Табиғат жұмбақтар: Биолюминесценция

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-16 16:10

Биолюминесценция – тірі ағзалардың өз белоктарымен немесе симбиотикалық бактериялардың көмегімен жарқырау қабілеті.

Бүгінгі таңда жарқыраған тіршілік иелерінің 800-ге жуық түрі белгілі. Олардың көпшілігі теңізде тұрады. Бұл бактериялар, біржасушалы жіліктәрізді балдырлар, радиоляриялар, саңырауқұлақтар, планктондық және бекінген целентераттар, сифонофорлар, теңіз қауырсындары, стенофорлар, эхинодермалар, құрттар, моллюскалар, шаянтәрізділер, балықтар.

Ең жарқыраған жануарлардың кейбірі - пиросомалар (от қоңыздары). Тұщы судың биолюминесцентті түрлерінің ішінде Жаңа Зеландияның асқазанаяқты моллюскасы Latia neritoides және бірқатар бактериялар белгілі. Құрлық ағзаларының ішінде саңырауқұлақтардың кейбір түрлері, жауын құрттары, ұлулар, милипедтер және жәндіктер жарқырайды.

Микрокосмос деңгейінде біз өте сезімтал фотометрлердің көмегімен ғана тіркей алатын өте әлсіз жарқырау - бұл қажетті, бірақ жасушаларға улы болып табылатын ферменттер арқылы реактивті оттегі түрлерін бейтараптандырудың жанама әсері. глюкозаның тотығу процесі. Олар сонымен қатар әртүрлі фосфор ақуыздарын хемилюминесценцияға қажетті энергиямен қамтамасыз етеді.

Алғашқы бактериялық шамдардың бірі - жарық беретін бактериялар мәдениеті бар колбаны - жүз жылдан астам бұрын голландиялық ботаник және микробиолог Мартин Бейжеринк қызықтырды. 1935 жылы мұндай шамдар тіпті Париж океанологиялық институтының үлкен залын жарықтандырды, ал соғыс кезінде кеңес микробиологы А. Егорова прозалық мақсатта - зертхананы жарықтандыру үшін жарық беретін бактерияларды пайдаланды.

Сіз де осындай эксперимент жасай аласыз: шикі балықты немесе етті жылы жерге қойыңыз, бір-екі апта күтіңіз, содан кейін түнде (жел жақтан!) Келіңіз және не болатынын қараңыз - бұл бактериялар мекендейтін болуы мүмкін. қоректік орта басқа дүниенің жарығымен жарқырайды. Теңізде негізінен Photobacterium және Vibrio тектес бактериялар және көп жасушалы планктонды организмдер (суретте) жарқырайды, бірақ негізгі жарық көзі ең үлкен (3 мм-ге дейін!) және күрделі біржасушалы организмдердің бірі болып табылады - түнгі балдырлар. жарық.

Бактерияларда фосфор ақуыздары бүкіл жасушаға шашыранды, бір жасушалы эукариоттық (жасуша ядросы бар) организмдерде цитоплазмада мембранамен қоршалған көпіршіктерде орналасады. Көп жасушалы жануарларда жарық әдетте арнайы жасушалар – фотоциттер арқылы шығарылады, көбінесе арнайы мүшелерге – фотофоралар топтастырылған.

Целентераттардың және басқа да қарабайыр жануарлардың фотоциттері, сонымен қатар симбиотикалық фотобактериялар есебінен жұмыс істейтін фотофоралар механикалық немесе химиялық стимуляциядан кейін үздіксіз немесе бірнеше секунд бойы жарқырайды. Нерв жүйесі азды-көпті дамыған жануарларда ол фотоциттердің жұмысын басқарады, сыртқы тітіркендіргіштерге жауап ретінде немесе дененің ішкі ортасы өзгерген кезде оларды қосады және өшіреді.

Жасуша ішіліктен басқа терең теңіз асшаяндарында, сегізаяқтарда, балықта және кальмарда жарқыраудың секреторлық түрі бар: екі түрлі бездердің секреция өнімдерінің қоспасы мантиядан немесе қабық астынан шығарылады және оның ішіне таралады. жарқыраған бұлттай су жауды соқыр етеді.

Биолюминесценцияның тағы бір классикалық мысалы - ағаш шірігі. Оларда ағаштың өзі емес, қарапайым бал саңырауқұлақтарының мицелийі жарқырайды.

Шіріген ағашта өсетін Mycena тұқымдасының жоғары саңырауқұлақтарында, бірақ Бразилия мен Жапония сияқты жылы аймақтарда жеміс денелері жарқырайды - әдетте саңырауқұлақтар деп аталады (бірақ зеңдер, ашытқылар және басқа саңырауқұлақтар да саңырауқұлақтар, тек төменгілері ғана.). Бұл тұқымдастардың бір түрі M. lux-coeli, «мицен – аспан нұры» деп аталады.

Биолюминесценцияның ең таңғаларлық қолданылуы трансгенді өсімдіктер мен жануарларды жасау болып табылады. Хромосомаларға енгізілген GFP гені бар бірінші тышқан 1998 жылы жасалды.

Жарқыраған ақуыздар әртүрлі ағзалардың хромосомаларына бөтен гендерді енгізу әдістерін әзірлеу үшін қажет: егер ол жарқыраса, бұл әдіс жұмыс істейтінін білдіреді, оны геномға мақсатты генді енгізу үшін пайдалануға болады. Алғашқы жарқыраған балық – трансгенді зебрабалық (Brachydanio rerio) және жапондық медака күріш балығы (Orizias latipes) 2003 жылы сатылымға шықты.

Жарқыраған теңіз

Теңіздің жарқырауы кезінде түнде жүзу бақытына ие болғандар бұл таңғаларлық көріністі өмір бойы есте сақтайды. Көбінесе жарқыраудың себебі - түнгі жарықтың (Noctiluca) флагеллез балдырлары. Кейбір жылдары олардың саны көбейіп, бүкіл теңіз жарқырайды. Егер сәтсіз болсаңыз және жылы теңіздердің жағасында өзіңізді дұрыс емес уақытта тапсаңыз, теңіз суын банкаға құйып көріңіз және оған аздап қант қосыңыз.

Ноктилистер бұған люциферин ақуызының белсенділігін арттыру арқылы жауап береді. Суды шайқаңыз және көкшіл жарқылға таңданыңыз. Ал сіз таңдануға тоқтаған кезде, сіз табиғаттың шешілмеген құпияларының біріне қарап отырғаныңызды еске түсіре аласыз: әртүрлі таксондарда жарқырау қабілетінің пайда болуының эволюциялық механизмдерінің анық еместігі жеке тарауда атап өтілді. Дарвиннің «Түрлердің шығу тегі» және содан бері ғалымдар бұл сұраққа ақиқат нұрын түсіре алмады.

Люминесценция жарықтан қорғау қызметін атқаратын пигменттік қосылыстар негізінде жақсы жарық жағдайында өмір сүретін организмдерде дамуы мүмкін.

Бірақ белгілердің бірте-бірте жинақталуы - секундына бір фотон, екі, он - олар үшін де, олардың түнгі және терең теңіздегі туыстары үшін де табиғи сұрыптауға әсер ете алмады: мұндай әлсіз жарқырауды тіпті ең сезімтал көздер де сезбейді, ал ашық жерде қарқынды жарқыраудың дайын механизмдерінің пайда болуы да мүмкін емес сияқты. Тіпті көптеген түрлердегі жарқыраудың функциялары түсініксіз болып қалады.

Неліктен олар жарқырайды?

Жарқыраған бактериялар колониялары мен саңырауқұлақтар микробтарды, спораларды немесе мицелийлерді тарататын жәндіктерді тартады. Жаңа Зеландиялық Arachnocampa масасының жәндік қоректі дернәсілдері тор тоқиды және жәндіктерді тарта отырып, оны өз денесімен жарықтандырады.

Жарық жарқылдары жыртқыштарды медузалар, тарақ желе және басқа да дәрменсіз және жұмсақ тіршілік иелерінен қорқытуы мүмкін. Дәл осы мақсатта таяз суда өсетін маржандар мен басқа да отаршыл жануарлар механикалық ынталандыруға жауап ретінде жарқырайды және олардың ешкім қолы тимеген көршілері де жыпылықтай бастайды. Терең теңіз маржандары оларға жететін әлсіз қысқа толқынды жарықты ұзағырақ толқын ұзындығы бар сәулеге айналдырады, мүмкін олардың ұлпаларында өмір сүретін симбиотикалық балдырларға фотосинтез жасауға мүмкіндік береді.

Жарық шамы бар қармақ

Балық балықтарының отряды (Lophiiformes) ең алуан түрлі (16 тұқымдасы, 70-тен астам тұқым және 225-тен астам түрі) және, мүмкін, терең теңіз балықтарының ең қызықтысы. (Көбіне теңіз балықшылары зоология оқулығынан емес, «Немоны табу» мультфильмінен таныс).

Балықшы аналықтары - үлкен ауыздары, күшті тістері және өте созылатын асқазаны бар жыртқыштар. Кейде теңіз бетінде өлі балық балықтары кездеседі, олар балықтардан екі есе артық тұншығып қалады: жыртқыш оны тістерінің құрылымына байланысты босатпайды. Арқа қанатының бірінші сәулесі соңында жарқыраған «құрт» (эска) бар «қармаққа» (illicium) айналады. Бұл биолюминесцентті бактериялардан тұратын шырышпен толтырылған без. Эскуды қанмен қоректендіретін артериялардың қабырғаларының кеңеюіне байланысты балық бұл үшін оттегімен қамтамасыз етуді қажет ететін бактериялардың люминесценциясын ерікті түрде тудыруы мүмкін немесе оны тоқтатып, тамырларды тарылтады.

Әдетте, жарқырау әр түр үшін жеке жарқырау түрінде болады. Ceratias holboelli түріндегі Illicium алға жылжып, артқы жағындағы арнайы арнаға шегінуге қабілетті. Бұл балықшы жыртқышты азғырып, жыртқышты жұтып қойғанша бірте-бірте аузына қарай жылжытады. Ал Галатеатхаума акселидің аузында жем бар.

Фосфорлардың орналасуы және тіпті жарқыраған дақтардың жыпылықтау сипаты байланыс үшін қызмет ете алады - мысалы, серіктесті тарту. Ал американдық отты Photuris versicolor ұрғашылары жұптағаннан кейін басқа түрдегі аналықтардың «Морзе кодын жеңе» бастайды, олардың аталықтарын сүйіспеншілік үшін емес, гастрономиялық мақсаттар үшін тартады.

Жапон жағалауларында жаппай үйлену тойларын умитохару (теңіз оттылары) – кішкентай, ұзындығы 1-2 мм, Cypridina тұқымдасының шаян тәрізділері – кальмар Watasenia scintellans тойлайды. Шамамен 10 см ұзындықтағы ватазений денелері шатырлармен бірге фотофор інжу-маржандарымен безендірілген және диаметрі 25-30 см аумақты жарықтандырады - теңіз осы кальмарлардың тұтас мектебімен қалай көрінетінін елестетіп көріңіз!

Көптеген терең теңіз цефалоподтарында денесі түрлі-түсті жарық дақтары үлгісімен боялған, ал фотофоралар рефлекторлар мен линзалармен (кейде қос және түрлі-түсті) тек дұрыс бағытта жарқырайтын прожектор сияқты өте күрделі.

Көптеген терең теңіз планктондық асшаяндардың жарқырау қабілеті бар. Аяқ-қолдарда, бүйірлерінде және дененің вентральды жағында олардың кейде линзалармен жабылған 150-ге дейін фотофоралары болады. Әрбір түр үшін фотофоралардың орналасуы мен саны қатаң тұрақты және мұхит тереңдігінің қараңғылығында еркектерге аналықтарды табуға және барлығын бірге - табындарға жинауға көмектеседі.