Що таке біолюмінесценція та як вона використовується людиною та природою
За кораблем море було яскраво освітлене, рівномірним і трохи молочним кольором. Коли воду поміщали в пляшку, у ній іскрилися
Перший щоденник зоопарку Чарльза Дарвіна був написаний під час перебування на борту. Бігль на узбережжі острова Тенеріфе, 6 січня 1832 р. Те, що побачив Дарвін, насправді були біолюмінесцентними морськими істотами, які виробляли світло, яке мерехтіло у відповідь на фізичні порушення.
Біолюмінесценція, вироблення та випромінювання світла живими організмами, стала для Дарвіна глухим кутом. Він намагався пояснити, чому це явище відбулося у окремих видів, здавалося б, випадково. Але тепер ми знаємо, що біолюмінесценція еволюціонувала самостійно принаймні 40 разів на суші та в морі.
Дарвін не був першим, хто вивчав біолюмінесценцію. Грецький філософ Арістотель зауважив, що біолюмінесценція є видом "холодного" світла - оскільки воно не виробляє тепла - близько 350 р. До н. Дослідники виявили, що ця форма хемілюмінесценції виробляє синьо-зелене світло в результаті окислення сполуки під назвою люциферин ("приносить світло") ферментом, що називається люцифераза.
Понад 75% глибоких істот виробляють власне світло. Наприклад, риби використовують біолюмінесцентні приманки, подібні до вудок, щоб залучити здобич до своїх великих пащі. Що цікаво, світло рибальської риби (Lophiiformes) насправді виробляється Photobacterium, бактерією, яка живе в симбіозі з рибою всередині своєї луски.
Гавайський кальмар - Euprymna scolopes - який живе на мілководді, також має симбіотичні стосунки з біолюмінесцентною бактерією Aliivibrio fischeri. Вночі ці бактерії починають світитися, а кальмар використовує їхнє світло, щоб замаскуватися на нічному небі. Ця стратегія контрвисвітлення схожа на мантію невидимості.
На світанку кальмар виганяє близько 95% яскравих бактерій зі своїх легких органів і годує решту 5% достатньою кількістю поживних речовин, щоб рости протягом дня. Критична маса знову досягається із настанням вечора, після чого світло знову вмикається.
Вивчення цієї бактерії призвело до відкриття мікробіологічних явищ, що отримали назву "зондування кворуму". Ця "хімічна мова" використовується Алівібріо фішері для підрахунку сусідів. Роблячи це, забезпечується відсутність втрати енергії при перетворенні біолюмінесцентних генів, поки в світлих органах кальмара не буде достатньо клітин (зазвичай близько 10 млн клітин на мілілітр).
Ближче до поверхні моря біолюмінесценція створюється планктоном, який називається Noctiluca scintillans, відомий як "велика іскра". Цей мікроскопічний організм виробляє спалахи світла у відповідь на фізичні порушення, коли хвилі ламаються на березі або коли камінь кидається у воду. Біолюмінесцентна реакція у відповідь на подразники називається ефектом "охоронної тривоги". При нападі хижака колективний спалах світла лякає нападника і позначає його позицію, попереджаючи хижаків вищого рангу.
Біолюмінесценція та людина
Протягом історії люди винаходили геніальні способи використання біолюмінесценції на свою користь. Яскраві поля, наприклад, використовували племена для освітлення шляху через щільні джунглі, тоді як світляки використовувались шахтарями як рання захисна лампа. Можливо, натхненні цими програмами, дослідники повертаються до біолюмінесценції як потенційної форми зеленої енергії. У недалекому майбутньому традиційні вуличні ліхтарі можна замінити деревами та біолюмінесцентними будівлями.
Сьогодні біолюмінесценція від Aliivibrio fischeri використовується для контролю токсичності води. Під впливом забруднюючих речовин виробництво світла з бактеріальної культури зменшується, сигналізуючи про можливу присутність забруднювача.
Біолюмінесценція відігравала важливу роль навіть на війні. Біолюмінесцентні організми допомогли потопити останній німецький корабель у Німеччині під час Другої світової війни в листопаді 1918 р. Як повідомлялося, підводний човен проплив крізь біолюмінесцентну квітку, залишивши яскравий тремор, а за ним і союзники.
Але воно мало і захисну роль. Після однієї з найкривавіших битв громадянської війни в Америці в Шило рани деяких поранених солдатів почали блищати. Ці яскраві рани зажили швидше і чистіше, і явище стало відомим як "Світіння ангела". Світіння, ймовірно, було спричинене бактерією Photorhabdus luminescens, яка живе у ґрунті та виділяє антимікробні сполуки, захищаючи тим самим солдатів від зараження.
Однак найбільше ентузіазму викликали медичні програми біолюмінесценції. У 2008 році за відкриття та розробку зеленого флуоресцентного білка (GFP) була присуджена Нобелівська премія з хімії. GFP природним чином міститься в кристальній медузі Aequorea victoria, яка, на відміну від описаного дотепер механізму біолюмінесценції, є флуоресцентною. Це означає, що білок повинен збуджуватися синім світлом перед тим, як випромінювати характерне зелене світло. З моменту свого відкриття GFP був генетично введений у різні типи клітин і навіть тварин, щоб пролити світло на важливі аспекти клітинної біології та динаміки захворювань.
Еволюційний процес, який завершився біолюмінесценцією, зайняв мільйони років, але його наукові застосування продовжують революціонізувати наш сучасний світ.