لماذا يتوهج قنديل البحر. أروع الكائنات الحية المضيئة. قنديل البحر السام - دبور البحر

يعتبر التوهج أمرًا شائعًا في الطبيعة. لذلك ، توجد القدرة على إصدار الضوء من خلال تفاعل كيميائي بسيط ، أو تلألؤ بيولوجي ، في ما لا يقل عن 50 نوعًا مختلفًا من الفطريات ، واليراعات ، وحتى الحياة البحرية المرعبة. بمساعدة هذا التفاعل ، تستمد الكائنات المضيئة العديد من الفوائد لنفسها: فهي تطرد الحيوانات المفترسة ، وتجذب الفريسة ، وتخلص خلاياها من الأكسجين ، أو ببساطة تتأقلم مع الوجود في الظلام الأبدي لأعماق المحيط.

بطريقة أو بأخرى ، يعد اللمعان أحد أكثر أدوات الحياة إبداعًا ، وسنقدم لك قائمة بأكثر المخلوقات غرابة وغرابة التي يمكن أن تتوهج في الظلام. يتم عرض العديد من هذه الأنواع حاليًا في المتحف الأمريكي للتاريخ الطبيعي في نيويورك.

أنثى وذكور الراهب

حبار الجحيم

متوهجة قنديل البحر

أي نوع من المخلوقات غير العادية والمدهشة التي لن تقابلها في البحر أو في أعماق المحيط. تعيش الكائنات الأرجواني ذات الحواف الخضراء التالية في المحيط الهادئ قبالة سواحل أمريكا الشمالية. هذه القناديل قادرة على توليد نوعين من التوهج في وقت واحد. للإضاءة الحيوية توهج أزرق بنفسجي وينتج عن طريق تفاعل كيميائي بين الكالسيوم والبروتين. وهذا التفاعل ، بدوره ، يتسبب في توهج حول حافة قنديل البحر ، مكونًا بروتينًا أخضر فلوريًا ، ثم توهجًا أخضر. يستخدم العلماء على نطاق واسع هذه الميزة للمخلوق لدراسة تصور العمليات في الجسم.

ماء النار

من المؤكد أن قلة من الناس يعرفون أن هناك ظاهرة في الطبيعة يمكن مقارنتها بمحيط مضيء. ومع ذلك ، لن يرفض أحد أن يراقب بنفسه أمواج النيون الزرقاء الساطعة في المحيط. الشيء هو أن الماء مليء بالأسوط ، وهي كائنات عوالق وحيدة الخلية ذات ذيول ، والتي يتم توزيعها على مناطق مثيرة للإعجاب قبالة الساحل. يعتقد العلماء أن هذه المخلوقات سكنت كوكبنا منذ مليار سنة ، وعلى مدى آلاف السنين القليلة الماضية ، مال الناس الحائرون إلى عزو هذه الظاهرة إلى السحر الغامض لآلهة البحر.

فم كبير

من أجل البحث عن طعامها ، تستخدم هذه السمكة أولاً التلألؤ البيولوجي لإحداث الفلورة على شكل أضواء حمراء في المنطقة القريبة من الأنف ، ثم تنبعث منها نبضات حمراء للكشف عن الجمبري. عندما يتم العثور على الفريسة ، يتم تحرير الإشارة ويتم تنشيط الفك. يستفيد المفترس العبقري من حقيقة أن الروبيان ، مثل العديد من سكان البحر الآخرين ، لا يستطيع التعرف على الضوء الأحمر.

روبيان sistellaspice

ومع ذلك ، ليست كل أنواع الجمبري مرنة جدًا ويمكن للحيوانات المفترسة الوصول إليها بسهولة. على سبيل المثال ، يتمتع الروبيان sistellaspis بحماية ممتازة ، بما في ذلك ضد الأفواه الكبيرة. يقوم هذا الروبيان بنزع سلاح الحيوانات المفترسة عن طريق بصق سائل متوهج سيء من ذيلهم أمام أفواههم مباشرة.

جدار المرجان

تم اكتشاف جدار دموي بارتفاع 1000 قدم من المرجان المتوهج في جزر كايمان. أصبحت هذه الظاهرة المثيرة للاهتمام ممكنة بسبب حقيقة أن العديد من الكائنات ذات الإضاءة الحيوية قد وجدت ملاذًا هنا. يلتقط العديد من الغواصين صوراً لكيفية تحويل الشعاب المرجانية للون الأحمر إلى توهج أخضر مذهل.

خامسا LUNKEVICH.

Valeryan Viktorovich Lunkevich (1866-1941) - عالم أحياء ، مدرس ، مشهور بارز.

أرز. 1. ضوء الليل "شمعة البحر".

أرز. 3. صياد السمك.

أرز. 4. سمكة متوهجة.

أرز. 6. فرع المرجان مع الاورام الحميدة المضيئة.

أرز. 5. رأسيات الأرجل المضيئة.

أرز. 7. أنثى اليراع.

أرز. الشكل 8. جهاز التلألؤ في رخويات رأسيات الأرجل: أ - الجزء الخفيف الذي يشبه العدسة ؛ ب - الطبقة الداخلية من الخلايا المضيئة ؛ ج - طبقة من الخلايا الفضية. د- طبقة من الخلايا الصبغية الداكنة.

من منا لم يعجب في أمسية صيفية دافئة بالأضواء الخضراء لحشرات اليراع ، التي تقطع الهواء مثل السهم في اتجاهات مختلفة؟ لكن كم من الناس يعرفون أن ليس فقط بعض الحشرات ، ولكن أيضًا الحيوانات الأخرى ، وخاصة سكان البحار والمحيطات ، تتمتع بالقدرة على التوهج؟

كل من قضى الصيف على ساحل البحر الأسود شهد أكثر من مرة واحدة من أجمل مناظر الطبيعة.

الليل قادم. البحر هادئ. تموجات صغيرة تنزلق على سطحه. فجأة ، يومض شريط لامع على قمة إحدى أقرب موجات. وميض خلفها آخر ، ثالث ... هناك الكثير منهم. سوف تتألق للحظة وتتلاشى مع الموجة المكسورة لتضيء مرة أخرى. أنت تقف ، تنظر ، كما لو كانت منبهرة ، إلى ملايين الأضواء التي تغمر البحر بنورها ، وتتساءل - ما هو الأمر هنا؟

منذ فترة طويلة تم حل هذا اللغز عن طريق العلم. اتضح أن بلايين المخلوقات المجهرية المعروفة بأضواء الليل تبعث الضوء (الشكل 1). تفضل مياه الصيف الدافئة تكاثرها ، ثم تندفع عبر البحر في جحافل لا حصر لها. في جسم كل ضوء ليلي ، تتناثر كرات صفراء ، مما ينبعث منها الضوء.

"تقدم سريعًا" الآن إلى أحد البحار الاستوائية واغطس في مياهه. هنا الصورة أكثر روعة. الآن تسبح بعض الحيوانات الغريبة في حشد رزين ، الآن وحيدة: تبدو مثل المظلات أو الأجراس المصنوعة من الهلام الكثيف. هذه قنديل البحر: كبيرة وصغيرة ، داكنة ومضيئة ، وأحيانًا زرقاء ، وأحيانًا خضراء ، وأحيانًا صفراء ، وأحيانًا حمراء. من بين هذه "الفوانيس" المتنقلة متعددة الألوان ، يطفو قنديل البحر العملاق بهدوء وببطء ، ويبلغ قطر مظلته من ستين إلى سبعين سنتيمتراً (الشكل 2). يمكن رؤية الضوء المشع للأسماك من مسافة بعيدة. يندفع قمر السمكة بتهور ، مثل القمر بين نجوم الأسماك المضيئة الأخرى. سمكة واحدة لها عيون تحترق براقة ، وأخرى بها عملية على رأسها ، الجزء العلوي منها يشبه مصباح كهربائي مضاء ، والثالثة بها سلك طويل مع "مصباح يدوي" في نهايته (الشكل 3) في الجزء العلوي منها تمتلئ الفك وبعض الأسماك المضيئة تمامًا بالإشراق بسبب أعضاء خاصة موجودة على طول أجسامهم مثل المصابيح الكهربائية المعلقة على سلك (الشكل 4).

نذهب إلى الأسفل - حيث لم يعد ضوء الشمس يخترق ، حيث يبدو أنه يجب أن يكون هناك ظلام أبدي لا يمكن اختراقه. وهنا وهناك "تشتعل النيران" ؛ وهنا يتم قطع ظلام الليل من خلال الأشعة المنبعثة من أجساد الحيوانات المضيئة المختلفة.

تنتشر الديدان والرخويات المضيئة في قاع البحر بين الأحجار والطحالب. أجسادهم العارية تتناثر عليها خطوط أو بقع أو بقع لامعة ، مثل غبار الماس ؛ على حواف الصخور تحت الماء ، غمر نجم البحر بالضوء ؛ يندفع جراد البحر على الفور إلى جميع أطراف منطقة الصيد الخاصة به ، مما يضيء المسار أمامه بعيون ضخمة تشبه المنظار.

لكن الأكثر روعة على الإطلاق هي واحدة من رأسيات الأرجل: فهي مغطاة بأشعة اللون الأزرق الفاتح (الشكل 5). لحظة واحدة - وانطفأ الضوء: فقط أطفئ الثريا الكهربائية. ثم يظهر الضوء مرة أخرى - في البداية ضعيف ، ثم أكثر سطوعًا ، والآن يلقي بنفسجي بالفعل - ألوان غروب الشمس. وهناك تنطفئ مرة أخرى ، لتشتعل مرة أخرى لبضع دقائق بلون أوراق الشجر الخضراء الرقيقة.

في عالم ما تحت الماء ، يمكنك أن ترى لوحات ملونة أخرى.

دعونا نتذكر الفرع المعروف من المرجان الأحمر. هذا الفرع هو موطن الحيوانات التي هي بسيطة جدا في التنظيم - الاورام الحميدة. تعيش الاورام الحميدة في مستعمرات واسعة تشبه الشجيرات. تبني الاورام الحميدة منازلهم من الجير أو المواد القرنية. وتسمى هذه المساكن بحوامل البوليبات ، وفرع المرجان الأحمر هو جزء من الورم الحميدة. الصخور تحت الماء في بعض الأماكن مغطاة بالكامل ببستان كامل من الشجيرات المرجانية من مختلف الأشكال والألوان (الشكل 6) مع العديد من الخزانات الصغيرة التي تجلس فيها مئات الآلاف من الزوائد اللحمية - حيوانات تشبه الزهور البيضاء الصغيرة. في العديد من البوليبنياك ، يبدو أن الأورام الحميدة غارقة في اللهب ، وتشكلت من العديد من الأضواء. تحترق الأضواء أحيانًا بشكل غير متساو ومتقطع ، وتغير اللون: فهي تومض فجأة بضوء بنفسجي ، ثم تتحول إلى اللون الأحمر ، أو تتألق بلون أزرق باهت ، وبعد مرور مجموعة كاملة من التحولات من الأزرق إلى الأخضر ، تتجمد في اللون من الزمرد أو الخروج ، لتشكيل ظلال سوداء حول أنفسهم ، وهناك وميض مرة أخرى شرارات قزحية.

هناك حيوانات مضيئة بين سكان الأرض: تكاد تكون خنافس. هناك ستة أنواع من هذه الخنافس في أوروبا. في البلدان الاستوائية ، هم أكثر من ذلك بكثير. إنهم جميعًا يشكلون عائلة واحدة من لامبريدات ، أي اليراعات. "الإضاءة" التي ترتبها هذه الحشرات أحيانًا هي مشهد مذهل للغاية.

ذات ليلة كنت في قطار من فلورنسا إلى روما. فجأة ، لفت انتباهي شرر متطاير بالقرب من السيارة. في البداية يمكن أن يخطئوا في أنها شرارات ألقيت من مدخنة قاطرة. بإلقاء نظرة خاطفة من النافذة ، رأيت أن قطارنا كان يندفع للأمام عبر سحابة خفيفة وشفافة منسوجة من أضواء زرقاء ذهبية صغيرة. تألقوا في كل مكان. قاموا بدائرة ، اخترقوا الهواء في أقواس مشعة ، قطعوه في اتجاهات مختلفة ، عبروا ، وغرقوا واندفعوا مرة أخرى في ضباب الليل ، وتساقطوا على الأرض في مطر ناري. وسار القطار أبعد وأبعد ، محاطًا بحجاب سحري من الأضواء. خمس دقائق ، أو حتى أكثر ، استمر هذا المشهد الذي لا يُنسى. ثم انفجرنا من سحابة الذباب المحترق ، وتركناها بعيدة وراءنا.

كانوا عددًا لا يحصى من خنافس اليراع ، تحطم قطارنا في وسط هذه الحشرات التي تبدو غير موصوفة ، وتجمعوا في ليلة هادئة ودافئة ، على ما يبدو في موسم التزاوج في حياتهم. (يمكن ملاحظة ظاهرة مماثلة ليس فقط في دول البحر الأبيض المتوسط ​​، ولكن هنا أيضًا في روسيا. إذا كنت تقود سيارتك إلى ساحل البحر الأسود بالقطار في أمسية دافئة وممطرة في النصف الثاني من الصيف ، فاحرص على الروعة التي وصفها المؤلف بالقرب من توابسي.العديد من الأنفاق ، وفرة من المنعطفات ومسار واحد ، والقطار لا يسير بسرعة كبيرة ، ورحلة اليراعات ينظر إليها على أنها مشهد خلاب. يو ام.)

تبعث أنواع معينة من اليراعات ضوءًا عالي الشدة نسبيًا. هناك اليراعات التي تتوهج بشدة لدرجة أنه في الأفق المظلم من بعيد لا يمكنك على الفور تحديد ما أمامك - نجم أو يراعة. هناك أنواع يتوهج فيها كل من الذكور والإناث بشكل متساوٍ (على سبيل المثال ، اليراعات الإيطالية). أخيرًا ، هناك مثل هذه الأنواع من الحشرات التي يتوهج فيها الذكر والأنثى بشكل مختلف ، على الرغم من أنها تبدو متشابهة: في الذكر ، يتطور عضو التلألؤ بشكل أفضل ويعمل بقوة أكبر من الأنثى. عندما تكون الأنثى متخلفة ، أو لديها أجنحة بدائية فقط أو عديمة الأجنحة تمامًا ، ويكون الذكر متطورًا بشكل طبيعي ، عندئذٍ يُلاحظ شيء آخر: في الأنثى ، تعمل أعضاء التلألؤ بقوة أكبر بكثير من الذكر ؛ كلما كانت الأنثى متخلفة أكثر ، كلما كانت بلا حراك وعاجزًا ، كان عضوها المضيء أكثر إشراقًا. أفضل مثال هنا هو ما يسمى ب "دودة إيفانوف" ، وهي ليست دودة على الإطلاق ، ولكنها أنثى شبيهة باليرقات من نوع خاص من خنافس اليراع (الشكل 7). أعجب الكثير منا بالبرد ، وحتى الضوء ، الذي يخترق أوراق الشجر أو العشب. ولكن هناك مشهد أكثر إثارة للاهتمام - وهج أنثى من نوع آخر من اليراعات. غير واضح خلال النهار ، على غرار الطفيليات ، في الليل يستحم حرفيًا في أشعة ضوءه الأبيض المزرق الرائع بفضل وفرة الأعضاء المضيئة.

ومع ذلك ، لا يكفي الإعجاب بتوهج الكائنات الحية. من الضروري معرفة أسباب توهج سكان العالم تحت الماء والأرض وما هو الدور الذي يلعبه في حياة الحيوانات.

داخل كل ضوء ليلي ، بمساعدة المجهر ، يمكنك رؤية الكثير من الحبوب الصفراء - وهي بكتيريا مضيئة تعيش في جسم الأضواء الليلية. عن طريق انبعاث الضوء ، فإنها تجعل هذه الحيوانات المجهرية مضيئة. يجب أن يقال الشيء نفسه عن السمكة التي تشبه عيونها الفوانيس المحترقة: وهجها ناتج عن بكتيريا مضيئة استقرت في خلايا العضو المضيء لهذه السمكة. لكن توهج الحيوانات لا يرتبط دائمًا بنشاط البكتيريا المضيئة. ينتج الضوء أحيانًا عن خلايا مضيئة خاصة للحيوان نفسه.

يتم بناء الأعضاء المضيئة لحيوانات مختلفة وفقًا لنفس النوع ، ولكن بعضها أبسط ، والبعض الآخر أكثر تعقيدًا. في حين أن الأورام الحميدة المضيئة وقناديل البحر ونجم البحر تتوهج أجسامها بالكامل ، فإن بعض سلالات جراد البحر لديها مصدر ضوء واحد فقط - عيون كبيرة تشبه التلسكوب. ومع ذلك ، من بين الحيوانات المضيئة ، ينتمي أحد الأماكن الأولى بحق إلى رأسيات الأرجل. وتشمل هذه الأخطبوط ، الذي لديه القدرة على تغيير لون أغلفته الخارجية.

ما هي الأعضاء التي تسبب التوهج؟ كيف يتم بناؤها وكيف تعمل؟

في جلد رأسيات الأرجل ، توجد أجسام صلبة صغيرة بيضاوية الشكل. الجزء الأمامي من هذا الجسم ، الذي ينظر للخارج ، شفاف تمامًا ويشبه عدسة العين ، والجزء الخلفي ، كما هو الحال ، ملفوف في غلاف أسود من الخلايا الصبغية (الشكل 8). ). مباشرة تحت هذه القشرة ، تقع الخلايا الفضية في عدة صفوف: تشكل الطبقة الوسطى من العضو المضيء من الرخويات. تحته خلايا ذات شكل معقد ، تشبه العناصر العصبية لشبكية العين. إنها تبطن السطح الداخلي لهذا الجسم الصغير ("الجهاز"). هم أيضا ينبعثون من الضوء.

لذلك ، فإن "بصلة" رأسيات الأرجل تتكون من ثلاث طبقات مختلفة. ينبعث الضوء من خلايا الطبقة الداخلية. ينعكس من الخلايا الفضية للطبقة الوسطى ، ويمر عبر الطرف الشفاف لـ "اللمبة" ويخرج.

تفصيل آخر غريب في هذا "الجهاز" المضيء. في جلد رأسي الأرجل ، بالقرب من كل جسم ، يرتفع شيء مثل المرآة المقعرة أو العاكس. كل عاكس من هذا القبيل في "بصلة" الرخويات يتكون بدوره من نوعين من الخلايا ذات الشقين ، من الخلايا الصبغية الداكنة التي لا تنقل الضوء ، وأمامها صفوف من الخلايا الفضية التي تعكس الضوء.

أثناء حياة الكائن الحي ، تحدث عمليات كيميائية مختلفة في خلاياه. فيما يتعلق بهذه العمليات ، تظهر أشكال مختلفة من الطاقة في الجسم: حرارية ، بسبب ارتفاع درجة حرارتها ؛ الميكانيكية التي تعتمد عليها تحركاتها ؛ الكهربائية ، وهي مرتبطة بعمل أعصابه. الضوء أيضًا نوع خاص من الطاقة ينشأ تحت تأثير العمل الداخلي الذي يحدث في الجسم. مادة البكتيريا المضيئة وتلك الخلايا التي يتكون منها الجهاز المضيء للحيوانات ، مؤكسدة ، تشع طاقة ضوئية.

ما هو الدور الذي يلعبه الضوء في حياة الحيوان؟ لم يكن من الممكن بعد الإجابة على هذا السؤال في كل حالة على حدة. لكن فوائد التوهج للعديد من الحيوانات لا يمكن الشك فيها. تعيش الأسماك وجراد البحر المضيئة في عمق لا يخترق فيه ضوء الشمس. في الظلام ، من الصعب تمييز ما يحدث حولك ، وتعقب الفريسة ومراوغة العدو في الوقت المناسب. في هذه الأثناء ، يتم رؤية الأسماك وجراد البحر المضيئة ولديها عيون. القدرة على التوهج تجعل حياتهم أسهل.

بالإضافة إلى ذلك ، نعرف كيف تنجذب بعض الحيوانات إلى الضوء. السمكة التي لديها شيء مثل المصباح الكهربائي الذي يخرج من رأسها ، أو سمكة الصياد ، مع مجسات طويلة تشبه الحبل "مع مصباح يدوي" في النهاية ، تستخدم أعضاء مضيئة لجذب الفريسة. بل إن الرخويات رأسيات الأرجل أكثر سعادة في هذا الصدد: ضوءها المتقلب والمتقزح يجذب البعض ويخيف الآخرين. بعض أنواع القشريات الصغيرة المضيئة ، في لحظة الخطر ، تتخلص من نفاثات من مادة مضيئة ، تخفيها السحابة المضيئة الناتجة عن العدو. أخيرًا ، يعمل التوهج في بعض الحيوانات كوسيلة لإيجاد وجذب جنس واحد من الحيوان إلى جنس آخر: وبالتالي يجد الذكور الإناث أو ، على العكس من ذلك ، يجذبونهم إلى أنفسهم. وبالتالي ، فإن وهج الحيوانات هو أحد التكيفات التي تزخر بها الحياة البرية ، وهو أحد أدوات الكفاح من أجل الوجود.

التلألؤ البيولوجي هو قدرة الكائنات الحية على التوهج. يعتمد على العمليات الكيميائية التي يتم فيها إطلاق الطاقة المنبعثة في شكل ضوء. يعمل التلألؤ البيولوجي على جذب الفريسة أو الأصدقاء أو التواصل أو التحذير أو التمويه أو الردع.

يعتقد العلماء أن التلألؤ البيولوجي ظهر في مرحلة الانتقال من أشكال الحياة اللاهوائية إلى أشكال الحياة الهوائية كرد فعل وقائي للبكتيريا القديمة فيما يتعلق بـ "السم" - الأكسجين ، الذي أطلقته النباتات الخضراء أثناء عملية التمثيل الضوئي. تم العثور على تلألؤ بيولوجي في البكتيريا والفطريات ومجموعة واسعة إلى حد ما من ممثلي فئة الحيوانات - من البروتوزوا إلى الحبليات. لكنها شائعة بشكل خاص بين القشريات والحشرات والأسماك.

تساعد البكتيريا الكائنات الحية على "تكوين" الضوء ، أو أنها تتعامل مع هذه المهمة بمفردها. في هذه الحالة ، يمكن أن ينبعث الضوء من سطح الجسم بالكامل والأعضاء الخاصة - الغدد ، بشكل أساسي من أصل الجلد. هذا الأخير موجود في العديد من الحيوانات البحرية ، وبين الحيوانات البرية - في الحشرات ، وبعض ديدان الأرض ، والمئويات ، إلخ.

يراعة

ولعل أشهرها في التلألؤ الحيوي. عائلة اليراع ( لامبريداي) لديها حوالي 2000 نوع. يمكن أن تتباهى المناطق المدارية وشبه الاستوائية بأكبر تنوع لهذه الخنافس ، ولكن في أراضي الاتحاد السوفياتي السابق كان هناك فقط سبعة أجناس وحوالي 20 نوعًا من هذه الحشرات. حسنًا ، إنهم بحاجة إلى الضوء ليس على الإطلاق من أجل "جعله ينير لنا في أحلك ليلة" ، ولكن للتواصل مع بعضهم البعض ، سواء كانت إشارات نداء من الذكور الباحثين عن الإناث ، أو التقليد (تحت الإضاءة المحيطة ، من أجل على سبيل المثال ، ضوء المصباح الكهربائي أو القمر الذي يضيء العشب) ، وحماية المنطقة ، وما إلى ذلك.

يراعة مشتركة / © فليكر

ضوء الليل

Noctiluca scintillans، أو ضوء الليل ، ينتمي إلى أنواع ما يسمى دينوفلاجيلاتس. في بعض الأحيان يطلق عليهم أيضًا اسم dinoflagellates نظرًا لقدرتهم على التمثيل الضوئي. في الواقع ، معظمهم عبارة عن سوط بقشرة متطورة داخل الخلايا. إن دينوفلاجيلاتيس هم المذنبون في ظاهرة "المد الأحمر" الشهيرة ، وهي ظاهرة مخيفة بقدر ما هي جميلة. ولكن من الرائع بشكل خاص ، بالطبع ، "الإضاءة" الزرقاء لأضواء الليل ، والتي يمكن ملاحظتها في الليل في مياه البحار والمحيطات والبحيرات. كل من اللون الأحمر والتوهج الأزرق ناتج عن وفرة هذه الكائنات الدقيقة المذهلة في الماء.

الماء مضاء بأضواء ليلية / © Flickr

الصياد

حصل هذا النوع البريء من الأسماك العظمية على شكل صياد على اسمه بسبب مظهره غير الجذاب للغاية. أحكم لنفسك:

راهب أعماق البحار / © Flickr

شياطين البحر بها "سوء إطباق" ، لذلك فمهم مفتوح باستمرار وتخرج منه أسنان شائكة حادة. جسم السمكة مغطى بعدد كبير من الزوائد الجلدية والدرنات واللويحات. ليس من المستغرب أن يفضل هؤلاء البحر "quasimodo" العيش في أعماق كبيرة - على ما يبدو ، هذه هي الطريقة التي يختبئون بها من عيون الحاقدة. لكن بجدية ، هذه الأسماك مثيرة جدًا للاهتمام. عن غيرهم من سكان العالم تحت الماء ، من بين أشياء أخرى ، تتميز بالجزء الأمامي من الزعنفة الظهرية ، والتي تقع مباشرة فوق الفم. هذا "المصباح" المضيء يحتاجه سمكة الراهب ليس لإضاءة طريقها ، ولكن لجذب الفريسة.

بعوض الفطر

ليس أقل إثارة للدهشة هو تلألؤ بيولوجي آخر - جنس من البعوض الفطري من عائلة البعوض الفطري. هذا الجنس كان يسمى سابقا بوليتيفيلاوهو ما يعني "عاشق الفطر". تمت إعادة تسميته الآن إلى أراكنوكامبا- "يرقة العنكبوت". الحقيقة هي أن يرقة هذه البعوضة تنسج شباكًا حقيقية. بعد أن فقس للتو في ضوء النهار ، يبلغ طول اليرقات 3-5 مم فقط ، ولكن في المرحلة النهائية من التطور تنمو حتى 3 سم. في مرحلة اليرقات ، يقضي هذا البعوض معظم حياته ، لذلك ، من أجل إطعام الفريسة وجذبها ، يقومون بنسج سقف الكهوف مثل عش من الحرير ، يتدلى أسفل أطراف الخيوط اللزجة التي تضيء أجسادهم. منتشر في الكهوف والكهوف في أستراليا ونيوزيلندا.

يرقات بعوض الفطر / © Flickr

فطر النيون

لسوء الحظ ، فإن معجزة الطبيعة هذه عبارة عن فطر مضيء بشكل مذهل. كلوروفوس ميسينالن تجده في منطقتنا. لرؤيتها ، يجب أن تذهب إلى اليابان أو البرازيل. نعم ، وسيتعين عليك انتظار موسم الأمطار ، عندما تظهر هذه الفطريات الخضراء المذهلة من الأبواغ "المشتعلة".

ما إذا كانت هذه المعجزة صالحة للأكل أم لا. ومع ذلك ، قلة من الناس يجرؤون على تقديم مثل هذه اللوحة المضيئة على الطاولة. إذا كنت لا تزال ترغب في البحث عنه ، فننصحك بالنظر إلى قاعدة جذوع الأشجار ، أو بجانب الفروع المتساقطة أو المقطوعة ، أو أكوام أوراق الشجر ، أو ببساطة على التربة الرطبة.

فطر النيون / © Flickr

حبار عملاق

إنه أكبر حبار مضيء بيولوجيًا ( تانينجيا داناي) وربما أجمل أنواع هذه الحيوانات بشكل عام. يعرف العلم عينة كان طولها 2.3 م ووزنها حوالي 161 كجم! ومع ذلك ، ليس من السهل رؤية هذا الرجل الوسيم المهيب: فهو يعيش على عمق حوالي 1000 متر ويوجد في المياه الاستوائية وشبه الاستوائية. رغم الجمال تانينجيا داناي- مفترس عدواني. قبل الانقضاض على الضحية ، يصدر الحبار ومضات قصيرة من الضوء بمساعدة أعضاء خاصة موجودة على المجسات. ما الغرض من هذه الومضات؟ حسنًا ، من الواضح أنه ليس من أجل "تحذير" الضحية. يعتقد العلماء أن هناك حاجة إليها إما لتعمية سكان أعماق البحار ، أو لتقدير المسافة إلى الهدف. ويساعد العرض الملون الحيوان على إغواء الأنثى.

الحبار العملاق ذو الإضاءة الحيوية / © Flickr

يجب أن تكون "السمكة الذهبية" الحديثة متناهية الصغر وتتألق بضوء أخضر

لسنوات عديدة ، بدا البروتين الفلوري الأخضر (GFP) فضولًا كيميائيًا حيويًا عديم الفائدة ، لكنه أصبح في التسعينيات أداة قيمة في علم الأحياء. هذا الجزيء الطبيعي الفريد يتألق بالإضافة إلى الأصباغ الاصطناعية ، ولكن على عكسهم غير ضار. باستخدام GFP ، يمكنك أن ترى كيف تنقسم الخلية ، وكيف تعمل نبضة على طول الألياف العصبية ، أو كيف "تستقر" النقائل في جميع أنحاء جسم حيوان المختبر. اليوم ، تُمنح جائزة نوبل في الكيمياء لثلاثة علماء يعملون في الولايات المتحدة لاكتشاف وتطوير هذا البروتين.

للحصول على الجزء الأول من البروتين الجديد ، اصطاد الباحثون قنديل البحر بشبكات يدوية - ألقوا بشبكة ، مثل رجل عجوز من قصة بوشكين الخيالية. الأمر الأكثر إثارة للدهشة هو أن بروتين قنديل البحر الغريبة المعزول من قناديل البحر هذه أصبح "سمكة ذهبية" حقيقية في غضون بضعة عقود ، وهو ما يلبي أكثر الرغبات العزيزة لعلماء الأحياء الخلوية.

ما هو GFP؟

ينتمي GFP إلى أكبر مجموعة من الجزيئات وأكثرها تنوعًا في الكائنات الحية المسؤولة عن العديد من الوظائف البيولوجية ، وهي البروتينات. إنه لون أخضر حقًا ، على الرغم من حقيقة أن معظم البروتينات غير ملونة (ومن هنا جاءت تسميتها - البروتين).

بعض البروتينات الملونة لها لون بسبب وجود جزيئات غير بروتينية - "وزن مكتمل". على سبيل المثال ، يتكون الهيموغلوبين في دمائنا من جزيء هيم غير بروتيني وبني أحمر اللون وجزء بروتين عديم اللون ، غلوبين. GFP هو بروتين نقي بدون "إضافات": جزيء متسلسل يتكون من "روابط" عديمة اللون - أحماض أمينية. ولكن بعد التوليف ، إن لم يكن معجزة ، فستحدث خدعة على الأقل: تطوى السلسلة إلى "كرة" ، وتكتسب اللون الأخضر والقدرة على إصدار الضوء.

في خلايا قنديل البحر ، يعمل GFP جنبًا إلى جنب مع بروتين آخر ينبعث منه الضوء الأزرق. يمتص GFP هذا الضوء وينبعث منه اللون الأخضر. لماذا يتوهج قنديل البحر في أعماق البحار Aequorea victoria باللون الأخضر ، ما زال العلماء لا يفهمون. مع اليراعات ، كل شيء بسيط: في موسم التزاوج ، تضيء الأنثى "منارة" للذكور - نوع من إعلان الزواج: أخضر ، طوله 5 مم ، يبحث عن شريك الحياة.

في حالة قناديل البحر ، لا يتناسب هذا التفسير: فهي لا تستطيع التحرك بنشاط ومقاومة التيارات ، لذا حتى لو أعطت إشارات بعضها البعض ، فإنهم هم أنفسهم غير قادرين على السباحة "إلى الضوء".

أوسامو شيمومورا: لا يمكنك سحب قنديل البحر بسهولة

بدأ كل شيء في الخمسينيات من القرن الماضي ، عندما بدأ أوسامو شيمومورا في دراسة قنديل البحر اللامع في أعماق البحار Aequorea victoria في مختبر فرايداي هاربور البحري في الولايات المتحدة. من الصعب تخيل فضول علمي أكثر "خمولًا": فقد تساءل الأشخاص الذين يرتدون نظارة طبية عن سبب توهج مخلوق جيلاتيني غير معروف في ظلام أعماق البحر. سأدرس سم قنديل البحر ، وسيكون من الأسهل تخيل احتمال التطبيق العملي.

اتضح أنه كان من المستحيل اصطياد قناديل البحر بشباك الجر الصناعية: فهي مصابة بجروح خطيرة ، لذلك كان لا بد من صيدها بشباك يدوية. لتسهيل العمل العلمي "الإبداعي" تحت إشراف ياباني عنيد ، صمموا آلة خاصة لقطع قنديل البحر.

لكن الفضول العلمي ، مضروبًا في الدقة اليابانية ، أعطى نتائج. في عام 1962 ، نشر شيمومورا وزملاؤه مقالًا تحدثوا فيه عن اكتشاف بروتين جديد يسمى GFP. الشيء الأكثر إثارة للاهتمام هو أن شيمومورا لم يكن مهتمًا بـ GFP ، ولكن ببروتين قنديل البحر آخر - aequorin. تم اكتشاف GFP على أنه "منتج مشترك". بحلول عام 1979 ، قام شيمومورا وزملاؤه بتفصيل هيكل GFP ، والذي كان بالطبع مثيرًا للاهتمام ، ولكن فقط لعدد قليل من المتخصصين الفرعيين.

مارتن شلفي: سنجاب قنديل البحر بدون قنديل البحر

تم تحقيق هذا الاختراق في أواخر الثمانينيات وأوائل التسعينيات من القرن الماضي بمشاركة رائدة لمارتن تشالفي ، ثاني "ثالوث" الحائزين على جائزة نوبل. باستخدام أساليب الهندسة الوراثية (التي تم تشكيلها بعد 15-20 عامًا من اكتشاف GFP) ، تعلم العلماء كيفية إدخال جين GFP في البكتيريا ، ثم في الكائنات الحية المعقدة ، وأجبروهم على تصنيع هذا البروتين.

كان يعتقد سابقًا أن GFP يتطلب "بيئة" كيميائية حيوية فريدة موجودة داخل جسم قنديل البحر من أجل اكتساب خصائصه الفلورية. أثبت Chalfi أنه يمكن أيضًا تكوين GFP المضيء الكامل في الكائنات الحية الأخرى ، يكفي جين واحد. الآن العلماء لديهم هذا البروتين "تحت الغطاء": ليس في أعماق البحار ، ولكن دائمًا في متناول اليد وبكميات غير محدودة. لقد فتحت آفاق غير مسبوقة للتطبيق العملي.

تجعل الهندسة الوراثية من الممكن إدخال جين GFP ليس فقط "في مكان ما" ، ولكن لإرفاقه بجين بروتين معين يهتم به الباحث. نتيجة لذلك ، يتم تصنيع هذا البروتين بعلامة مضيئة ، مما يجعل من الممكن رؤيته تحت المجهر على خلفية آلاف بروتينات الخلايا الأخرى.

الطبيعة الثورية لـ GFP هي أنه يسمح لك "بتمييز" البروتين في خلية حية ، والخلية نفسها تصنعه ، وفي العصر السابق لـ GFP ، تم إجراء جميع الفحص المجهري تقريبًا على مستحضرات "ثابتة". في الأساس ، كان علماء الكيمياء الحيوية يدرسون "لقطات" للعمليات البيولوجية "في وقت الوفاة" ، على افتراض أن كل شيء في التحضير ظل كما هو في الحياة. أصبح من الممكن الآن مراقبة العديد من العمليات البيولوجية في كائن حي وتسجيلها بالفيديو.

متجر الفاكهة روجر زيهين

الحائز الثالث على جائزة نوبل ، بشكل عام ، لم "يكتشف" أي شيء. مسلحين بمعرفة الآخرين بـ GFP وطرق الهندسة الوراثية ، في مختبر Roger Tsien (Qian Yongjian ، Roger Y. Tsien) ، بدأ العلماء في إنشاء "في صورة ومثال" بروتينات فلورية جديدة تناسب احتياجاتهم بشكل أفضل. تم القضاء على عيوب كبيرة من GFP "الطبيعي". على وجه الخصوص ، يتوهج البروتين من قنديل البحر بشكل ساطع عند تعريضه للأشعة فوق البنفسجية ، والضوء المرئي أفضل بكثير لدراسة الخلايا الحية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن البروتين "الطبيعي" عبارة عن رباعي (يتم تجميع الجزيئات في أربع). تخيل أن أربعة جواسيس (GFPs) يجب أن يراقبوا أربعة مساعدين ("السناجب المميزة") ، وفي نفس الوقت يمسكون بأيديهم طوال الوقت.

من خلال تغيير العناصر الهيكلية الفردية للبروتين ، طور Tsien وزملاؤه تعديلات على GFP ، خالية من هذه وعدد من أوجه القصور الأخرى. يتم استخدامها الآن من قبل العلماء في جميع أنحاء العالم. بالإضافة إلى ذلك ، ابتكر فريق Zien قوس قزح من البروتينات الفلورية ، من الأزرق إلى البنفسجي الأحمر. أطلق Tsien اسم السناجب الملونة على ثمار ذات الألوان المقابلة: mBanana و tdTomato و mStrawberry (الفراولة) و mCherry (الكرز) و mPlum (البرقوق) وما إلى ذلك.

جعل Tsien قائمة تطوراته تبدو وكأنها كشك فواكه ، ليس فقط من أجل الترويج. وفقًا له ، مثلما لا توجد فاكهة واحدة أفضل لجميع الحالات ، فلا يوجد بروتين فلوري أفضل واحد: لكل حالة محددة ، تحتاج إلى اختيار البروتين "الخاص بك" (والآن هناك الكثير للاختيار من بينها). هناك حاجة إلى ترسانة من البروتينات متعددة الألوان عندما يريد العلماء تتبع عدة أنواع من الكائنات في نفس الوقت في خلية واحدة (عادة ما يفعلون ذلك).

تمثلت الخطوة الجديدة في تصميم البروتينات الفلورية في إنشاء بروتينات "نشطة ضوئيًا". فهي لا تتألق (وبالتالي لا يمكن رؤيتها تحت المجهر) حتى يقوم الباحث "بإضاءةها" بإشعاع قصير المدى باستخدام ليزر مختار خصيصًا. شعاع الليزر يشبه وظيفة الاختيار في تطبيقات الكمبيوتر. إذا لم يكن العالم مهتمًا بجميع جزيئات البروتين ، ولكن فقط في مكان واحد محدد وبدءًا من لحظة معينة ، فيمكنك "اختيار" هذه المنطقة بشعاع ليزر ، ثم مراقبة ما يحدث مع هذه الجزيئات. على سبيل المثال ، يمكنك "تنشيط" واحد من عشرات الكروموسومات ، ثم مشاهدة كيف "ينتقل" حول الخلية أثناء الانقسام ، وبقية الكروموسومات لن تعترض طريقك.

الآن ذهب العلماء إلى أبعد من ذلك: ابتكروا مؤخرًا بروتينات الحرباء الفلورية التي تغير لونها بعد تشعيع خاص ، وهذه التغييرات قابلة للعكس: يمكنك "تبديل" الجزيء من لون إلى آخر عدة مرات. هذا يزيد من احتمالات دراسة العمليات في الخلية الحية.

بفضل التطورات التي حدثت في العقد الماضي ، أصبحت البروتينات الفلورية إحدى الأدوات الرئيسية لأبحاث الخلايا. تم بالفعل نشر حوالي سبعة عشر ألف مقال علمي حول GFP وحده أو الدراسات التي تستخدمه. في عام 2006 ، أقام معمل فرايداي هاربور ، حيث تم اكتشاف GFP ، نصبًا تذكاريًا يصور جزيء GFP ، بارتفاع 1.4 متر ، أي حوالي مائة مليون مرة أكبر من الأصلي.

يعتبر GFP من قنديل البحر Aequorea أفضل دليل على أن البشر يحتاجون لحماية تنوع الأنواع "غير المفيدة" من الحيوانات البرية. منذ حوالي عشرين عامًا ، لم يكن أحد ليتخيل أن البروتين الغريب لقنديل البحر غير المعروف سيصبح الأداة الرئيسية للبيولوجيا الخلوية في القرن الحادي والعشرين. لأكثر من مائة مليون سنة ، عمل التطور على تكوين جزيء بخصائص فريدة لا يستطيع أي عالم أو كمبيوتر بناءها "من الصفر". كل من مئات الآلاف من الأنواع النباتية والحيوانية يصنع آلاف الجزيئات البيولوجية الخاصة به ، والتي لم تتم دراستها في الغالبية العظمى منها بعد. ربما يوجد في هذا الأرشيف الحي الضخم الكثير مما تحتاجه البشرية يومًا ما.

أدى التوافر المتزايد للبيولوجيا الجزيئية "عالية التقنية" إلى حقيقة أن البروتينات المضيئة لا تستخدم فقط في الأبحاث الجادة.

الدهون الفلورية الخضراء

في عام 2000 ، بتكليف من الفنان المعاصر إدواردو كاك ، صنع عالم الوراثة الفرنسي أرنبًا أخضر فلوريًا اسمه ألبا. لم يكن للتجربة أي غرض علمي: كانت ألبا "عملًا فنيًا" للفنان كاتز في الاتجاه الذي اخترعه - الفن المعدل وراثيًا. تم عرض الأرنب (آسف ، عمل فني لكاتز) في مختلف المعارض والمؤتمرات الصحفية وغيرها من الأحداث التي جذبت الكثير من الاهتمام.

في عام 2002 ، ماتت ألبا بشكل غير متوقع ، وظهرت فضيحة حول الحيوان المؤسف في الصحافة بسبب التناقضات بين العالم المؤدي والعميل الفنان. دافع علماء الوراثة الفرنسيون ، على سبيل المثال ، عن أحد زملائهم من هجمات كاتس ، أن ألبا لم تكن في الواقع خضراء ومضيئة كما تبدو في الصور. ولكن عندما يتعلق الأمر بالفن ، فلماذا لا تزين الفوتوشوب؟

تتعارض الهندسة الوراثية البشرية مع أخلاقيات الطب ، لذلك من غير المحتمل أن يتم استخدام البروتينات الفلورية في المؤسسات الطبية القانونية لأغراض التشخيص والأغراض المماثلة. ومع ذلك ، يمكن الافتراض أن صالونات التجميل والمؤسسات الأخرى الأقل رقابة ستهتم بفرص جديدة. تخيل ، على سبيل المثال ، أظافر أو شفاه طبيعية (بدون ملمعات أو أحمر شفاه!) ، والتي يتغير لونها حسب الضوء بل تتوهج في الظلام إذا أحبها شخص ما ... أو نمط على الجلد يتكون من خلايا الفلورسنت الخاصة به ، الذي يصبح مرئيًا ، فقط إذا كنت تتألق بمصباح خاص ، بدلاً من الوشم ، الذي ينظر إليه كل شخص ليس كسولًا جدًا ، ولكن يصعب إزالته.

أخبار الشريك

التلألؤ البيولوجي (المترجم من كلمة "bios" اليونانية - الحياة ، واللاتينية "lumen" - light) هو قدرة الكائنات الحية على إصدار الضوء. هذه واحدة من أكثر الظواهر المدهشة. لا يحدث في كثير من الأحيان في الطبيعة. كيف تبدو؟ دعنا نشاهد:

10 العوالق المتوهجة

الصورة 10. العوالق المتوهجة ، جزر المالديف

متوهجة العوالق في بحيرة جيبسلاند ، أستراليا. هذا التوهج ليس أكثر من تلألؤ بيولوجي - عمليات كيميائية في جسم الحيوانات ، حيث يتم إطلاق الطاقة المنبعثة في شكل ضوء. كانت ظاهرة التلألؤ الحيوي المذهلة بطبيعتها محظوظة ليس فقط لرؤية المصور فيل هارت (فيل هارت) ، ولكن أيضًا لتصويرها.

9 فطر متوهج

تُظهر الصورة Panellus Stipticus. أحد أنواع الفطر القليلة التي تحتوي على تلألؤ بيولوجي. هذا النوع من الفطر شائع جدًا في آسيا وأستراليا وأوروبا وأمريكا الشمالية. ينمو في مجموعات على جذوع الأشجار وجذوع الأشجار المتساقطة الأوراق ، وخاصة على البلوط والزان والبتولا.

8. برج العقرب

تُظهر الصورة عقربًا متوهجًا تحت الأشعة فوق البنفسجية. العقارب لا تشع ضوءها الخاص ، لكنها تتوهج تحت شعاع ضوء نيون غير مرئي. الشيء هو أنه في الهيكل العظمي الخارجي للعقرب توجد مادة تبعث ضوءها فقط تحت الأشعة فوق البنفسجية.

7. Glowworms Waitomo Caves ، نيوزيلندا

تعيش يرقات البعوض المضيئة في كهف ويتومو في نيوزيلندا. يغطون سقف الكهف. تترك هذه اليرقات خيوطًا من الوحل المتوهج ، تصل إلى 70 لكل دودة. هذا يساعدهم على اصطياد الذباب والبراغيش التي يتغذون عليها. في بعض الأنواع ، تكون هذه الخيوط سامة!

6 قنديل البحر المتوهج ، اليابان

الصورة 6. قنديل البحر المتوهج ، اليابان

يمكن رؤية مشهد مذهل في خليج توياما باليابان - آلاف قناديل البحر جرفتها المياه على شاطئ الخليج. علاوة على ذلك ، تعيش قناديل البحر هذه في أعماق كبيرة ، وخلال موسم التكاثر ترتفع إلى السطح. في تلك اللحظة ، تم إحضارهم بأعداد كبيرة إلى الأرض. ظاهريًا ، هذه الصورة تذكرنا جدًا بالعوالق المضيئة! لكن هذين شيئين مختلفين تمامًا.

5. الفطر المضيء (ميسينا لوكس-كويلي)

ما تراه هنا هو فطر ميسينا لوكس كيلي المتوهج. تنمو في اليابان خلال موسم الأمطار على أشجار تشينكوابين الساقطة. ينبعث هذا الفطر من الضوء بفضل مادة تسمى لوسيفيرين ، والتي تتأكسد وتعطي هذا التوهج الأبيض المخضر. من المضحك جدًا أن كلمة لوسيفيرو باللاتينية تعني "نور المانح". من يعرف! يعيش هذا الفطر لبضعة أيام فقط ، ويموت عندما تنتهي الأمطار.

4. الوهج من ostracod Cypridina hilgendorfii ، اليابان

Cypridina hilgendorfii - ما يسمى بالنعام الصدفي ، صغير (في الغالب لا يزيد عن 1-2 مم) ، كائنات شفافة تعيش في المياه الساحلية ورمال اليابان. تتوهج بفضل مادة لوسيفيرين.

حقيقة مثيرة للاهتمام هي أنه خلال الحرب العالمية الثانية ، جمع اليابانيون هذه القشريات للحصول على الضوء في الليل. بعد ترطيب هذه الكائنات في الماء ، تبدأ في التوهج مرة أخرى.

3. اليراعات متوهجة

الصورة 3. صورة التعرض الطويل لليراعات

هذا ما تبدو عليه موائل اليراعات ، مأخوذة بسرعة غالق بطيئة. تومض اليراعات لجذب انتباه الجنس الآخر.

2. البكتيريا المضيئة

البكتيريا المضيئة ظاهرة طبيعية مذهلة. يتم إنتاج الضوء الموجود في البكتيريا في السيتوبلازم. إنهم يعيشون بشكل رئيسي في مياه البحر ، وفي كثير من الأحيان على الأرض. تنبعث إحدى البكتيريا من تلقاء نفسها ضوءًا ضعيفًا للغاية وغير مرئي تقريبًا ، ولكن عندما تكون بأعداد كبيرة ، فإنها تتوهج بضوء أزرق أكثر كثافة ولطيفًا للغاية.

1 - ميدوسا (إيكوريا فيكتوريا)

في الستينيات ، حدد العالم الياباني الأمريكي أوسامو شيمومورا بجامعة ناغويا بروتين aequorin المضيء من قنديل البحر Aequorea victoria. أظهر شيمومورا أن الأيكورين يبدأ مع أيونات الكالسيوم بدون أكسجين (أكسدة). بعبارة أخرى ، فإن الجزء الباعث للضوء ليس ركيزة منفصلة في حد ذاته ، ولكنه ركيزة مرتبطة بقوة بالبروتين. هذا ، بدوره ، قدم مساهمة كبيرة ليس فقط في العلم ، ولكن أيضًا في الطب. في عام 2008 ، حصل شيمومورا على جائزة نوبل لعمله.