Miksi meduusat hehkuvat. Upeimmat valovoimaiset elävät olennot. Poison Jellyfish - Sea Wasp

Hehkua pidetään yleisenä ilmiönä luonnossa. Siksi kyky säteillä valoa yksinkertaisen kemiallisen reaktion tai bioluminesenssin kautta löytyy ainakin 50 erilaisesta sienilajista, tulikärpäsistä ja jopa pelottavasta meren elämästä. Tämän reaktion avulla valovoimaiset olennot saavat monia etuja itselleen: ne karkottavat saalistajia, houkuttelevat saalista, vapauttavat solunsa hapesta tai yksinkertaisesti selviävät olemassaolosta valtameren syvyyksien ikuisessa pimeydessä.

Tavalla tai toisella luminesenssi on yksi elämän nerokkaimmista työkaluista, ja esittelemme sinulle luettelon epätavallisimmista ja oudoimmista olennoista, jotka voivat hehkua pimeässä. Monet näistä lajeista ovat tällä hetkellä esillä American Museum of Natural Historyssa New Yorkissa.

Merikrotti naaras ja uros

helvetin kalmari

Hehkuva meduusa

Millaisia ​​epätavallisia ja hämmästyttäviä olentoja et tapaa meressä tai valtameren syvyyksissä. Seuraavat vihreäreunaiset purppuraiset olennot elävät Tyynellämerellä Pohjois-Amerikan rannikon edustalla. Nämä meduusat pystyvät luomaan kahdenlaisia ​​hehkua kerralla. Bioluminesenssilla on purppuransininen hehku, ja se syntyy kalsiumin ja proteiinin välisestä kemiallisesta reaktiosta. Ja tämä reaktio puolestaan ​​aiheuttaa hehkua meduusan reunan ympärillä muodostaen vihreän fluoresoivan proteiinin ja sitten vihreän hehkun. Tutkijat käyttävät laajasti tätä olennon ominaisuutta tutkiakseen kehon prosessien visualisointia.

tuli vesi

Varmasti harvat tietävät, että luonnossa on ilmiö, jota voidaan verrata valaisevaan valtamereen. Kukaan ei kuitenkaan kieltäytyisi tarkkailemasta valtameren kirkkaan sinistä neonsurffausta. Asia on, että vesi on täynnä dinoflagellaatteja, yksisoluisia planktonisia olentoja, joilla on häntä ja jotka ovat jakautuneet vaikuttaville alueille rannikon edustalla. Tiedemiehet uskovat, että nämä olennot ovat asuttaneet planeetallamme miljardi vuotta, ja viime vuosituhansien ajan hämmentyneet ihmiset ovat yleensä pitäneet tämän ilmiön merijumalien salaperäisen taikuuden ansioksi.

suuri suu

Saadakseen ruokaa omaan ravintoonsa tämä kala käyttää ensin bioluminesenssia fluoresenssiin punaisten valojen muodossa nenän läheisyydessä ja lähettää sitten punaisia ​​pulsseja havaitakseen katkarapuja. Kun saalis löydetään, signaali vapautetaan ja leuka aktivoituu. Nerokas saalistaja hyödyntää sitä tosiasiaa, että katkaravut, kuten monet muutkin meren asukkaat, eivät tunnista punaista valoa.

sistellaspice katkarapu

Kaikki katkaravut eivät kuitenkaan ole niin muokattavia ja helposti saalistajia. Esimerkiksi sistellaspis-katkarapuilla on erinomainen suoja, myös suuria suita vastaan. Nämä katkaravut riisuvat saalistajat aseista sylkemällä ilkeää hehkuvaa nestettä heidän hännänstään heidän suunsa eteen.

korallin seinä

Caymansaarilta on löydetty 1000 jalkaa korkea verinen hehkuvan korallin seinä. Tämä mielenkiintoinen ilmiö tuli mahdolliseksi, koska monet bioluminesoivat olennot ovat löytäneet turvapaikan täältä. Monet sukeltajat ottavat kuvia siitä, kuinka korallit muuttavat punaisen värinsä hämmästyttäväksi vihreäksi hehkuksi.

V. LUNKEVICH.

Valerian Viktorovich Lunkevich (1866-1941) - biologi, opettaja, erinomainen popularisoija.

Riisi. 1. Yövalo "Merikynttilä".

Riisi. 3. Kala onkija.

Riisi. 4. Hehkuva kala.

Riisi. 6. Korallin oksa, jossa on valoisia polyyppeja.

Riisi. 5. Valoisa pääjalkainen.

Riisi. 7. Tulikärpäsen naaras.

Riisi. Kuva 8. Pääjalkaisen nilviäisen luminesenssielin: a - valoosa, joka muistuttaa linssiä; b - valokennojen sisäkerros; c - hopeanhohtoisten solujen kerros; d - kerros tummia pigmenttisoluja.

Kuka meistä ei olisi joutunut ihailemaan lämpimänä kesäiltana tulikärpästen vihertäviä valoja, jotka lentävät ilmassa eri suuntiin? Mutta kuinka monet ihmiset tietävät, että paitsi jotkut bugit, myös muut eläimet, erityisesti merien ja valtamerten asukkaat, ovat kyky hehkua?

Jokainen Mustanmeren rannikolla kesän viettänyt on nähnyt yhtä luonnon kauneimmista näytelmistä useammin kuin kerran.

Yö on tulossa. Meri on tyyni. Pienet väreet liukuvat sen pinnalla. Yhtäkkiä yhden lähimmän aallon harjalla välähti kirkas raita. Hänen takanaan välähti toinen, kolmas... Niitä on monia. Ne kimaltelevat hetken ja haalistuvat murtuneen aallon mukana syttyäkseen uudelleen. Seisot ja katsot kuin lumoutuneena miljoonia valoja, jotka tulvivat merta valollaan, ja kysyt - mikä tässä on hätänä?

Tiede on jo pitkään ratkaissut tämän mysteerin. Osoittautuu, että miljardit yövaloina tunnetut mikroskooppiset olennot säteilevät valoa (kuva 1). Lämmin kesävesi suosii niiden lisääntymistä, ja sitten ne ryntäävät meren yli lukemattomina laumoina. Jokaisen tällaisen yövalon rungossa on kellertäviä palloja, jotka lähettävät valoa.

"Pikakelataan" nyt yhdelle trooppisista merestä ja sukeltakaamme sen vesille. Tässä kuva on vielä upeampi. Nyt jotkut omituiset eläimet uivat rauhoittavassa joukossa, nyt yksin: ne näyttävät sateenvarjoilta tai tiheästä hyytelöstä tehdyiltä kelloilta. Nämä ovat meduusoja: suuria ja pieniä, tummia ja valoisia, joskus sinisiä, joskus vihreitä, joskus keltaisia, joskus punertavia. Näiden liikkuvien moniväristen "lyhtyjen" joukossa kelluu rauhallisesti, hitaasti jättimäinen meduusa, jonka sateenvarjon halkaisija on kuusikymmentä-seitsemänkymmentä senttimetriä (kuva 2). Kaukana näkyy valoa säteileviä kaloja. Kalakuu ryntää päätä myöten, kuin kuu muiden valoisten kalatähtien joukossa. Toisella kalalla on kirkkaasti palavat silmät, toisella päässä on prossu, jonka kärki muistuttaa palavaa sähkölamppua, kolmannen päässä roikkuu pitkä johto, jonka päässä on ”taskulamppu” (kuva 3). yläleuka, ja jotkut valaisevat kalat ovat täysin täynnä säteilyä niiden vartaloa pitkin sijaitsevien erityisten elinten, kuten sähkölamppujen, ansiosta (kuva 4).

Menemme alas - sinne, missä auringon valo ei enää tunkeudu, missä näyttäisi olevan ikuinen, läpäisemätön pimeys. Ja siellä täällä "tulet palavat"; ja täällä yön pimeyttä leikkaavat erilaisten valoisten eläinten ruumiista lähtevät säteet.

Valoisat madot ja nilviäiset parveilevat merenpohjassa kivien ja levien keskellä. Heidän paljaat ruumiinsa ovat täynnä loistavia raitoja, täpliä tai pilkkuja, kuten timanttipölyä; vedenalaisten kivien reunoilla meritähtiä tulvii valoa; rapu heittelee heti metsästysalueensa kaikkiin päihin ja valaisee edessään olevan polun valtavilla, tähystyslasimaisilla silmillä.

Mutta upein kaikista on yksi pääjalkaisista: se kaikki kylpee kirkkaan sinisen säteissä (kuva 5). Hetki - ja valo sammui: sammutin juuri sähkökruunun. Sitten valo ilmestyy jälleen - aluksi heikko, sitten yhä kirkkaampi, nyt se heijastuu jo purppuraan - auringonlaskun väreihin. Ja siellä se sammuu taas, leimahtaakseen uudelleen muutaman minuutin ajan herkän vihreän lehden värillä.

Vedenalaisessa maailmassa voit nähdä muita värikkäitä maalauksia.

Muistakaamme punaisen korallin tunnettu haara. Tämä haara on kotieläimille, jotka ovat hyvin yksinkertaisia ​​organisaatioltaan - polyyppeja. Polyypit elävät laajoissa pesäkkeissä, jotka näyttävät pensailta. Polyypit rakentavat kotinsa kalkista tai sarveisaineesta. Tällaisia ​​asuntoja kutsutaan polyyppipuiksi, ja punaisen korallin haara on polyypin hiukkanen. Vedenalaiset kivet ovat paikoin kokonaan peitetty kokonaisella lehdolla erimuotoisia ja -värisiä korallipensaita (kuva 6), joissa on monia pieniä kaappeja, joissa istuu satoja tuhansia polyyppeja - eläimiä, jotka näyttävät pieniltä valkoisilta kukilta. Monissa polypnyakeissa polyypit näyttävät olevan liekkien nielaisemassa lukuisten valojen muodostamia. Valot palavat toisinaan epätasaisesti ja ajoittain vaihtaen väriä: ne kimaltelevat yhtäkkiä violetilla valolla, muuttuvat sitten punaiseksi, tai ne kimaltelevat vaalean sinisellä ja käytyään läpi useita siirtymiä sinisestä vihreään, jäätyvät väriin smaragdin tai sammua, muodostaen mustia varjoja ympärilleen, ja siellä taas välähtää värikkäitä kipinöitä.

Maan asukkaiden joukossa on valoisia eläimiä: ne ovat melkein kokonaan kovakuoriaisia. Euroopassa on kuusi tällaisten kovakuoriaisten lajia. Trooppisissa maissa niitä on paljon enemmän. Ne kaikki muodostavat yhden lampypyridien eli tulikärpästen perheen. Näiden bugien toisinaan järjestämä "valaistus" on erittäin upea näky.

Eräänä yönä olin junassa Firenzestä Roomaan. Yhtäkkiä auton lähellä lentävät kipinät kiinnittivät huomioni. Aluksi ne voitiin erehtyä erehtymään veturin piipun heittämiin kipinöihin. Katsoessani ulos ikkunasta näin, että junamme ryntäsi eteenpäin kevyen, läpinäkyvän pilven läpi, joka oli kudottu pienistä kullansinisistä valoista. Ne loistivat kaikkialla. He kiersivät, lävistivät ilmaa säteilevinä kaareina, leikkasivat sitä eri suuntiin, ylittivät, hukkuivat ja leimahtivat jälleen yösumussa, kaatoivat maahan tulisateessa. Ja juna juoksi yhä kauemmaksi valojen maagisen verhon peittämänä. Viisi minuuttia, tai jopa enemmän, tämä unohtumaton spektaakkeli kesti. Sitten purskahdimme palavien pölyn pilvestä jättäen ne kauas taaksemme.

He olivat lukemattomia tulikärpäskuoriaisia, junamme törmäsi näiden epätavallisen näköisten hyönteisten joukkoon, jotka kokoontuivat hiljaisena, lämpimänä yönä, ilmeisesti heidän elämänsä parittelukaudella. (Samankaltainen ilmiö on havaittavissa paitsi Välimeren maissa, myös täällä Venäjällä. Jos ajat junalla Mustanmeren rannikolle lämpimänä ja sateisena iltana kesän jälkipuoliskolla, huomioi paikan päällä kuvattu ylellisyys. kirjoittaja Tuapsen läheisyydessä.paljon tunneleita, käänteitä ja yksi rata, juna ei kulje kovin nopeasti ja tulikärpästen lentoa pidetään lumoavana näkynä. Yu.M.)

Tietyt tulikärpäset säteilevät suhteellisen voimakasta valoa. On tulikärpäsiä, jotka hehkuvat niin kirkkaasti, että pimeässä horisontissa et voi heti määrittää, mitä edessäsi on - tähtiä vai tulikärpäsiä. On lajeja, joissa sekä urokset että naaraat hehkuvat yhtä hyvin (esimerkiksi italialaiset tulikärpäset). Lopuksi on olemassa sellaisia ​​​​bugeja, joissa uros ja naaras hehkuvat eri tavalla, vaikka ne näyttävät samalta: miehellä luminesenssielin on paremmin kehittynyt ja toimii energisemmin kuin naisella. Kun naaras on alikehittynyt, sillä on vain alkeelliset siivet tai se on täysin siivetön ja uros on kehittynyt normaalisti, havaitaan jotain muuta: naaraalla luminesenssielimet toimivat paljon voimakkaammin kuin miehellä; mitä alikehittyneempi naaras, sitä liikkumattomampi ja avuttomampi hän on, sitä kirkkaampi hänen valoelimensä. Paras esimerkki tästä on ns. "Ivanov-mato", joka ei ole ollenkaan mato, vaan erityisen tulikärpäskuoriaisen lajin toukkamainen naaras (kuva 7). Monet meistä ihailivat sen kylmää, tasaista valoa, joka murtautui pensaan tai ruohon lehtien läpi. Mutta on vielä mielenkiintoisempi näky - toisen tulikärpäslajin naaraan hehku. Päivällä huomaamaton, samanlainen kuin annelidit, yöllä se kylpee kirjaimellisesti oman upean sinivalkoisen valonsa säteissä valoisten elinten runsauden ansiosta.

Elävien olentojen hehkun ihaileminen ei kuitenkaan riitä. On tarpeen tietää, mikä aiheuttaa vedenalaisen ja maanpäällisen maailman asukkaiden hehkua ja mikä rooli sillä on eläinten elämässä.

Jokaisen yövalon sisällä mikroskoopin avulla voit nähdä monia kellertäviä rakeita - nämä ovat valoisia bakteereja, jotka elävät yövalojen rungossa. Säteilemällä valoa ne myös tekevät näistä mikroskooppisista eläimistä valoisia. Sama on sanottava kaloista, joiden silmät ovat kuin palavia lyhtyjä: niiden hehkun aiheuttavat valobakteerit, jotka ovat asettuneet tämän kalan valoelimen soluihin. Mutta eläinten hehku ei aina liity valobakteerien toimintaan. Joskus valoa tuottavat itse eläimen erityiset valosolut.

Eri eläinten valoelimet on rakennettu saman tyypin mukaan, mutta jotkut ovat yksinkertaisempia, kun taas toiset ovat monimutkaisempia. Vaikka kirkkailla polyypeilla, meduusoilla ja meritähtillä koko vartalo hehkuu, joillakin rapuroduilla on vain yksi valonlähde - suuret kaukoputkea muistuttavat silmät. Kuitenkin valoisten eläinten joukossa yksi ensimmäisistä paikoista kuuluu oikeutetusti pääjalkaisille. Näitä ovat mustekala, jolla on kyky muuttaa ulkokuoriensa väriä.

Mitkä elimet aiheuttavat hehkua? Miten ne rakennetaan ja miten ne toimivat?

Pääjalkaisten ihossa on pieniä, kovia, soikean muotoisia runkoja. Tämän rungon etuosa ulospäin katsottuna on täysin läpinäkyvä ja muistuttaa jotain silmän linssiä, ja takaosa, suurin osa siitä, on ikään kuin kääritty mustaan ​​pigmenttisolujen kuoreen (kuva 8). ). Suoraan tämän kuoren alla hopeiset solut sijaitsevat useissa riveissä: ne muodostavat nilviäisen valoelimen keskikerroksen. Sen alla on monimutkaisen muotoisia soluja, jotka muistuttavat silmän verkkokalvon hermoelementtejä. Ne reunustavat tämän pienen rungon ("laitteen") sisäpintaa. Ne myös säteilevät valoa.

Joten pääjalkaisen "sipuli" koostuu kolmesta eri kerroksesta. Valoa säteilevät sisäkerroksen solut. Keskikerroksen hopeisista soluista heijastuneena se kulkee "sipulin" läpinäkyvän pään läpi ja sammuu.

Toinen utelias yksityiskohta tässä valaisevassa "laitteessa". Pääjalkaisen ihossa, jokaisen tällaisen kehon lähellä, nousee jotain koveran peilin tai heijastimen kaltaista. Kukin tällainen heijastin nilviäisen "sipulissa" koostuu puolestaan ​​kaksinkertaisista soluista, tummista pigmenttisoluista, jotka eivät läpäise valoa, joiden edessä valoa heijastavat hopeiset solut sijaitsevat riveissä.

Kun organismi elää, sen soluissa tapahtuu erilaisia ​​kemiallisia prosesseja. Näiden prosessien yhteydessä kehossa syntyy erilaisia ​​energiamuotoja: lämpöä, jonka vuoksi se lämpenee; mekaaninen, josta sen liikkeet riippuvat; sähköinen, joka liittyy hänen hermojensa toimintaan. Valo on myös erityinen energiatyyppi, joka syntyy kehossa tapahtuvan sisäisen työn vaikutuksesta. Valaisevien bakteerien ja niiden solujen aine, jotka muodostavat eläinten valolaitteiston, hapettava, säteilevät valoenergiaa.

Mikä rooli valolla on eläinten elämässä? Tähän kysymykseen ei ole vielä pystytty vastaamaan jokaisessa yksittäistapauksessa. Mutta hehkun etuja monille eläimille voidaan tuskin epäillä. Valoisat kalat ja ravut elävät syvyydessä, johon auringonvalo ei tunkeudu. Pimeässä on vaikea erottaa, mitä ympärillä tapahtuu, jäljittää saalista ja paeta vihollista ajoissa. Sillä välin valokalat ja ravut näkevät, heillä on silmät. Kyky hehkua helpottaa heidän elämäänsä.

Lisäksi tiedämme, kuinka jotkut eläimet houkuttelevat valoa. Kala, jonka päässä on lamppu, tai merikrotti, jonka päässä on pitkä johtomainen lonkero, "taskulamppu" päässä, houkuttelee saalista valaisevia elimiä. Pääjalkainen nilviäinen on tässä suhteessa vielä onnellisempi: sen vaihteleva, irisoiva valo houkuttelee toisia, pelottaa toisia. Jotkut pienten valaisevien äyriäisten lajikkeet heittävät vaarahetkellä ulos valoa sisältäviä suihkuja, ja tuloksena oleva valopilvi piilottaa ne viholliselta. Lopuksi, joidenkin eläinten hehku toimii keinona löytää ja houkutella eläimen sukupuolta toiseen: urokset löytävät siten naaraat tai päinvastoin houkuttelevat ne itseensä. Näin ollen eläinten hehku on yksi sopeutumisista, joita villieläimillä on niin runsaasti, ja yksi olemassaolotaistelun työkaluista.

Bioluminesenssi on elävien organismien kyky hehkua. Se perustuu kemiallisiin prosesseihin, joissa vapautunut energia vapautuu valon muodossa. Bioluminesenssi houkuttelee saalista, kavereita, viestintää, varoitusta, naamiointia tai pelotteita.

Tutkijat uskovat, että bioluminesenssi ilmestyi siirtymävaiheessa anaerobisista elämänmuodoista aerobisiin elämänmuotoihin muinaisten bakteerien suojaavana reaktiona suhteessa "myrkkyyn" - happeen, jota vihreät kasvit vapautuivat fotosynteesin aikana. Bioluminesenssia löytyy bakteereista, sienistä ja melko laajasta valikoimasta eläinluokan edustajia - alkueläimistä chordaattiin. Mutta se on erityisen yleinen äyriäisten, hyönteisten ja kalojen keskuudessa.

Bakteerit auttavat organismeja "luomaan" valoa tai selviävät tästä tehtävästä itse. Tässä tapauksessa valo voi säteillä sekä koko kehon pintaa että erityisiä elimiä - rauhasia, jotka ovat pääasiassa ihoperäisiä. Jälkimmäisiä esiintyy monissa merieläimissä ja maaeläimissä - hyönteisissä, joissakin lieroissa, tuhatjalkaisissa jne.

tulikärpänen

Ehkä tunnetuin bioluminesenssi. tulikärpäsen perhe ( Lampyridae) sisältää noin 2000 lajia. Trooppiset ja subtrooppiset voivat ylpeillä näiden kovakuoriaisten suurimmalla monimuotoisuudella, mutta entisen Neuvostoliiton alueella näitä hyönteisiä oli vain seitsemän sukua ja noin 20 lajia. No, he eivät tarvitse valoa ollenkaan "valaistakseen meitä pimeimpinä yönä", vaan kommunikoidakseen keskenään, olipa kyseessä sitten naaraita etsivien urosten kutsusignaalit, mimiikka (ympäristön valaistuksessa, esim. esimerkiksi hehkulampun valo tai kuu valaisee ruohoa ), alueen suojaaminen jne.

Tulikärpänen / ©Flickr

Yövalo

Noctiluca scintillans, eli yövalo, kuuluu niin kutsuttujen dinoflagellaattien ryhmään. Joskus niitä kutsutaan myös dinoflagellaateiksi niiden fotosynteesikyvyn vuoksi. Itse asiassa useimmat niistä ovat flagellaatteja, joilla on kehittynyt solunsisäinen kuori. Juuri dinoflagellaatit ovat syyllisiä kuuluisiin "punavesien" ilmiöihin, jotka ovat yhtä pelottavia kuin kauniitakin. Mutta erityisen upea on tietysti yövalojen sininen "valaistus", joka voidaan havaita yöllä merien, valtamerien ja järvien vesillä. Sekä punainen väri että sininen hehku johtuvat näiden hämmästyttävien pienten organismien runsaudesta vedessä.

Yövaloilla valaistu vesi / ©Flickr

Kalastaja

Tämä viaton onkijan muotoinen luinen kala on saanut nimensä sen äärimmäisen epämiellyttävän ulkonäön vuoksi. Tuomari itse:

Syvänmeren merikrotti / ©Flickr

Meripaholaisilla on "saumatukos", minkä vuoksi niiden suu on jatkuvasti auki ja siitä työntyy ulos terävät piikkihampaat. Kalan runko on peitetty suurella määrällä ihokasveja, mukuloita ja plakkeja. Ei ole yllättävää, että nämä meri "quasimodo" elävät mieluummin suurissa syvyyksissä - ilmeisesti näin he piiloutuvat pahansuovilta silmiltä. Mutta vakavasti, nämä kalat ovat erittäin mielenkiintoisia. Muista vedenalaisen maailman asukkaista heidät erottaa muun muassa selkäevän etuosasta, joka sijaitsee suoraan suun yläpuolella. Merikrotti tarvitsee tätä valaisevaa "taskulamppua" ei valaistakseen tiensä vaan houkutellakseen saalista.

sieni hyttysiä

Yhtä yllättäviä ovat muutkin bioluminesenssit - sienihyttysten suku sienihyttysperheestä. Tätä sukua kutsuttiin aiemmin Bolitiphila joka tarkoittaa "sienien rakastajaa". Se on nyt nimetty uudelleen Arachnocampa- "hämähäkin toukka". Tosiasia on, että tämän hyttysen toukka kutoo todellisia verkkoja. Juuri päivänvaloon kuoriutuneet toukat ovat vain 3-5 mm pitkiä, mutta loppukehitysvaiheessa ne kasvavat jopa 3 cm. Toukkavaiheessa nämä hyttyset viettävät suurimman osan elämästään, joten ruokkiakseen ja houkutellakseen saalista, he kutovat luolien kattoon jotain silkkipesää, joka roikkuu tahmeiden lankojen päistä, jotka valaisevat heidän omaa kehoaan. Yleinen luolissa ja luolissa Australiassa ja Uudessa-Seelannissa.

Sienihyttysen toukat / ©Flickr

neon sieni

Valitettavasti tämä luonnon ihme on hämmästyttävän kaunis luminesoiva sieni. Chlorophos Mycena Et löydä sitä alueeltamme. Nähdäksesi sen, sinun tulee mennä Japaniin tai Brasiliaan. Kyllä, ja siellä sinun on odotettava sadekautta, jolloin nämä hämmästyttävät vihreät sienet ilmestyvät kirjaimellisesti "palavista" itiöistä.

Ei tiedetä, onko tämä ihme syötävä vai ei. Kuitenkin harvat uskaltavat tarjoilla niin valovoimaisen lautasen pöytään. Jos päätät silti etsiä sitä, suosittelemme katsomaan puunrunkojen juurta, kaatuneiden tai leikattujen oksien, lehtikasojen viereen tai yksinkertaisesti kostealle maaperälle.

Neonsienet / ©Flickr

jättiläiskalmari

Se on suurin bioluminesoiva kalmari ( Taningia danae) ja luultavasti näiden eläinten kaunein laji yleensä. Tiede tuntee näytteen, jonka pituus oli 2,3 m ja paino noin 161 kg! Tämän majesteettisen komean miehen näkeminen ei kuitenkaan ole niin helppoa: hän asuu noin 1000 metrin syvyydessä ja löytyy trooppisista ja subtrooppisista vesistä. Kauneudesta huolimatta Taningia danae- aggressiivinen saalistaja. Ennen kuin kalmari iskee uhria vastaan, se lähettää lyhyitä valon välähdyksiä lonkeroissa olevien erityisten elinten avulla. Mitä varten nämä salamat ovat? No, ei tietenkään uhrin "varoittamiseksi". Tiedemiehet uskovat, että niitä tarvitaan joko syvänmeren asukkaiden sokeuttamiseksi tai etäisyyden arvioimiseksi kohteeseen. Ja värikäs esitys auttaa eläintä viettelemään naaraan.

Jättiläinen bioluminesoiva kalmari / ©Flickr

Nykyaikaisen "kultakalan" tulee olla nanomittakaavainen ja fluoresoida vihertävällä valolla

Vihreä fluoresoiva proteiini (GFP) vaikutti monien vuosien ajan hyödyttömältä biokemiallisesta uteliaisuudesta, mutta 1990-luvulla siitä tuli arvokas työkalu biologiassa. Tämä ainutlaatuinen luonnollinen molekyyli fluoresoi samoin kuin synteettiset väriaineet, mutta toisin kuin ne, on vaaraton. GFP:n avulla voit nähdä, kuinka solu jakautuu, kuinka impulssi kulkee hermosäikettä pitkin tai kuinka etäpesäkkeet " asettuvat" koko koe-eläimen kehoon. Nykyään kemian Nobel-palkinto myönnetään kolmelle Yhdysvalloissa työskentelevälle tutkijalle tämän proteiinin löytämisestä ja kehittämisestä.

Saadakseen ensimmäisen annoksen uutta proteiinia tutkijat pyydystivät meduusoja käsiverkoilla - he heittivät verkkoa, kuten vanha mies Pushkinin sadusta. Hämmästyttävintä on, että näistä meduusoista eristetystä omituisesta meduusaproteiinista on muutamassa vuosikymmenessä tullut todellinen "kultakala", joka täyttää solubiologien rakkaimmat toiveet.

Mikä on GFP?

GFP kuuluu elävien organismien suurimpaan ja monipuolisimpaan molekyyliryhmään, joka on vastuussa monista biologisista toiminnoista - proteiineista. Se on todella vihreä väriltään huolimatta siitä, että useimmat proteiinit eivät ole värjättyjä (siis niiden nimi - proteiini).

Muutamilla värillisillä proteiineilla on väriä ei-proteiinimolekyylien - "pääaineiden" - läsnäolon vuoksi. Esimerkiksi veremme hemoglobiini koostuu ei-proteiinista, punaruskeasta hemimolekyylistä ja värittömästä proteiiniosasta, globiinista. GFP on puhdas proteiini ilman "lisäaineita": ketjumolekyyli, joka koostuu värittömistä "linkeistä" - aminohapoista. Mutta synteesin jälkeen tapahtuu, jos ei ihme, niin ainakin temppu: ketju taittuu "palloksi", saa vihreän värin ja kyvyn lähettää valoa.

Meduusasoluissa GFP toimii yhdessä toisen sinistä valoa säteilevän proteiinin kanssa. GFP imee tämän valon ja lähettää vihreää. Miksi syvänmeren meduusa Aequorea victoria hehkuu vihreänä, tutkijat eivät vieläkään ymmärrä. Tulikärpästen kanssa kaikki on yksinkertaista: parittelukaudella naaras sytyttää "majakan" miehille - eräänlainen vihkimisilmoitus: vihreä, 5 mm pitkä, etsii elämänkumppania.

Meduusojen tapauksessa tämä selitys ei sovi: ne eivät voi aktiivisesti liikkua ja vastustaa virtoja, joten vaikka ne antaisivat toisilleen signaaleja, he eivät itse pysty uimaan "valoon".

Osamu Shimomura: Meduusaa ei voi vetää ulos helposti

Kaikki alkoi 1950-luvulla, kun Osamu Shimomura alkoi tutkia syvänmeren valomeduusa Aequorea victoria Friday Harbor Marine Laboratoryssa Yhdysvalloissa. On vaikea kuvitella "joutrampaa" tieteellistä uteliaisuutta: silmälasit kiinnostuivat siitä, miksi tuntematon hyytelömäinen olento hehkuu meren syvyyksien pimeydessä. Tutkisin meduusan myrkkyä, ja olisi helpompi kuvitella sen käytännön soveltamista.

Kävi ilmi, että meduusoja oli mahdoton saada kiinni teollisuustroolilla: ne loukkaantuivat vakavasti, joten ne jouduttiin pyydystämään käsiverkoilla. Helpottaakseen "luovaa" tieteellistä työtä itsepäisen japanilaisen ohjauksessa he suunnittelivat erityisen koneen meduusojen leikkaamiseen.

Mutta tieteellinen uteliaisuus, kerrottuna japanilaisella tarkkuudella, antoi tuloksia. Vuonna 1962 Shimomura ja kollegat julkaisivat artikkelin, jossa he puhuivat uuden proteiinin, nimeltä GFP, löytämisestä. Mielenkiintoisin asia on, että Shimomura ei ollut kiinnostunut GFP:stä, vaan toisesta meduusan proteiinista - aequorinista. GFP löydettiin "sivutuotteeksi". Vuoteen 1979 mennessä Shimomura ja kollegat olivat täsmentäneet GFP:n rakenteen, mikä oli tietysti kiinnostavaa, mutta vain muutamille alaasiantuntijoille.

Martin Chalfie: meduusa-orava ilman meduusoja

Läpimurto tehtiin 1980-luvun lopulla ja 1990-luvun alussa Martin Chalfien, Nobel-palkittujen ”kolminaisuuden” toisen osan johtavan osallistumisen myötä. Käyttämällä geenitekniikan menetelmiä (joka muodostettiin 15-20 vuotta GFP:n löytämisen jälkeen) tutkijat oppivat lisäämään GFP-geenin bakteereihin ja sitten monimutkaisiin organismeihin ja pakottivat heidät syntetisoimaan tätä proteiinia.

Aikaisemmin ajateltiin, että GFP tarvitsi ainutlaatuisen biokemiallisen "ympäristön", joka on olemassa meduusan kehossa saadakseen sen fluoresoivia ominaisuuksia. Chalfi osoitti, että täysimittainen valoisa GFP voi muodostua myös muissa organismeissa, yksi geeni riittää. Nyt tiedemiehillä oli tämä proteiini "hupun alla": ei meren syvyyksissä, mutta aina käsillä ja rajoittamaton määrä. Ennennäkemättömät mahdollisuudet käytännön soveltamiseen ovat avautuneet.

Geenitekniikka mahdollistaa GFP-geenin lisäämisen ei vain "johonkin", vaan sen liittämisen tietyn tutkijaa kiinnostavan proteiinin geeniin. Tämän seurauksena tämä proteiini syntetisoidaan valomerkillä, joka mahdollistaa sen näkemisen mikroskoopilla tuhansien muiden soluproteiinien taustalla.

GFP:n vallankumouksellinen luonne on, että sen avulla voit "merkitä" proteiinin elävässä solussa, ja solu itse syntetisoi sen, ja aikakaudella ennen GFP:tä lähes kaikki mikroskopia tehtiin "kiinteillä" valmisteilla. Pohjimmiltaan biokemistit tutkivat "kuvia" biologisista prosesseista "kuolemanhetkellä" olettaen, että kaikki valmisteessa pysyi sellaisena kuin se oli elämässä. Nyt on mahdollista tarkkailla ja tallentaa videolle monia biologisia prosesseja elävässä organismissa.

Roger Ziehenin hedelmäkauppa

Kolmas Nobel-palkittu ei yleensä "löyttänyt" mitään. Varustautuen muiden GFP- ja geenitekniikan menetelmien tietämyksellä, tutkijat alkoivat Roger Tsienin (Qian Yongjian, Roger Y. Tsien) laboratoriossa luoda uusia fluoresoivia proteiineja, jotka sopivat paremmin heidän tarpeisiinsa. "Luonnollisen" GFP:n merkittävät haitat on eliminoitu. Erityisesti meduusan proteiini hohtaa kirkkaasti ultraviolettivalolla säteilytettynä, ja näkyvä valo on paljon parempi elävien solujen tutkimiseen. Lisäksi "luonnollinen" proteiini on tetrameeri (molekyylit kootaan neljäksi). Kuvittele, että neljän vakoojan (GFP) on tarkkailtava neljää auttajaa ("merkitty oravia") ja samalla pidettävä kädestä koko ajan.

Muuttamalla proteiinin yksittäisiä rakenneosia Tsien ja hänen kollegansa kehittivät GFP:n modifikaatioita, joista puuttuivat nämä ja monet muut puutteet. Niitä käyttävät nykyään tiedemiehet ympäri maailmaa. Lisäksi Zienin tiimi on luonut fluoresoivien proteiinien sateenkaaren sinisestä punaviolettiin. Tsien nimesi värikkäät oravat vastaavien väristen hedelmien mukaan: mBanana, tdTomato, mStrawberry (mansikka), mCherry (kirsikka), mPlum (luumu) ja niin edelleen.

Tsien teki luettelon hänen kehitystyöstään näyttämään hedelmätelineeltä, ei vain popularisoidakseen. Hänen mukaansa aivan kuten ei ole yhtä parasta hedelmää kaikkiin tapauksiin, niin ei ole yhtä parasta fluoresoivaa proteiinia: jokaiseen tapaukseen on valittava "oma" proteiini (ja nyt on valinnanvaraa). Moniväristen proteiinien arsenaali tarvitaan, kun tutkijat haluavat seurata usean tyyppisiä esineitä samanaikaisesti yhdessä solussa (yleensä he tekevät).

Uusi askel fluoresoivien proteiinien suunnittelussa on ollut "valoaktivoitujen" proteiinien luominen. Ne eivät fluoresoi (eivätkä siksi ole näkyvissä mikroskoopilla), ennen kuin tutkija "sytyttää" ne lyhytaikaisella säteilytyksellä erityisesti valitulla laserilla. Lasersäde on samanlainen kuin tietokonesovellusten valintatoiminto. Jos tiedemies ei ole kiinnostunut kaikista proteiinin molekyyleistä, vaan vain yhdestä tietystä paikasta ja tietystä hetkestä alkaen, voit "valita" tämän alueen lasersäteellä ja sitten tarkkailla, mitä näille molekyyleille tapahtuu. Voit esimerkiksi "aktivoida" yhden kymmenistä kromosomeista ja katsoa sitten, kuinka se "matkustelee" solun ympäri jakautumisen aikana, eivätkä muut kromosomit ole tiellä.

Nyt tiedemiehet ovat menneet vielä pidemmälle: äskettäin luotuja fluoresoivia kameleonttiproteiineja, jotka muuttavat väriä erityisen säteilytyksen jälkeen, ja nämä muutokset ovat palautuvia: voit "vaihtaa" molekyylin väristä toiseen monta kertaa. Tämä laajentaa entisestään mahdollisuuksia tutkia prosesseja elävässä solussa.

Viime vuosikymmenen kehityksen ansiosta fluoresoivista proteiineista on tullut yksi solututkimuksen tärkeimmistä työkaluista. Pelkästään GFP:stä tai sitä käyttävistä tutkimuksista on julkaistu jo noin seitsemäntoista tuhatta tieteellistä artikkelia. Vuonna 2006 Friday Harbor Lab, jossa GFP löydettiin, pystytti GFP-molekyyliä kuvaavan muistomerkin, joka on 1,4 metriä korkea, eli noin sata miljoonaa kertaa alkuperäistä suurempi.

Aequorea-meduusan GFP on paras todiste siitä, että ihmisten on suojeltava "hyödytöntä" villieläinlajien monimuotoisuutta. Parikymmentä vuotta sitten kukaan ei olisi uskonut, että tuntemattoman meduusan eksoottisesta proteiinista tulee 2000-luvun solubiologian tärkein työkalu. Yli sadan miljoonan vuoden ajan evoluutio on luonut molekyylin, jolla on ainutlaatuisia ominaisuuksia, joita yksikään tiedemies tai tietokone ei olisi voinut suunnitella "tyhjästä". Jokainen sadoista tuhansista kasvi- ja eläinlajeista syntetisoi tuhansia omia biologisia molekyylejä, joita ei ole vielä tutkittu. Ehkä tässä valtavassa elävässä arkistossa on paljon sitä, mitä ihmiskunta jonain päivänä tarvitsee.

"Korkean teknologian" molekyylibiologian lisääntyvä saatavuus on johtanut siihen, että valoisia proteiineja ei käytetä vain vakavassa tutkimuksessa.

Vihreä fluoresoiva rasva

Vuonna 2000 ranskalainen geneetikko "valmisti" nykytaiteilija Eduardo Kacin tilauksesta vihreän fluoresoivan kanin nimeltä Alba. Kokeella ei ollut tieteellistä tarkoitusta: Alba oli taiteilija Katzin "taideteos" hänen keksimäänsä suuntaan - siirtogeeniseen taiteeseen. Kani (anteeksi, Katzin taideteos) esiteltiin erilaisissa näyttelyissä, lehdistötilaisuuksissa ja muissa paljon huomiota herättäneissä tapahtumissa.

Vuonna 2002 Alba kuoli odottamatta, ja onnettoman eläimen ympärillä syntyi lehdistössä skandaali tiede-esittäjän ja taiteilija-asiakkaan välisten ristiriitojen vuoksi. Puolustaessaan kollegansa Katzin hyökkäyksiä vastaan, ranskalaiset geneetikot esimerkiksi väittivät, että Alba ei itse asiassa ollut niin vihreä ja valoisa kuin valokuvissa näyttää. Mutta mitä tulee taiteeseen, miksi et koristelisi Photoshopilla?

Ihmisen geenitekniikka on lääketieteen etiikan vastaista, joten on epätodennäköistä, että fluoresoivia proteiineja käytettäisiin laillisissa lääketieteellisissä laitoksissa diagnostisiin ja vastaaviin tarkoituksiin. Voidaan kuitenkin olettaa, että kauneushoitolat ja muut vähemmän valvotut laitokset ovat kiinnostuneita uusista mahdollisuuksista. Kuvittele vaikkapa luonnollisia kynsiä tai huulia (ei lakkoja tai huulipunaa!), jotka vaihtavat väriä valon mukaan ja jopa hehkuvat pimeässä, jos joku tykkää... Tai omien fluoresoivien solujen muodostama kuvio iholla, joka tulee näkyviin, vain jos loistat erityisellä lampulla, tatuointien sijaan, joita katsovat kaikki, jotka eivät ole liian laiskoja, mutta joita on vaikea poistaa.

Kumppaniuutisia

Bioluminesenssi (käännetty kreikaksi "bios" - elämä ja latina "lumen" - valo) on elävien organismien kyky lähettää valoa. Tämä on yksi hämmästyttävimmistä ilmiöistä. Sitä ei esiinny luonnossa kovin usein. Miltä se näyttää? Katsotaan:

10 hehkuvaa planktonia

Kuva 10. Hehkuva plankton, Malediivit

Hehkuva plankton Gippsland Lakessa, Australiassa. Tämä hehku ei ole muuta kuin bioluminesenssia - kemiallisia prosesseja eläinten kehossa, joissa vapautunut energia vapautuu valon muodossa. Luonteeltaan hämmästyttävä, bioluminesenssin ilmiö, oli onni ei vain nähdä, vaan myös valokuvata valokuvaaja Phil Hart (Phil Hart).

9 hehkuvaa sientä

Kuvassa Panellus stipticus. Yksi harvoista sienistä, joilla on bioluminesenssi. Tämäntyyppinen sieni on melko yleinen Aasiassa, Australiassa, Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa. Se kasvaa ryhmissä lehtipuiden tukissa, kannoista ja rungoissa, erityisesti tammeissa, pyökkeissä ja koivuissa.

8. Skorpioni

Kuvassa skorpioni hehkuu ultraviolettivalossa. Skorpionit eivät säteile omaa valoaan, vaan ne hehkuvat näkymättömän neonvalonsäteen alla. Asia on, että skorpionin ulkorungossa on ainetta, joka vain lähettää valoaan ultraviolettisäteilyn alaisena.

7. Glowworms Waitomo Caves, Uusi-Seelanti

Valoisat hyttysen toukat elävät Waitomon luolassa Uudessa-Seelannissa. Ne peittävät luolan katon. Nämä toukat jättävät hohtavan liman säikeitä, jopa 70 matoa kohden. Tämä auttaa heitä saamaan kiinni kärpäsiä ja kääpiöitä, joita he ruokkivat. Joissakin lajeissa tällaiset langat ovat myrkyllisiä!

6 Hehkuva meduusa, Japani

Kuva 6. Hehkuva meduusa, Japani

Japanin Toyama Bayssa oli hämmästyttävä näky – lahden rantaan uppoutui tuhansia meduusoja. Lisäksi nämä meduusat elävät suurissa syvyyksissä, ja pesimäkauden aikana ne nousevat pintaan. Sillä hetkellä niitä tuotiin valtavia määriä maihin. Ulkoisesti tämä kuva muistuttaa hyvin valoisaa planktonia! Mutta nämä ovat kaksi täysin eri asiaa.

5. Luminous sienet (Mycena lux-coeli)

Täällä näet hehkuvia Mycena lux-coeli -sieniä. Ne kasvavat Japanissa sadekauden aikana kaatuneiden Chinquapin-puiden päällä. Nämä sienet antavat valoa lusiferiini-nimisen aineen ansiosta, joka hapettuu ja antaa intensiivisen vihertävän valkoisen hehkun. On erittäin hauskaa, että latinaksi Luciferu tarkoittaa "antajan valoa". Kukapa tietäisi! Nämä sienet elävät vain muutaman päivän ja kuolevat, kun sateet loppuvat.

4. ostracodin Cypridina hilgendorfii hehku, Japani

Cypridina hilgendorfii - niin sanotut kuoristrutsit, pienet (suurimmiten enintään 1-2 mm), läpinäkyvät organismit, jotka elävät Japanin rannikkovesissä ja hiekoissa. Ne hehkuvat lusiferiinin ansiosta.

Mielenkiintoinen tosiasia on, että toisen maailmansodan aikana japanilaiset keräsivät näitä äyriäisiä saadakseen valoa yöllä. Kostutettuaan nämä organismit vedessä ne alkavat taas hehkua.

3. Hehkuvat tulikärpäset

Kuva 3. Pitkä valotusvalo tulikärpäsiä

Tältä näyttävät tulikärpästen elinympäristöt hitaalla suljinnopeudella otettuna. Fireflies vilkkuvat kiinnittääkseen vastakkaisen sukupuolen huomion.

2. Valobakteerit

Valobakteerit ovat hämmästyttävä luonnonilmiö. Bakteerien valoa syntyy sytoplasmassa. Ne elävät pääasiassa merivedessä ja harvemmin maalla. Yksi bakteeri säteilee itsestään hyvin heikkoa, lähes näkymätöntä valoa, mutta kun niitä on suuria määriä, ne hehkuvat voimakkaammalla, erittäin miellyttävällä sinisellä valolla.

1. Medusa (Aequorea Victoria)

1960-luvulla japanilais-amerikkalainen tiedemies Osamu Shimomura Nagoyan yliopistosta tunnisti luminesoivan proteiinin aekvoriinin meduusasta Aequorea victoria. Shimomura osoitti, että aequorin initioidaan kalsiumioneilla ilman happea (hapetus). Toisin sanoen valoa emittoiva fragmentti ei ole erillinen substraatti sinänsä, vaan substraatti, joka on vahvasti assosioitunut proteiiniin. Tämä puolestaan ​​antoi valtavan panoksen paitsi tieteeseen, myös lääketieteeseen. Vuonna 2008 Shimomura sai Nobel-palkinnon työstään.