Эффект биолюминесценции, или почему живые организмы светятся

Сущность явления

Биолюминесценция – это способность живых существ излучать свет посредством окисления собственных белков или за счет жизнедеятельности симбионтов. Явление биолюминесценции возникает за счет окисления люциферинов.

Люциферины – это химические вещества, которые имеют способность светиться. Данные химические агенты в живых организмах окисляются под действием ферментов люцифераз. В ходе окисления люциферинов происходит отделение фотона во внешнюю среду за счет этого и достигается эффект свечения.

Какие организмы способны светиться?

На данный момент развития биологической науки известно порядка восьми ста видов живых организмов, обладающих способностью светиться. Большинство из них являются обитателями морских глубин, однако светящиеся существа встречаются и на суше.

Бактерии

Светящиеся бактерии – часто встречающееся явление в живой природе. К данной группе микроорганизмов относятся фотобактерии следующих родов: Vibrio, Beneckea, Photobacterium. Фотобактерии рода Vibrio обитают в светящихся органах животных, тем самым выполняя симбиотическую функцию. Свечение микроорганизмов обусловлено наличием в их клетках альдегид-флавиновых систем. Сопряженное окисление флавинмононуклеотида (ФАД) в присутствии гомологов альдегида, кислорода и никтоамидденуклеотида приводит к возникновению в бактериальной клетке возбужденного флавинового фрагмента, который испускает световую волну голубого цвета.

Динофлагелляты

Планктоновые формы динофитовых водорослей, обитающих во всех океанах и морях мира, обладают эффектом биолюминесценции. Люциферин данных организмов представлен в виде линейного тетрапиррола. Данное вещество в процессе окисления посредством ферментов, относящихся к классу оксидоредуктаз, испускает фотон.

Динофлагелляты светятся в стрессовых ситуациях, например, при нахождении рядом хищника или при наличии проплывающей рядом подводной лодки.

Интересный факт: свечение динофитовых водорослей во время стадии их массового размножения отражается в виде свечения моря.

Ракообразные

Свечение ракообразных организмов обусловлено наличием в их клеточных структурах линейных тетрапиррольных соединений, которые в ходе процесса окисления испускают световую волну голубого спектра.

Кишечнополостные

Кишечнополостные животные содержат различные имидазолпиразиновые соединения, которые обуславливают наличие явления биолюминесценции у данной группы организмов. Свечение проявляют в основном донные кишечнополостные (например, гидроиды и морские перья).

Светляки

Светляки обладают исторической ролью в открытии явления биолюминесценции, дело в том, что в 1897 году в гомогенизированной смеси данных живых существ были обнаружены фотофоры, которые светились на протяжении нескольких минут. Свечение светлячков обладает светом, находящемся в зеленом спектре. Зеленое свечение позволяет самцам светлячков привлечь половых партнеров к спариванию.

Биологические функции биолюминесценции

Явление биолюминесценции необходимо живым существам для реализации следующих функций:

• привлечение половых партнеров (распространено у светлячков);

• привлечение добычи;

• маскировка (светящиеся животные благодаря способности излучать свет определенного спектра активно маскируются на фоне объектов, окружающих среды);

• предупреждение (подобной функцией обладают медузы рода Atolla);

• коммуникация с другими живыми существами данного рода или типа.

Как свечение организмов используют люди?

Свечение различных живых существ активно применяется в различных отраслях человеческой деятельности. Так, например, генные инженеры переносят гены из светящихся организмов в организмы, не обладающие способность к испусканию света, тем самым, создавая новые виды живых существ. Подобные манипуляции, проведенные на растениях, позволяют отслеживать фазы их жизненного цикла, что существенно продвигает такие науки, как ботаника и цитология, в своём развитии. Помимо вышеобозначенного способа применения биолюминисцентные системы используются человеком в следующих сферах:

• научные исследования (замеры концентраций кальция и АТФ в клетках);

• клиническая медицина;

• освещение территорий (достаточно редко);

• контроль качества пищевых продуктов (для данной цели применяются светящиеся бактерии).

Таким образом, явление биолюминесценции у некоторых родов животных и бактерий нашло широкое практическое применение в человеческой деятельности.