Zagonetke prirode: Bioluminiscencija

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-16 16:06

Bioluminiscencija je sposobnost živih organizama da svijetle vlastitim proteinima ili uz pomoć simbiotskih bakterija.

Danas je poznato oko 800 vrsta svijetlećih živih bića. Većina njih živi u moru. To su bakterije, jednostanične flagelatne alge, radiolarije, gljive, planktonski i vezani koelenterati, sifonofori, morsko perje, ctenofori, bodljikaši, crvi, mekušci, rakovi, ribe.

Neke od najsjajnijih životinja su pirosomi (vatrene bube). Među slatkovodnim bioluminiscentnim vrstama poznati su novozelandski puževi mekušac Latia neritoides i niz bakterija. Među kopnenim organizmima svijetle određene vrste gljiva, glista, puževa, stonoga i kukaca.

Na razini mikrokozmosa, vrlo slab sjaj, koji možemo registrirati samo uz pomoć visokoosjetljivih fotometara, nuspojava je neutralizacije reaktivnih kisikovih vrsta enzimima, koji su neophodni, ali toksični za stanice, koje su sudionici u proces oksidacije glukoze. Oni također opskrbljuju energiju potrebnu za kemiluminiscenciju raznim fosfornim proteinima.

Jednu od prvih bakterijskih svjetiljki - tikvicu s kulturom svjetlećih bakterija - zabavljao je prije više od stotinu godina nizozemski botaničar i mikrobiolog Martin Beijerinck. Godine 1935. takve su svjetiljke čak osvjetljavale i veliku dvoranu Pariškog oceanološkog instituta, a tijekom rata sovjetski mikrobiolog A. A. Egorova je koristila svjetleće bakterije u prozaične svrhe – za osvjetljavanje laboratorija.

I možete provesti sličan pokus: stavite sirovu ribu ili meso na toplo mjesto, pričekajte tjedan ili dva, a zatim se pojavite noću (s vjetrobranske strane!) i vidite što će se dogoditi - vjerojatno je da su bakterije koje nastanjuju. hranjivi medij će svijetliti s onostranog svjetla. Bakterije, uglavnom iz rodova Photobacterium i Vibrio, i višestanični planktonski organizmi (na slici) svijetle u moru, ali glavni izvor svjetlosti je jedan od najvećih (do 3 mm!) i složeni jednostanični organizmi - bičaste alge noći svjetlo.

U bakterijama su fosforni proteini rasuti po stanici; kod jednostaničnih eukariotskih (sa staničnom jezgrom) organizama nalaze se u vezikulama okruženim membranom u citoplazmi. Kod višestaničnih životinja svjetlost obično emitiraju posebne stanice – fotociti, često grupirani u posebne organe – fotofore.

Fotociti koelenterata i drugih primitivnih životinja, kao i fotofori koji rade zbog simbiotskih fotobakterija, svijetle neprekidno ili nekoliko sekundi nakon mehaničke ili kemijske stimulacije. Kod životinja s više ili manje razvijenim živčanim sustavom kontrolira rad fotocita, pali i isključuje ih kao odgovor na vanjske podražaje ili kada se promijeni unutarnja okolina tijela.

Osim unutarstaničnog, kod dubokomorskih škampa, hobotnica, sipa i lignji postoji sekretorni tip sjaja: mješavina produkata izlučivanja dviju različitih žlijezda izbacuje se iz plašta ili ispod ljuske i širi se u voda poput sjajnog oblaka, zasljepljujući neprijatelja.

Drugi klasični primjer bioluminiscencije je trulež drva. U njima ne svijetli samo stablo, već micelij obične medonosne gljive.

I u višim gljivama iz roda Mycena, koje također rastu na trulom stablu, ali u toplim krajevima poput Brazila i Japana, plodišta svijetle - ono što se obično naziva gljivama (iako su plijesni, kvasci i druge gljive također gljive, samo niže). Jedna od vrsta ovog roda zove se M. lux-coeli, "micena - nebeska svjetlost".

Najupečatljivija primjena bioluminiscencije je stvaranje transgenih biljaka i životinja. Prvi miš s GFP genom umetnutim u kromosome stvoren je 1998. godine.

Svjetleći proteini su potrebni za razradu tehnika za uvođenje stranih gena u kromosome raznih organizama: ako svijetli, znači da metoda radi, možete je koristiti za uvođenje ciljanog gena u genom. Prve svjetleće ribe - transgena zebra (Brachydanio rerio) i japanska riba od riže medaka (Orizias latipes) - izašle su u prodaju 2003. godine.

Užareno more

Oni koji imaju sreću plivati u moru noću za vrijeme njegovog sjaja, ovaj će očaravajući prizor pamtiti cijeli život. Najčešće je uzrok sjaja flagelata alga noćnog svjetla (Noctiluca). U nekim se godinama njihov broj toliko poveća da cijelo more zablista. Ako nemate sreće i nađete se na obali toplog mora u krivo vrijeme, pokušajte uliti morsku vodu u staklenku i tamo dodati malo šećera.

Noktilisti će na to reagirati povećanjem aktivnosti proteina luciferina. Protresite vodu i divite se plavkastom sjaju. A kada prestanete da se divite, možete se sjetiti da gledate u jednu od neriješenih misterija prirode: nedostatak jasnoće evolucijskih mehanizama nastanka sposobnosti sjaja u različitim svojtama zabilježen je u zasebnom poglavlju " Podrijetlo vrsta" od Darwina, i od tada znanstvenici nisu uspjeli baciti na ovo pitanje je svjetlo istine.

Luminescencija se mogla razviti u organizmima koji žive u dobrim svjetlosnim uvjetima, na temelju pigmentnih spojeva koji imaju funkciju zaštite od svjetlosti.

Ali postupno nakupljanje osobine - jedan foton u sekundi, dva, deset - i za njih i za njihove noćne i dubokomorske rođake nije moglo utjecati na prirodnu selekciju: tako slab sjaj ne osjećaju ni najosjetljivije oči, a pojava gotovih mehanizama intenzivnog sjaja na golom mjestu također izgleda nemoguće. Čak i funkcije sjaja u mnogim vrstama ostaju neshvatljive.

Zašto svijetle?

Svjetleće kolonije bakterija i gljivice privlače insekte koji šire klice, spore ili micelij. Insektivorne ličinke novozelandskog komaraca Arachnocampa pletu mrežu za hvatanje i osvjetljavaju je vlastitim tijelom, privlačeći kukce.

Bljeskovi svjetlosti mogu uplašiti grabežljivce od meduza, mliječi od češlja i drugih bespomoćnih i nježnih stvorenja. U istu svrhu, koralji i druge kolonijalne životinje koje rastu u plitkoj vodi svijetle kao odgovor na mehaničku stimulaciju, a njihovi susjedi, koje nitko nije dirao, također počinju treperiti. Dubokomorski koralji pretvaraju slabu svjetlost kratke valne duljine koja dopire do njih u zračenje veće valne duljine, što bi vjerojatno omogućilo fotosintezu simbiotskim algama koje naseljavaju njihova tkiva.

Štap za pecanje sa žaruljom

Red morskog ugla (Lophiiformes) je najraznolikiji (16 obitelji, preko 70 rodova i preko 225 vrsta) i, možda, najzanimljiviji od dubokomorskih riba. (Mnogi su upoznati s morskim ribolovcima ne iz udžbenika zoologije, već iz crtića "U potrazi za Nemom").

Ženke ribiča su grabežljivci s velikim ustima, snažnim zubima i trbuhom koji se može rastegnuti. Ponekad se mrtve udičare nalaze na površini mora, gušeći se ribom koja je dvostruko veća od njezine veličine: grabežljivac je ne može osloboditi zbog strukture zuba. Prva zraka leđne peraje pretvorena je u "štap za pecanje" (illicium) sa svjetlećim "crvom" (eska) na kraju. To je žlijezda puna sluzi koja sadrži bioluminiscentne bakterije. Zbog širenja stijenki arterija koje hrane esku krvlju, riba može proizvoljno izazvati luminescenciju bakterija kojima je za to potrebna opskrba kisikom ili je zaustaviti, sužavajući žile.

Obično se sjaj javlja u obliku niza bljeskova, individualnih za svaku vrstu. Illicium u vrsti Ceratias holboelli može se kretati naprijed i uvlačiti u poseban kanal na leđima. Mameći plijen, ovaj ribič postupno pomiče svjetleći mamac u usta sve dok ne proguta plijen. A Galatheathauma axeli ima mamac pravo u ustima.

Položaj fosfora, pa čak i priroda treptanja svjetlećih točaka mogu poslužiti za komunikaciju - na primjer, za privlačenje partnera. A ženke američke krijesnice Photuris versicolor, nakon parenja, počinju "otbijati Morseovu azbuku" ženki druge vrste, privlačeći svoje mužjake ne u ljubavne, već u gastronomske svrhe.

Uz obalu Japana, masovna vjenčanja slave umitoharu (morske krijesnice) - maleni, 1-2 mm dugi, rakovi iz roda Cypridina - i lignje Watasenia scintellans. Tijela vatazenija duga oko 10 cm, zajedno s ticalima, prošarana su fotofornim biserima i osvjetljavaju područje promjera 25-30 cm - zamislite kako izgleda more s cijelom jatom ovih lignji!

U mnogih dubokomorskih glavonožaca tijelo je obojeno uzorkom raznobojnih svjetlosnih mrlja, a fotofore su vrlo složene, poput reflektora koji svijetli samo u pravom smjeru s reflektorima i lećama (ponekad dvostrukim i obojenim).

Mnogi dubokomorski planktonski račići imaju sposobnost sjaja. Na udovima, uz bokove i na trbušnoj strani tijela imaju do 150 fotofora, ponekad prekrivenih lećama. Položaj i broj fotofora za svaku vrstu je strogo konstantan i u tami oceanskih dubina pomaže mužjacima da pronađu ženke i da se svi zajedno - okupe u jata.