Looduse mõistatused: bioluminestsents

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Bioluminestsents on elusorganismide võime hõõguda oma valkudega või sümbiootiliste bakterite abil.

Tänapäeval on teada umbes 800 liiki helendavaid elusolendeid. Enamik neist elab meres. Need on bakterid, üherakulised lipuvetikad, radiolariaanid, seened, planktoni ja kinnitunud koelenteraadid, sifonofoorid, meresuled, ktenofoorid, okasnahksed, ussid, molluskid, koorikloomad, kalad.

Mõned kõige eredamalt hõõguvad loomad on pürosoomid (tulemardikad). Magevee bioluminestseeruvatest liikidest on teada Uus-Meremaa mao-karploom Latia neritoides ja hulk baktereid. Maismaaorganismidest hõõguvad teatud seeneliigid, vihmaussid, teod, tuhatjalgsed ja putukad.

Mikrokosmose tasandil on väga nõrk kuma, mida saame registreerida ainult ülitundlike fotomeetrite abil, kõrvalnähuks reaktiivsete hapnikuliikide neutraliseerimisel ensüümide poolt, mis on vajalikud, kuid mürgised rakkudele, mis osalevad rakkudes. glükoosi oksüdatsiooniprotsess. Samuti varustavad nad kemoluminestsentsi jaoks vajalikku energiat erinevatele fosforvalkudele.

Ühte esimestest bakterilampidest – helendavate bakterite kultuuriga kolbi – lõbustas rohkem kui sada aastat tagasi Hollandi botaanik ja mikrobioloog Martin Beijerinck. 1935. aastal valgustasid sellised lambid isegi Pariisi Okeanoloogia Instituudi suurt saali ja sõja ajal ilmus Nõukogude mikrobioloogi A. A. Egorova kasutas helendavaid baktereid proosalistel eesmärkidel - labori valgustamiseks.

Ja võite teha sarnase katse: asetage toores kala või liha sooja kohta, oodake nädal või paar ja tulge siis öösel üles (tuulepoolsest küljest!) Ja vaadake, mis juhtub - tõenäoliselt elavad bakterid toitainekeskkond hakkab helendama teispoolsuse valgusega. Meres hõõguvad bakterid, peamiselt perekondadest Photobacterium ja Vibrio ning mitmerakulised planktoniorganismid (pildil), kuid peamiseks valgusallikaks on üks suurimaid (kuni 3 mm!) Ja keerukaid üherakulisi organisme - öölipulised vetikad. valgus.

Bakterites on fosforvalgud rakus hajutatud, üherakulistel (rakutuumaga) eukarüootsetel organismidel paiknevad need tsütoplasmas membraaniga ümbritsetud vesiikulites. Mitmerakulistel loomadel kiirgavad valgust tavaliselt spetsiaalsed rakud – fototsüüdid, mis on sageli rühmitatud spetsiaalseteks organiteks – fotofoorideks.

Koelenteraatide ja teiste primitiivsete loomade fototsüüdid, samuti fotofoorid, mis töötavad sümbiootiliste fotobakterite toimel, helendavad pidevalt või mitu sekundit pärast mehaanilist või keemilist stimulatsiooni. Enam-vähem arenenud närvisüsteemiga loomadel juhib see fotootsüütide tööd, lülitades need sisse ja välja vastuseks välistele stiimulitele või kui keha sisekeskkond muutub.

Lisaks rakusisesele esineb süvamerekrevettidel, kaheksajalgadel, seepiatel ja kalmaaridel ka sekretoorset tüüpi sära: kahe erineva näärme sekretsiooniproduktide segu väljub vahevööst või kesta alt ja levib vesi nagu särav pilv, pimestades vaenlast.

Teine klassikaline bioluminestsentsi näide on puidumädanik. Nendes ei hõõgu mitte puu ise, vaid tavalise meeseene seeneniidistik.

Ja perekonna Mycena kõrgemates seentes, mis kasvavad ka kõduneval puul, kuid soojades piirkondades nagu Brasiilia ja Jaapan, helendavad viljakehad - mida tavaliselt nimetatakse seenteks (kuigi hallitusseened, pärmseened ja muud seened on ka seened, ainult madalamad). Selle perekonna üht liiki nimetatakse M. lux-coeli, "müseen - taevalik valgus".

Bioluminestsentsi kõige silmatorkavam rakendus on transgeensete taimede ja loomade loomine. Esimene hiir, kelle kromosoomidesse oli sisestatud GFP geen, loodi 1998. aastal.

Hõõguvaid valke on vaja selleks, et töötada välja tehnikad võõraste geenide viimiseks erinevate organismide kromosoomidesse: kui see helendab, tähendab see, et meetod töötab, saate selle abil viia genoomi sihtgeeni. Esimesed helendavad kalad - transgeenne sebrakala (Brachydanio rerio) ja Jaapani medaka riisikala (Orizias latipes) - tulid müügile 2003. aastal.

Hõõguv meri

Need, kellel on õnn öises meres selle sära ajal ujuda, mäletavad seda lummavat vaatepilti kogu eluks. Enamasti on kuma põhjuseks öövalguse lipuvetikad (Noctiluca). Mõnel aastal suureneb nende arv nii palju, et terve meri kumab. Kui sa ei vea ja satute valel ajal soojade merede kaldale, proovige valada merevesi purki ja lisada sinna veidi suhkrut.

Noktilistid reageerivad sellele, suurendades lutsiferiini valgu aktiivsust. Raputage vett ja imetlege sinakat sära. Ja kui peatute imetlemiseks, võite meeles pidada, et vaatate ühte looduse lahendamata mõistatust: erinevates taksonites hõõgumise võime ilmnemise evolutsiooniliste mehhanismide selguse puudumine märgiti eraldi peatükis " Darwini liikide päritolu" ja sellest ajast peale pole teadlased suutnud sellele küsimusele vastata, on tõe valgus.

Luminestsents võis areneda heades valgustingimustes elavates organismides, tuginedes valgust kaitsvat funktsiooni täitvatele pigmendiühenditele.

Kuid tunnuse järkjärguline kuhjumine - üks footon sekundis, kaks, kümme - nii nende kui ka nende öiste ja süvamere sugulaste jaoks ei saanud mõjutada looduslikku valikut: nii nõrka sära ei tunne isegi kõige tundlikumad silmad ja Võimatu tundub ka intensiivse sära valmismehhanismide ilmumine alasti kohale. Ja isegi sära funktsioonid paljudel liikidel jäävad arusaamatuks.

Miks nad helendavad?

Hõõguvad bakterikolooniad ja seened meelitavad ligi putukaid, kes levitavad mikroobe, eoseid või mütseeli. Uus-Meremaa sääse Arachnocampa putuktoidulised vastsed punuvad püünisvõrgu ja valgustavad seda oma kehaga, meelitades ligi putukaid.

Valgussähvatused võivad kiskjad eemale peletada meduuside, kammtarretise ja teiste abitute ja õrnade olendite eest. Samal eesmärgil helendavad madalas vees kasvavad korallid ja teised koloniaalloomad vastuseks mehaanilisele stimulatsioonile ning virvendama hakkavad ka nende naabrid, keda keegi ei puutunud. Süvamere korallid muudavad nendeni jõudva nõrga lühikese lainepikkusega valguse pikema lainepikkusega kiirguseks, et võimaldada nende kudedes elavatel sümbiootilistel vetikatel fotosünteesida.

Õngeritv lambipirniga

Kõige mitmekesisem (16 perekonda, üle 70 perekonna ja üle 225 liigi) on merikurat (Lophiiformes) ja võib-olla kõige huvitavam süvamere kaladest. (Paljud on merepüüdjatega tuttavad mitte zooloogiaõpikust, vaid multifilmist "Nemot otsides").

Õngitseja emased on röövloomad, kellel on suur suu, võimsad hambad ja väga veniv kõht. Mõnikord leitakse merepinnalt surnud merikurat, kes lämbub rohkem kui kaks korda suuremate kalade külge: kiskja ei saa seda hammaste ehituse tõttu vabastada. Seljauime esimene kiir muudetakse "õngeks" (illicium), mille otsas on helendav "uss" (eska). See on limaga täidetud nääre, mis sisaldab bioluminestseeruvaid baktereid. Escu verega toitvate arterite seinte laienemise tõttu võivad kalad suvaliselt põhjustada bakterite luminestsentsi, mis vajavad selleks hapnikuvarustust, või peatada selle, ahendades veresooni.

Tavaliselt ilmneb kuma iga liigi puhul individuaalsete välkude seeriana. Illicium liigist Ceratias holboelli on võimeline liikuma edasi ja tõmbuma tagasi spetsiaalsesse seljakanalisse. Saaki meelitades viib see õngitseja helendava sööda järk-järgult suhu, kuni see saagi alla neelab. Ja Galatheathauma axeli sööt on otse suus.

Luminofooride asukoht ja isegi helendavate täppide vilkumise iseloom võivad olla suhtluseks - näiteks partneri meelitamiseks. Ja Ameerika tulekärbse Photuris versicolor emased hakkavad pärast paaritumist mõne teise liigi emasloomadelt "morsekoodi maha lööma", meelitades nende isaseid mitte armastuse, vaid gastronoomiliste eesmärkidega.

Jaapani ranniku lähedal tähistavad massipulmi umitoharu (mere tulikärbsed) - tillukesed, 1-2 mm pikkused, Cypridina perekonda kuuluvad koorikloomad - ja kalmaar Watasenia scintellans. Umbes 10 cm pikkused Vatazenia kehad koos kombitsatega on täpilised fotofooripärlitega ja valgustavad 25–30 cm läbimõõduga ala – kujutage ette, milline näeb välja meri koos terve parvega neid kalmaare!

Paljudel süvamere peajalgsetel on keha värvitud mitmevärviliste heledate laikude mustriga ja fotofoorid on väga keerulised, nagu prožektor, mis helkurite ja läätsedega (mõnikord kahekordsete ja värviliste) paistab ainult õiges suunas.

Paljudel süvamere planktoni krevettidel on võime hõõguda. Kere jäsemetel, külgedel ja ventraalsel küljel on neil kuni 150 fotofoori, mis mõnikord on kaetud läätsedega. Iga liigi fotofooride asukoht ja arv on rangelt konstantne ning ookeanisügavuste pimeduses aitab isastel leida emaseid ja kõik koos - koguneda parvedesse.