Dabas mīklas: bioluminiscence

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

Bioluminiscence ir dzīvo organismu spēja mirdzēt ar saviem proteīniem vai ar simbiotisko baktēriju palīdzību.

Mūsdienās ir zināmas aptuveni 800 spožu dzīvo radību sugas. Lielākā daļa no viņiem dzīvo jūrā. Tās ir baktērijas, vienšūnu flagellate aļģes, radiolāri, sēnes, planktona un piesaistītie koelenterāti, sifonofori, jūras spalvas, ctenofori, adatādaiņi, tārpi, mīkstmieši, vēžveidīgie, zivis.

Daži no spilgtākajiem dzīvniekiem ir pirosomas (uguns vaboles). No saldūdens bioluminiscējošām sugām ir zināmas Jaunzēlandes gliemežnīcas Latia neritoides un vairākas baktērijas. No sauszemes organismiem mirdz noteiktas sēņu sugas, sliekas, gliemeži, tūkstoškāji un kukaiņi.

Mikrokosmosa līmenī ļoti vājš spīdums, ko varam reģistrēt tikai ar ļoti jutīgu fotometru palīdzību, ir blakusparādība reaktīvo skābekļa sugu neitralizācijai ar enzīmu palīdzību, kas ir nepieciešami, bet toksiski šūnām, kas ir tās dalībnieces. glikozes oksidācijas process. Viņi arī piegādā enerģiju, kas nepieciešama ķīmijluminiscencei, dažādiem fosfora proteīniem.

Vienu no pirmajām baktēriju lampām - kolbu ar gaismas baktēriju kultūru - pirms vairāk nekā simts gadiem izklaidēja holandiešu botāniķis un mikrobiologs Martins Beijerinks. 1935. gadā šādas lampas pat apgaismoja Parīzes Okeanoloģijas institūta lielo zāli, un kara laikā padomju mikrobiologs A. A. Gaismas baktērijas Egorova izmantoja prozaiskiem nolūkiem - laboratorijas apgaismošanai.

Un jūs varat veikt līdzīgu eksperimentu: nolieciet jēlu zivi vai gaļu siltā vietā, pagaidiet nedēļu vai divas un tad nāciet naktī (no vēja puses!) Un paskatieties, kas notiek - visticamāk, ka tajās dzīvo baktērijas. uzturvielu barotne spīdēs ar citu pasauli. Jūrā mirdz baktērijas, galvenokārt no Photobacterium un Vibrio ģintīm, un daudzšūnu planktona organismi (attēlā), bet galvenais gaismas avots ir viens no lielākajiem (līdz 3 mm!) Un kompleksajiem vienšūnu organismiem - nakts flagellate aļģes. gaisma.

Baktērijās fosfora proteīni ir izkaisīti pa visu šūnu, vienšūnu eikariotu (ar šūnas kodolu) organismos tie atrodas pūslīšos, ko ieskauj membrāna citoplazmā. Daudzšūnu dzīvniekiem gaismu parasti izstaro īpašas šūnas – fotocīti, kas bieži vien sagrupēti īpašos orgānos – fotoforos.

Koelenterātu un citu primitīvu dzīvnieku fotocīti, kā arī fotofori, kas darbojas simbiotisko fotobaktēriju ietekmē, pēc mehāniskas vai ķīmiskas stimulācijas spīd nepārtraukti vai vairākas sekundes. Dzīvniekiem ar vairāk vai mazāk attīstītu nervu sistēmu tas kontrolē fotocītu darbu, ieslēdzot un izslēdzot tos, reaģējot uz ārējiem stimuliem vai mainoties ķermeņa iekšējai videi.

Papildus intracelulārajai dziļūdens garnelēm, astoņkājiem, sēpijām un kalmāriem ir arī sekrēcijas veids: divu dažādu dziedzeru sekrēcijas produktu maisījums tiek izvadīts no mantijas vai no čaumalas apakšas un izplatās mirdzumā. ūdens kā spīdošs mākonis, apžilbinot ienaidnieku.

Vēl viens klasisks bioluminiscences piemērs ir koksnes puve. Tajos mirdz nevis pats koks, bet parastās medus sēnītes micēlijs.

Un Mycena ģints augstākajās sēnēs, kas aug arī uz trūdoša koka, bet siltos reģionos, piemēram, Brazīlijā un Japānā, mirdz augļķermeņi - ko parasti sauc par sēnēm (lai gan pelējums, raugi un citas sēnes arī ir sēnes, tikai zemākās). Viena no šīs ģints sugām tiek saukta par M. lux-coeli, "micēns - debesu gaisma".

Visspilgtākais bioluminiscences pielietojums ir transgēnu augu un dzīvnieku radīšana. Pirmā pele ar GFP gēnu, kas ievietota hromosomās, tika izveidota 1998. gadā.

Kvēlojoši proteīni ir nepieciešami, lai izstrādātu paņēmienus svešu gēnu ievadīšanai dažādu organismu hromosomās: ja tas spīd, tas nozīmē, ka metode darbojas, jūs varat to izmantot, lai genomā ievadītu mērķa gēnu. Pirmās gaismas zivis - transgēnā zebrazivs (Brachydanio rerio) un japāņu medaka rīsu zivs (Orizias latipes) - pārdošanā nonāca 2003. gadā.

Kvēlojoša jūra

Tie, kuriem paveicas peldēties jūrā naktī tās mirdzuma laikā, šo burvīgo skatu atcerēsies visu mūžu. Visbiežāk mirdzuma cēlonis ir nakts gaismas karogaļģes (Noctiluca). Dažos gados to skaits palielinās tik daudz, ka visa jūra spīd. Ja nepaveicas un nelaikā atrodaties siltu jūru krastos, pamēģiniet burciņā ieliet jūras ūdeni un tur pievienot nedaudz cukura.

Noktilisti uz to reaģēs, palielinot luciferīna proteīna aktivitāti. Sakratiet ūdeni un apbrīnojiet zilganu mirdzumu. Un, apstājoties, lai apbrīnotu, jūs varat atcerēties, ka skatāties uz vienu no neatrisinātajiem dabas noslēpumiem: skaidrības trūkums par evolūcijas mehānismiem, kas rada spēju mirdzēt dažādos taksonos, tika atzīmēts atsevišķā nodaļā Darvina Sugas izcelsme”, un kopš tā laika zinātnieki nav spējuši atklāt šo jautājumu, ir patiesības gaisma.

Luminiscence varēja veidoties organismos, kas dzīvo labos apgaismojuma apstākļos, pamatojoties uz pigmenta savienojumiem, kas veic gaismas aizsardzības funkciju.

Taču pakāpeniska pazīmes uzkrāšanās - viens fotons sekundē, divi, desmit - gan viņiem, gan viņu nakts un dziļjūras radiniekiem nevarēja ietekmēt dabisko atlasi: tik vāju mirdzumu nejūt pat visjutīgākās acis, un gatavu intensīvas mirdzēšanas mehānismu parādīšanās kailā vietā arī šķiet neiespējama. Un pat mirdzuma funkcijas daudzās sugās paliek nesaprotamas.

Kāpēc viņi spīd?

Kvēlojošās baktēriju kolonijas un sēnītes piesaista kukaiņus, kas izplata baktērijas, sporas vai micēliju. Jaunzēlandes moskītu Arachnocampa kukaiņēdāji kāpuri auž slazdošanas tīklu un izgaismo to ar savu ķermeni, piesaistot kukaiņus.

Gaismas zibšņi var atbaidīt plēsējus no medūzām, ķemmes želejas un citām bezpalīdzīgām un maigām radībām. Šim pašam mērķim koraļļi un citi koloniālie dzīvnieki, kas aug seklā ūdenī, reaģē uz mehānisku stimulāciju, un arī viņu kaimiņi, kuriem neviens nepieskārās, sāk mirgot. Dziļjūras koraļļi vājo īsviļņu gaismu, kas tos sasniedz, pārvērš starojumā ar garāku viļņa garumu, iespējams, lai ļautu simbiotiskajām aļģēm, kas apdzīvo to audus, fotosintēzi.

Makšķere ar spuldzīti

Jūrasvelnu (Lophiiformes) kārta ir visdaudzveidīgākā (16 dzimtas, vairāk nekā 70 ģintis un vairāk nekā 225 sugas) un, iespējams, visinteresantākā no dziļūdens zivīm. (Daudzi jūras makšķernieki ir pazīstami nevis no zooloģijas mācību grāmatas, bet gan no multfilmas "Meklējot Nemo").

Makšķernieku mātītes ir plēsēji ar lielu muti, spēcīgiem zobiem un ļoti izstieptu vēderu. Reizēm jūras virspusē tiek atrastas beigtas jūrasvelnu zivis, kas aizraujas ar zivīm, kas ir vairāk nekā divas reizes lielākas par tām: plēsējs nevar to atbrīvot zobu struktūras dēļ. Pirmais muguras spuras stars tiek pārveidots par "makšķeri" (illicium), kura galā ir spīdošs "tārps" (eska). Tas ir ar gļotām pildīts dziedzeris, kas satur bioluminiscējošas baktērijas. Sakarā ar to artēriju sieniņu paplašināšanos, kas baro escu ar asinīm, zivis var patvaļīgi izraisīt baktēriju luminiscenci, kurām šim nolūkam ir nepieciešama skābekļa padeve, vai apturēt to, sašaurinot asinsvadus.

Parasti mirdzums notiek mirgošanas sērijas veidā, katrai sugai individuāli. Ceratias holboelli sugas Illicium spēj virzīties uz priekšu un ievilkties īpašā kanālā aizmugurē. Vilinot upuri, šis makšķernieks pamazām pārvieto spīdošo ēsmu pie mutes, līdz tas norij laupījumu. Un Galatheathauma axeli ēsma ir tieši mutē.

Fosforu atrašanās vieta un pat kvēlojošo plankumu mirgošanas raksturs var kalpot saziņai - piemēram, lai piesaistītu partneri. Un Amerikas ugunspuķes Photuris versicolor mātītes pēc pārošanās sāk "pārsist Morzes ābeci" no citas sugas mātītēm, piesaistot savus tēviņus nevis mīlas, bet gan gastronomiskos nolūkos.

Pie Japānas krastiem masveida kāzas svin umitoharu (jūras ugunspuķes) - sīkas, 1-2 mm garas, Cypridina ģints vēžveidīgie - un kalmārs Watasenia scintellans. Apmēram 10 cm gari Vatazenia ķermeņi kopā ar taustekļiem ir izraibināti ar fotofora pērlēm un izgaismo laukumu 25-30 cm diametrā – iedomājieties, kā izskatās jūra ar veselu šo kalmāru baru!

Daudzu dziļjūras galvkāju ķermenis ir krāsots ar daudzkrāsainu gaismas plankumu zīmējumu, un fotofori ir ļoti sarežģīti, piemēram, prožektors, kas spīd tikai pareizajā virzienā ar atstarotājiem un lēcām (dažreiz dubultā un krāsainā).

Daudzām dziļjūras planktona garnelēm ir spēja mirdzēt. Uz ekstremitātēm, gar sāniem un ķermeņa ventrālajā pusē tiem ir līdz 150 fotoforiem, dažreiz pārklāti ar lēcām. Fotoforu atrašanās vieta un skaits katrai sugai ir stingri nemainīgs un okeāna dzīļu tumsā palīdz tēviņiem atrast mātītes un visiem kopā - pulcēties baros.