світіння моря
Морякам і жителям прибережних районів теплих морів добре відоме явище світіння нічного моря. Зазвичай воно слабке, ледь вловиме поглядом, тому блакитні іскри, що спалахують в хвилях, здаються обманом зору. Але іноді в водах морів розігрується даний вогняне уявлення, і море від горизонту до горизонту запалюється йде з глибини примарним синьо-зеленим полум'ям - то загасаючим, то розгорається з новою силою. Гребені хвиль переливаються фосфоресцирующим блиском, що нагадує рідкий газ. І видовище це заворожуюче різноманітно, таємниче і непередбачувано.
Світіння моря протягом століть залишалося однією з найбільших загадок океану. Вчені намагалися пояснити цей феномен і світінням міститься у воді фосфору, і електричними розрядами, що виникають при терті молекул води і солі, і тим, що нічний океан віддає поглинену днем енергію Сонця. Відповідь на загадку був знайдений в 1753 році, коли натураліст Беккер розгледів під збільшувальним склом крихітні, завбільшки близько 2 мм в діаметрі, одноклітинні організми, що снують в краплі морської води за допомогою биття джгутика і відповідають спалахами світла на будь-який механічний або хімічне подразнення. Сяючі одноклітинні жгутіконосци були названі ночесветка, але ще довгий час мало хто з вчених вірив, що діяльність цих незначних істот дійсно здатна викликати явище настільки грандіозного масштабу. Зараз вже не викликає сумнівів той факт, що світіння моря викликано біологічними причинами, головною з яких є масове розмноження деяких видів одноклітинних джгутикових, які становлять значну частину планктону Світового океану.
Відкриття ночесвіток не з'явилася відкриттям явища біолюмінесценції (живого світіння) як такого, а лише розширило коло відомих людині істот, що володіють таємничої здатністю світитися холодним примарним світлом. Однак першими серйозними дослідженнями, що лежать в основі цього явища, наука зобов'язана допитливості і негидливих англійського фізика Роберта Бойля. Переказ свідчить, що одного разу слуга, сервірувати вечерю, запросив його подивитися на шматок протухлого м'яса, що випускаються разом з відповідним запахом неяскравий, але виразний світло. Забувши про майбутню трапезу, Бойль приступив до вивчення цього дивного явища. Поставивши серію експериментів над світяться зіпсованими продуктами і гнилицями, Бойль з'ясував, що світіння даних об'єктів в безповітряному середовищі припиняється, а отже, має цілком матеріальну природу, спільну з хімічним процесом окислення, хоча і не супроводжується виділенням тепла. Але лише два з гаком століття по тому, в 1884 році, французькому вченому Рафаелю Дюбуа вдалося розділити рідину, що міститься в світяться жуків-світляків, на дві фракції: жироподібна речовина і білок. Жироподібна фракція окислюється киснем повітря, але тільки в суміші з білком ця реакція супроводжувалася виділенням холодного видимого світла. Дюбуа вельми вдало назвав жироподібна речовина люциферином, а білок-каталізатор - люціферази. І хоча від цих назв віє чортівнею, вони разом з тим є похідними латинських слів lux - «світло» і ferre - «приносити». Люціферази не тільки в десятки разів прискорює швидкість окислення люциферина, але і направляє протікання реакції таким чином, що енергія виділяється не у вигляді тепла, а у вигляді світлового випромінювання. Як з'ясувалося згодом, компоненти люциферин-люціферазового комплексу мають надзвичайно складне хімічну будову - своє у кожного виду світяться організмів, - але в цілому така схема біолюмінесценції широко поширена в живій природі, хоча і не є єдино можливою. Так, світіння глибоководних медуз відбувається тільки за рахунок одного компонента - білка екваріна, що взаємодіє з іонами кальцію, і не вимагає присутності кисню повітря.
Сама назва «біолюмінесценція» буквально означає «слабке живе світіння». Однак людству поки залишається лише заздрити ефективності цього процесу, адже коефіцієнт корисної дії живого світіння фантастично великий: він досягає 80-90%, в той час як самі економічні лампи «денного світла» перетворять в світ всього лише 10-15% енергії, інша ж йде в марне тепло. Як з'ясувалося, в природі не існує світяться рослин, але є світяться бактерії і гриби. Саме бактерії викликають світіння зіпсованих рибних і м'ясних продуктів, а також світіння загноїлися ран, на що звертав увагу ще Парацельс. Завдяки ниткам грибниці сяють в темряві нічим не примітні на денному світлі гнилушки.
У царстві тварин біолюмінесценція зустрічається в самих різних групах не пов'язаних родинними зв'язками організмів. Причому якщо серед наземних тварин здатність до світіння є скоріше винятком з правил, то серед морських тварин вона поширена надзвичайно широко. Абсолютними рекордсменами за кількістю світяться видів серед безхребетних є ки шечнополостние (м'які корали, морські пера, глибоководні медузи) і головоногі молюски (кальмари і каракатиці), а серед хордових - покривники (сальпи і вогне-телиці), а також риби.
Навіщо ж потрібна люмінесценція живим істотам? У більшості випадків відповідь на це питання цілком очевидна. У глибинах Світового океану, куди не проникають сонячні промені і панує вічний морок, немає фотосинтезуючих рослин, а значить, мало їжі. Здатність до люмінесценції виявляється тут дуже до речі, адже вогник, сяючий в морській безодні, привертає і дезорієнтує дрібну живність точно так само як світло лампи - нічних метеликів. Тому і світяться повільні медузи, покривники, дрібні ракоподібні і зовсім нерухомі м'які корали, морські пера. А активні хижаки намагаються перевершити один одного в оригінальності конструкції світяться приманок.
У риб, представників сімейства глибоководних вудильників, видозмінений перший промінь спинного плавця зміщений до переднього кінця тіла, перетворившись на «вудилище» (Іліца), що закінчується шкірястим мішечком (еской), заповненим світиться слизом. У одних вудильників Іліца короткі, у інших - схожі на гнучкий бич, багаторазово перевищує довжину тіла. У вудильника лазіогната Іліца нагадує телескопічну вудку, і риба може змінювати його довжину, подманівая жертву все ближче до засіяної загнутими зубами величезної пащі, а у вудильника галатеатауми світиться приманка розташована прямо в роті. Вудильники можуть майстерно маніпулювати інтенсивністю світіння Ескі, звужуючи або розширюючи кровоносні судини, що забезпечують цей орган киснем. У риб-топірців світяться органи, фотофори, розкидані по всьому тілу, а два найбільших з них, підковоподібних, розташовуються під очима, простір на півметра вперед, що дозволяє не тільки приманювати здобич, а й ефективно переслідувати її. При необхідності риби здатні гасити світло цих потужних фар, насуваючи на них спеціальну заслінку.
Але, мабуть, найбільшого досконалості світяться органи досягли у глибоководних кальмарів, перетворившись в освітлювальні прилади досить складної конструкції. Сяючі клітини фотофоров заповнюють бокалообразное поглиблення, вистелене сріблястою світловідбиваючої тканиною і прикрите зверху прозорою лінзою, що фокусує світлові промені. Келих оточений шаром заповнених чорним пігментом клітин-хроматофорів, що оберігають внутрішні тканини тваринного від світлового подразнення і грають роль діафрагми: якщо треба пригасити або вимкнути світіння, хроматофори миттєво розширюються і закривають лінзу світлонепроникної плівкою. У глибоководних кальмарів таксеум і батотаум фотофорами забезпечені сидять на рухомих стеблинках очі, а у кальмара каллітевтіса їх пристрій доповнений особливим «дзеркальцем», розташованим під кутом до пучку вихідного світла. Повертаючи «дзеркальце», тварина може змінювати напрямок світлового променя. Крім того, що світяться органи кальмарів нерідко забезпечені фотофільтри з клітин, що містять жовті і червоні пігменти. Фотофори, іскристі всіма кольорами веселки, усеівают тіла головоногих молюсків на зразок вишуканих прикрас з дорогоцінних каменів, перетворюючи цих дивних створінь в одне із самих чудових витворів природи.
Біолюмінесценція є і дієвим засобом захисту. Несподіваною яскравою світловий спалахом можна налякати ворога або відвернути його увагу. У крихітній тихоокеанської дворогій каракатиці чочін-ика особливий пухирець зі світиться рідиною служить для залучення видобутку, але, зазнавши нападу, каракатиця спорожняєте його вміст в воду і рятується втечею, залишаючи на поталу ворогу повільно розпливається у воді світиться фантом. До подібної ж виверту вдається в разі небезпеки і середземноморський кальмар гетеротевтіс. А деякі многощетінковиє черв'яки залишають в зубах хижака яскраво світиться задній кінець, який з часом можуть відростити знову.
Не менш важлива роль біолюмінесценції в підтримці зв'язків між представниками одного виду. Кілька видів дрібних рибок, що відносяться до сімейства світяться анчоусів, утворюють величезні змішані зграї, але безпомилково розпізнають в них представників свого виду завдяки відмінності в розташуванні і ритмі світіння вогненних точок, що засівають поверхню їх тіла. У цьому випадку світло чудово замінює яскраве забарвлення покривів, невиразну в темряві.
Характерно, що далеко не всі тварини, що знайшли біолюмінесценції настільки різноманітне застосування, мають здатність самостійно продукувати светогенние речовини. Наприклад, світіння каракатиць, покривників, а також багатьох видів риб відбувається за рахунок люмінесцентних бактерій-симбіонтів, що містяться в спеціалізованих тканинах органів світіння, де вони знаходять для себе особливо сприятливі умови існування. Кожне нове покоління таких тварин отримує у спадок від материнських особин і порцію світяться бактерій.
Виникає законне питання: а навіщо в гранично раціонально влаштованому світі живої природи, де практично кожен ознака проходить через жорсткий контроль природного добору, потрібна здатність до світіння самим бактеріям або, наприклад, ниткам грибниці? Ця удавана безглуздість навела вчених на думку, що біолюмінесценція спочатку виникла в природі як побічний результат якихось дійсно життєво необхідних біохімічних або фізіологічних процесів, що протікають в клітинах і тканинах. Згідно з однією з гіпотез, біолюмінесценція, тобто викид енергії у вигляді фотонів світла, є найпростішим способом захисту клітинних структур від надлишку енергії, що утворюється при окисленні ліпідів. У клітинах сучасних організмів цей процес протікає багатоступінчасто, енергія вивільняється поступово і запасається про запас у вигляді енергії фосфатних зв'язків. Можливо, що на зорі еволюції в примітивно влаштованих клітинах перших мешканців планети такий захисний механізм ще був відсутній і світіння служило свого роду запобіжним клапаном, що збереглися до наших днів у вигляді атавістичного, але не завжди марного ознаки.
Відповідно до іншої оригінальної гіпотезі біолюмінесценція виникла у організмів, що населяли Землю в ті далекі геологічні епохи, коли в атмосфері був відсутній кисень (цей газ з'явився в великих кількостях тільки з виникненням зелених рослин). Для анаеробних бактерій, що збереглися до наших днів, кисень не тільки марний, але й надзвичайно токсичний. Можливо, в процесі еволюції частина анаеробних організмів придбала здатність пов'язувати надходить в клітку кисень і миттєво вивільняти непотрібну для метаболізму енергію окислення шляхом викиду фотонів світла.
Живе світіння, незважаючи на 250-річну історію вивчення, зберігає ще чимало загадок. Але навіть якщо уявити собі, що всі вони будуть розгадані, що світяться хвилі моря, вогненний танець міріад світлячків під пологом нічного лісу, кальмари і риби, що проносяться в глибині, подібно вогненним метеорів, все одно залишаться одним з найбільш таємничих і прекрасних явищ живої природи на землі.
Джерело: журнал "Навколо світу", Ірина Травіна
Ви можете обговорити цю статтю в форумі.