmintų gamtos paslapčių: gebėjimo švytėti įvairiuose taksonuose atsiradimo evoliucinių mechanizmų aiškumo trūkumas buvo pažymėtas atskirame knygos skyriuje Darvino „Rūšių kilmė“, ir nuo to laiko mokslininkai negalėjo išspręsti šio klausimo yra tiesos šviesa.

Liuminescencija galėjo išsivystyti organizmuose, gyvenančiuose geromis apšvietimo sąlygomis, remiantis pigmentų junginiais, atliekančiais šviesos apsaugą.

Tačiau laipsniškas požymio kaupimasis - vienas fotonas per sekundę, du, dešimt - tiek jiems, tiek jų naktiniams ir giliavandeniams giminaičiams negalėjo paveikti natūralios atrankos: tokio silpno švytėjimo nejaučia net jautriausios akys, o Paruoštų intensyvaus švytėjimo mechanizmų atsiradimas nuogoje vietoje taip pat atrodo neįmanomas. Ir net švytėjimo funkcijos daugelyje rūšių lieka nesuprantamos.

Kodėl jie šviečia?

Švytinčios bakterijų kolonijos ir grybai pritraukia vabzdžius, platinančius mikrobus, sporas ar grybieną. Naujosios Zelandijos uodo Arachnocampa vabzdžiaėdžiosios lervos pina gaudymo tinklą ir apšviečia jį savo kūnu, pritraukdamos vabzdžius.

Šviesos blyksniai gali atbaidyti plėšrūnus nuo medūzų, šukų drebučių ir kitų bejėgių ir švelnių būtybių. Tuo pačiu tikslu sekliame vandenyje augantys koralai ir kiti kolonijiniai gyvūnai švyti, reaguodami į mechaninį stimuliavimą, o jų kaimynai, kurių niekas nelietė, taip pat pradeda mirgėti. Giliavandeniai koralai juos pasiekiančią silpną trumpabangią šviesą paverčia ilgesnio bangos ilgio spinduliuote, kad galbūt jų audiniuose gyvenantys simbiotiniai dumbliai galėtų fotosintezuoti.

Meškerykotis su lempute

Paprastųjų jūrinių žuvų (Lophiiformes) būrys – pats įvairiausias (16 šeimų, per 70 genčių ir per 225 rūšis) ir, ko gero, įdomiausia iš giliavandenių žuvų. (Daugeliui jūrų meškeriotojai pažįstami ne iš zoologijos vadovėlio, o iš animacinio filmo „Ieškok Nemo“).

Meškeriotojų patelės yra plėšrūnai su didelėmis burnomis, galingais dantimis ir labai išsitraukiančiu skrandžiu. Kartais jūros paviršiuje aptinkama negyvų velnių, kurios užspringa daugiau nei dvigubai didesnėmis žuvimis: plėšrūnas negali jos paleisti dėl dantų sandaros. Pirmasis nugaros peleko spindulys paverčiamas „meškere“(illicium), kurios gale yra šviečiantis „kirminas“(eska). Tai gleivėmis užpildyta liauka, kurioje yra bioliuminescencinių bakterijų. Dėl išsiplėtusių arterijų sienelių, maitinančių escu krauju, žuvys gali savavališkai sukelti bakterijų, kurioms tam reikia deguonies tiekimo, liuminescenciją arba sustabdyti, susiaurindamos kraujagysles.

Paprastai švytėjimas pasireiškia blyksnių serijos pavidalu, kiekvienai rūšiai individualiai. Ceratias holboelli rūšies Illicium gali judėti į priekį ir atsitraukti į specialų kanalą nugaroje. Viliodamas grobį, šis meškeriotojas pamažu perkelia šviečiantį masalą prie burnos, kol grobį praryja. O Galatheathauma axeli masalą turi tiesiai į burną.

Fosforų vieta ir net švytinčių dėmių mirksėjimo pobūdis gali pasitarnauti bendravimui – pavyzdžiui, norint pritraukti partnerį. O amerikinio ugniagesio Photuris versicolor patelės po poravimosi pradeda „numušti“kitos rūšies patelių Morzės abėcėlę, pritraukdamos savo patinus ne meilės, o gastronominiais tikslais.

Prie Japonijos krantų masines vestuves švenčia umitoharu (jūrinės ugniažolės) – mažytės, 1-2 mm ilgio, Cypridina genties vėžiagyviai – ir kalmarai Watasenia scintellans. Maždaug 10 cm ilgio Vatazenia kūnai kartu su čiuptuvais yra išmarginti fotoforiniais perlais ir apšviečia 25-30 cm skersmens plotą – įsivaizduokite, kaip atrodo jūra su visa šių kalmarų būriu!

Daugelio giliavandenių galvakojų kūnas yra nudažytas įvairiaspalvių šviesių dėmių raštu, o fotoforos yra labai sudėtingos, kaip prožektorius, šviečiantis tik reikiama kryptimi su atšvaitais ir lęšiais (kartais dvigubais ir spalvotais).

Daugelis giliavandenių planktoninių krevečių turi galimybę švytėti. Ant galūnių, išilgai šonų ir ventralinėje kūno pusėje jie turi iki 150 fotoforų, kartais uždengtų lęšiais. Kiekvienos rūšies fotoforų vieta ir skaičius yra griežtai pastovus ir vandenyno gelmių tamsoje padeda patinams susirasti pateles ir visiems kartu – burtis į pulkus.