Hvorfor gløder maneter? De mest fantastiske lysende levende skapningene. Giftige maneter - Havveps

Glød regnes som et vanlig fenomen i naturen. Derfor finnes evnen til å sende ut lys gjennom en enkel kjemisk reaksjon, eller bioluminescens, i minst 50 forskjellige arter av sopp, ildfluer og til og med skremmende sjødyr. Ved hjelp av denne reaksjonen oppnår lysende skapninger mange fordeler for seg selv: de driver bort rovdyr, tiltrekker byttedyr, kvitter cellene deres for oksygen eller bare takler tilværelsen i det evige mørket i havdypet.

På en eller annen måte er luminescens et av livets mest geniale verktøy, og vi vil presentere deg en liste over de mest uvanlige og merkelige skapningene som kan lyse i mørket. Mange av disse artene er for tiden utstilt på American Museum of Natural History i New York.

Kvinne og mannlig breiflabb

Helvete blekksprut

Glødende maneter

Det er så mange uvanlige og fantastiske skapninger du ikke finner i havet eller i havets dyp. Følgende grønnkantede lilla skapninger lever i Stillehavet utenfor kysten av Nord-Amerika. Disse manetene er i stand til å generere to typer glød samtidig. Bioluminescent har en lilla-blå glød og produseres ved en kjemisk reaksjon mellom kalsium og protein. Og denne reaksjonen forårsaker i sin tur en glød rundt manetens kant, og danner et grønt fluorescerende protein, og deretter en grønn glød. Forskere bruker mye denne funksjonen til skapningen for å studere visualisering av prosesser i kroppen.

ild vann

Sikkert få mennesker vet at i naturen er det et fenomen som kan sammenlignes med et lysende hav. Ingen ville imidlertid nekte å se havets knallblå neonbølger med egne øyne. Saken er at vannet er fylt med dinoflagellater, encellede planktoniske skapninger med haler, som er fordelt over imponerende områder utenfor kysten. Forskere tror at disse skapningene har bebodd planeten vår i en milliard år, og i de siste årtusenene har forvirrede mennesker vært tilbøyelige til å tilskrive dette fenomenet havgudenes mystiske magi.

Stor munn

For å jakte på mat bruker denne fisken først bioluminescens for å produsere fluorescens i form av røde lys i området nær nesen, og sender deretter ut røde pulser for å oppdage reker. Når byttedyr blir funnet, sendes et låsesignal og kjeven aktiveres. Det geniale rovdyret utnytter det faktum at reker, som mange andre innbyggere i havet, ikke kan gjenkjenne rødt lys.

Systellaspis reker

Imidlertid er ikke alle reker så bøyelige og lett tilgjengelige for rovdyr. Sistillaspis-reker har for eksempel utmerket beskyttelse, inkludert mot largemouth. Disse rekene avvæpner rovdyr ved å spytte en ekkel, glødende væske fra halen rett foran munnen.

Korallvegg

En 1000 fot høy blodvegg laget av glødende koraller er oppdaget på Caymanøyene. Dette interessante fenomenet ble mulig på grunn av det faktum at mange selvlysende skapninger fant tilflukt her. Mange dykkere tar entusiastisk bilder av hvordan korallene forvandler sin røde farge til en fantastisk grønn glød.

V. LUNKEVICH.

Valeryan Viktorovich Lunkevich (1866-1941) - biolog, lærer, enestående popularisator.

Ris. 1. Nattlys "Sea candle".

Ris. 3. Anglerfisk.

Ris. 4. Glødende fisk.

Ris. 6. Korallgren med glødende polypper.

Ris. 5. Glødende blekksprut.

Ris. 7. Hunnildflue.

Ris. 8. Lysende organ i en blekksprut: en - lett del, som minner om en linse; b - indre lag av lysende celler; c - lag av sølvceller; d - lag med mørke pigmentceller.

Hvem av oss har ikke hatt muligheten til å beundre en varm sommerkveld de grønlige lysene fra ildfluer, som piler som skjærer gjennom luften i forskjellige retninger? Men hvor mange vet at ikke bare noen insekter, men også andre dyr, spesielt innbyggerne i havene og havet, er utstyrt med evnen til å gløde?

Alle som tilbrakte sommeren ved Svartehavets bredder har mer enn en gang vært vitne til et av naturens vakreste skue.

Natten kommer. Havet er stille. Små krusninger glir over overflaten. Plutselig blinket en lysstripe på toppen av en av de nærmeste bølgene. Bak henne blinket en annen, en tredje... Det er mange av dem. De vil gnistre et øyeblikk og blekne sammen med den ødelagte bølgen, bare for å lyse opp igjen. Du står og ser, fortryllet, på millioner av lys som oversvømmer havet med sitt lys, og du spør - hva er i veien?

Denne gåten har lenge vært løst av vitenskapen. Det viser seg at lys sendes ut av milliarder av mikroskopiske skapninger kjent som nattlys (fig. 1). Varmt sommervann favoriserer deres reproduksjon, og de suser deretter over havet i utallige horder. I kroppen til hvert slikt nattlys er gulaktige kuler spredt, som sender ut lys.

La oss nå "gå videre" til et av de tropiske hav og stupe ned i dets farvann. Her er bildet enda mer storslått. Her flyter noen rare dyr enten i en rolig folkemengde eller alene: de ser ut som paraplyer eller bjeller laget av tett gelé. Disse er maneter: store og små, mørke og glødende i blått, grønt, gult eller rødlig. Blant disse bevegelige flerfargede "lyktene" flyter en gigantisk manet, hvis paraply er seksti til sytti centimeter i diameter, rolig, sakte (fig. 2). Fisker som sender ut lys er synlige i det fjerne. Månefisken suser hodestups, som månen blant andre lysende stjernefisker. En av fiskene har sterkt brennende øyne, en annen har en prosess på hodet der toppen ligner en tent elektrisk lampe, den tredje har en lang ledning med en "lommelykt" i enden som dingler fra overkjeven (fig. 3) ), og noen lysende fisk er fullstendig fylt med utstråling takket være spesielle organer plassert langs kroppen som lyspærer trukket på en ledning (fig. 4).

Vi går ned under - dit solens lys ikke lenger trenger gjennom, hvor det, ser det ut til, skulle være evig, ugjennomtrengelig mørke. Og her og der «brenner det lys»; og her blir nattens mørke skåret gjennom av stråler som kommer fra kroppen til forskjellige lysende dyr.

På havbunnen, blant steiner og alger, svermer glødende ormer og bløtdyr. Deres nakne kropper er oversådd med skinnende striper, flekker eller flekker, som diamantstøv; på kantene av undersjøiske steiner er det sjøstjerner oversvømmet med lys; Krepsen dykker umiddelbart ned i alle hjørner av sitt jaktterritorium, og lyser opp stien foran den med enorme, kikkertlignende øyne.

Men den mest praktfulle av alt er en av blekksprutene: den er fullstendig badet i stråler med lys blå farge (fig. 5). Et øyeblikk - og lyset slukket: som om en elektrisk lysekrone var slått av. Så dukker lyset opp igjen - først svakt, så mer og mer lyst, nå er det støpt i lilla - solnedgangens farger. Og så går den ut igjen, for så å blusse opp igjen i noen minutter med fargen på delikat grønt løvverk.

I undervannsverdenen kan du se andre fargerike bilder.

La oss huske den velkjente kvisten av røde koraller. Denne grenen er hjemmet til veldig enkle dyr - polypper. Polypper lever i enorme kolonier som ser ut som busker. Polypper bygger hjemmet sitt fra kalk eller kåt substans. Slike boliger kalles polypnyaks, og en gren av rød korall er en partikkel av en polypnyak. Undersjøiske bergarter er noen steder helt dekket av en hel lund av korallbusker i forskjellige former og farger (fig. 6) med mange bittesmå kammer der det sitter hundretusenvis av polypper - dyr som ser ut som små hvite blomster. På mange polyppeskoger ser polyppene ut til å være oppslukt av flammer dannet av mange lys. Lysene brenner noen ganger ujevnt og med jevne mellomrom, og skifter farge: de vil plutselig gnistre med et fiolett lys, deretter bli rødt, eller de vil gnistre med en blekblått og etter å ha gått gjennom en hel rekke overganger fra blått til grønt, fryse kl. fargen på smaragd eller gå ut, danner svarte skygger rundt seg, og der igjen vil de iriserende gnistene blusse opp.

Det er lysende dyr blant landets innbyggere: disse er nesten utelukkende biller. Det er seks arter av slike biller i Europa. I tropiske land er det mye flere av dem. De utgjør alle en familie av lampyrider, det vil si ildfluer. "Belysningen" noen ganger utført av disse insektene er et veldig spektakulært skue.

En natt var jeg på et tog fra Firenze til Roma. Plutselig ble oppmerksomheten min tiltrukket av gnister som fløy nær vognen. Til å begynne med kunne de ha blitt forvekslet med gnister fra en lokomotivskorstein. Da jeg så ut av vinduet, så jeg at toget vårt suser frem gjennom en lett, gjennomsiktig sky vevd av bittesmå gyldenblå lys. De glitret overalt. De sirklet, gjennomboret luften med strålende buer, kuttet den i forskjellige retninger, krysset, sank og blusset opp igjen i nattens mørke, og falt til bakken i et brennende regn. Og toget suste lenger og lenger, innhyllet i et magisk slør av lys. Dette uforglemmelige opptoget varte i fem minutter, eller enda mer. Så rømte vi fra skyen av brennende støvpartikler, og etterlot dem langt bak oss.

Det var et mylder av ildfluer, toget vårt krasjet midt mellom disse upåfallende insektene, samlet på en stille, varm natt, tilsynelatende i paringstiden av deres liv. (Et lignende fenomen kan observeres ikke bare i middelhavslandene, men også her i Russland. Hvis du tar et tog til Svartehavskysten på en varm og ikke regnfull kveld i andre halvdel av sommeren, observer ekstravaganzaen beskrevet av forfatteren i nærheten av byen Tuapse Fordi det er mange tunneler, mange svinger og et enkelt spor, går ikke toget veldig fort, og ildfluer er et fascinerende syn. Yu.M.)

Visse arter av ildfluer sender ut lys med relativt høy intensitet. Det er ildfluer som lyser så sterkt at du i en mørk horisont på avstand ikke umiddelbart kan fastslå om det er en stjerne eller en ildflue foran deg. Det er arter der både hanner og hunner lyser like godt (for eksempel italienske ildfluer). Til slutt er det også typer biller der hannen og hunnen lyser forskjellig, selv om de ser like ut: hos hannen er det selvlysende organet bedre utviklet og virker mer energisk enn hos hunnen. Når hunnen er underutviklet, bare har rudimentære vinger eller ingen vinger i det hele tatt, og hannen utvikles normalt, så observeres noe annet: hos hunnen fungerer de selvlysende organene mye sterkere enn hos hannen; jo mer underutviklet kvinnen er, jo mer ubevegelig og hjelpeløs hun er, desto lysere er hennes lysende organ. Det beste eksemplet her er den såkalte «Ivans orm», som ikke er en orm i det hele tatt, men en larvelignende hunn av en spesiell ildfluebilleart (fig. 7). Mange av oss beundret det kalde, jevne lyset som brøt gjennom løvet av busker eller gress. Men det er et enda mer interessant syn - gløden til en hunn av en annen ildflueart. Upåfallende om dagen, som ligner en annelidorm, om natten bader den bokstavelig talt i strålene fra sitt eget praktfulle blåhvite lys takket være overfloden av lysende organer.

Det er imidlertid ikke nok å beundre gløden til levende vesener. Det er nødvendig å vite hva som forårsaker gløden til innbyggerne i den undersjøiske og terrestriske verdenen og hvilken rolle den spiller i dyrenes liv.

Inne i hver nattglød kan du ved hjelp av et mikroskop se mange gulaktige korn - disse er lysende bakterier som lever i nattglødens kropp. Ved å sende ut lys får de disse mikroskopiske dyrene til å lyse. Det samme må sies om fisken, hvis øyne er som brennende lykter: deres glød er forårsaket av lysende bakterier som har slått seg ned i cellene til det lysende organet til denne fisken. Men gløden til dyr er ikke alltid assosiert med aktiviteten til lysende bakterier. Noen ganger produseres lyset av spesielle lysende celler fra dyret selv.

De selvlysende organene til forskjellige dyr er bygget etter samme type, men noen er enklere, mens andre er mer komplekse. Mens lysende polypper, maneter og sjøstjerner har en glødende hele kroppen, har noen krepseraser bare én lyskilde - store teleskoplignende øyne. Imidlertid, blant lysende dyr, tilhører et av de første stedene med rette blekksprut. Disse inkluderer blekkspruten, som har evnen til å endre fargen på ytre belegg.

Hvilke organer forårsaker gløden? Hvordan er de bygget og hvordan fungerer de?

Blekksprutens hud inneholder små, ovale harde kropper. Den fremre delen av denne kroppen, ser utover, er helt gjennomsiktig og ligner noe på øyelinsen, og den bakre delen er pakket inn i et svart skall av pigmentceller (fig. 8). Rett under dette skallet ligger sølvfargede celler i flere rader: de danner det midterste laget av det lysende organet til bløtdyret. Under det er komplekse formede celler som ligner nerveelementene i netthinnen. De kler den indre overflaten av denne kroppen ("apparat"). De sender også ut lys.

Så "lyspæren" til en blekksprut består av tre forskjellige lag. Lys frigjøres av cellene i det indre laget. Reflekterer fra de sølvfargede cellene i mellomlaget, passerer den gjennom den gjennomsiktige enden av "lyspæren" og går ut.

En annen interessant detalj i dette lysende "apparatet". I huden til en blekksprut, ved siden av hver slik kropp, er det noe som ligner på et konkavt speil eller reflektor. Hver slik reflektor i "lyspæren" til en bløtdyr består på sin side av to typer celler: mørke pigmentceller som ikke sender lys, foran hvilke det er rader med sølvfargede celler som reflekterer lys.

Mens kroppen lever, foregår ulike kjemiske prosesser i cellene. I forbindelse med disse prosessene oppstår ulike former for energi i kroppen: termisk, takket være hvilken den varmes opp; mekanisk, som dens bevegelser avhenger av; elektrisk, som er forbundet med arbeidet til nervene hans. Lys er også en spesiell type energi som oppstår under påvirkning av det indre arbeidet som foregår i kroppen. Stoffet til lysende bakterier og de cellene som lysapparatene til dyr er sammensatt av, avgir lysenergi når de er oksidert.

Hvilken rolle spiller glød i livet til dyr? Det har foreløpig ikke vært mulig å svare på dette spørsmålet i hvert enkelt tilfelle. Men det kan neppe være noen tvil om fordelene ved å gløde for mange dyr. Glødende fisk og kreps lever på slike dyp hvor sollys ikke trenger inn. I mørket er det vanskelig å skjønne hva som skjer rundt, spore opp byttedyr og rømme fra fienden i tide. I mellomtiden ses lysende fisk og kreps og har øyne. Evnen til å gløde gjør livet deres enklere.

I tillegg vet vi hvordan noen dyr tiltrekkes av lys. En fisk med noe som en lyspære som stikker ut av hodet, eller en breiflabb med en lang, snorlignende tentakel «med lommelykt» på slutten, bruker lysende organer for å tiltrekke seg byttedyr. Blekkspruten er enda lykkeligere i denne forbindelse: dens foranderlige, iriserende lys tiltrekker noen, skremmer andre. Noen varianter av små lysende krepsdyr, i et øyeblikk av fare, avgir stråler av lysende stoff, og den resulterende lysende skyen skjuler dem for fienden. Til slutt, hos noen dyr, fungerer glødende som et middel til å finne og tiltrekke et kjønn av et dyr til et annet: hanner finner dermed hunner eller omvendt, tiltrekker dem til seg selv. Følgelig er dyrs glød en av tilpasningene som levende natur er så rik på, et av våpnene i kampen for tilværelsen.

Bioluminescens er evnen til levende organismer til å gløde. Den er basert på kjemiske prosesser der den frigjorte energien frigjøres i form av lys. Bioluminescens tjener til å tiltrekke byttedyr, kamerater, kommunikasjon, advarsel, kamuflasje eller avskrekking.

Forskere mener at bioluminescens dukket opp på overgangsstadiet fra anaerobe til aerobe livsformer som en beskyttende reaksjon fra eldgamle bakterier mot "giften" - oksygen, som ble frigjort av grønne planter under fotosyntesen. Bioluminescens finnes i bakterier, sopp og et ganske bredt spekter av representanter for dyreklassen - fra protozoer til chordater. Men det er spesielt vanlig blant krepsdyr, insekter og fisk.

Bakterier hjelper organismer med å "skape" lys, eller de takler denne oppgaven på egenhånd. I dette tilfellet kan lys sendes ut både av hele kroppens overflate og av spesielle organer - kjertler, hovedsakelig av hudopprinnelse. Sistnevnte er til stede i mange marine dyr, og blant landdyr - i insekter, noen meitemark, tusenbein, etc.

Vanlig ildflue

Kanskje den mest kjente av bioluminescentene. Firefly familie ( Lampyridae) har omtrent 2000 arter. Tropene og subtropene har det største mangfoldet av disse billene, men på territoriet til det tidligere Sovjetunionen var det bare syv slekter og rundt 20 arter av disse insektene. Vel, de trenger ikke lys i det hele tatt "slik at vi har lys på den mørkeste natten", men for kommunikasjon med hverandre, det være seg kallesignaler fra hanner på jakt etter hunner, mimikk (under omgivelseslys, for eksempel lyset av en lyspære eller månen som lyser opp gresset), territoriumbeskyttelse osv.

Vanlig ildflue / ©Flickr

Nochesvetka

Noctiluca scintillans, eller nattlig lys, tilhører arten av såkalte dinoflagellater. Noen ganger kalles de også dinoflagellat-alger på grunn av deres evne til å fotosyntese. Faktisk er de fleste av dem flagellater med et utviklet intracellulært skall. Det er dinoflagellater som er ansvarlige for de berømte «røde tidevannet», fenomener som er like skremmende som de er vakre. Men spesielt fantastisk er selvfølgelig den blå "belysningen" av nattlige lys, som kan observeres om natten i vannet i hav, hav og innsjøer. Både den røde fargen og den blå gløden er forårsaket av overfloden av disse fantastiske bittesmå organismene i vannet.

Vann "opplyst" av nattlys / ©Flickr

Angler

Denne uskyldige arten av sportsfiskerformet benfisk fikk navnet sitt på grunn av sitt ekstremt lite attraktive utseende. Døm selv:

Deep sea monkfish / ©Flickr

Sjødjevler har et "dårlig bitt", som er grunnen til at munnen deres er konstant åpen og skarpe, piggete tenner stikker ut fra den. Fiskens kropp er dekket med et stort antall hudvekster, tuberkler og plakk. Det er ikke overraskende at disse marine "quasimodosene" foretrekker å leve på store dyp - tilsynelatende er det slik de gjemmer seg for uvennlige øyne. Men seriøst, disse fiskene er veldig interessante. De skiller seg fra andre innbyggere i undervannsverdenen, blant annet ved den fremre delen av ryggfinnen, som ligger rett over munnen. Denne glødende "lommelykten" trenger breiflabben ikke for å lyse opp banen deres, men for å tiltrekke seg byttedyr.

Soppmyg

Ikke mindre overraskende er andre bioluminescents - en slekt av soppmyg fra soppmygfamilien. Tidligere ble denne slekten kalt Bolitiphila, som betyr "soppelsker." Den har nå fått nytt navn til Arachnocampa- "edderkopplarve". Faktum er at larven til denne myggen vever ekte nett. Etter å ha klekket ut i verden, er larvene bare 3-5 mm lange, men i det siste utviklingsstadiet vokser de opp til 3 cm. Det er i larvestadiet at disse myggene tilbringer mesteparten av livet, derfor for å mate og tiltrekke byttedyr, vever de på i taket av hulene det er noe som et reir av silke, hengende ned endene av klebrige tråder, som er opplyst av deres egen kropp. Distribuert i grotter og grotter i Australia og New Zealand.

Soppmygglarver / ©Flickr

neon sopp

Dessverre er dette et mirakel av naturen - en fantastisk vakker selvlysende sopp Chlorophos Mycena– du finner det ikke i vårt område. For å se den bør du dra til Japan eller Brasil. Og selv der må du vente på regntiden, når disse fantastiske grønne soppene dukker opp fra bokstavelig talt "flammende" sporer.

Hvorvidt dette miraklet er spiselig eller ikke er ukjent. Det er imidlertid få som våger å servere en slik lysende tallerken til bordet. Hvis du bestemmer deg for å se etter det, anbefaler vi å se på bunnen av trestammer, ved siden av falne eller kuttede grener, hauger med løv, eller rett og slett på fuktig jord.

Neonsopp / ©Flickr

Kjempe blekksprut

Dette er den største selvlysende blekkspruten ( Taningia danae) og sannsynligvis den vakreste utsikten over disse dyrene generelt. Vitenskapen vet om et eksemplar hvis lengde var 2,3 m og vekten var omtrent 161 kg! Det er imidlertid ikke så lett å se denne majestetiske skjønnheten: den lever på en dybde på omtrent 1000 m og finnes i tropiske og subtropiske farvann. Til tross for skjønnheten Taningia danae- et aggressivt rovdyr. Før blekkspruten kaster seg på byttet sitt, sender den ut korte lysglimt ved hjelp av spesielle organer plassert på tentaklene. Hva er disse blinkene til? Vel, åpenbart ikke for å "advare" offeret. Forskere mener at de er nødvendige enten for å blinde dyphavsinnbyggere eller for å beregne avstanden til et mål. Et fargerikt show hjelper også dyret med å forføre en hunn.

Kjempe selvlysende blekksprut / ©Flickr

En moderne "gullfisk" bør ha nanostørrelse og fluorescere med grønnaktig lys

I mange år virket grønt fluorescerende protein (GFP) som en ubrukelig biokjemisk kuriositet, men på 1990-tallet ble det et verdifullt verktøy innen biologi. Dette unike naturlige molekylet fluorescerer ikke verre enn syntetiske fargestoffer, men i motsetning til dem er det ufarlig. Ved hjelp av GFP kan du se hvordan en celle deler seg, hvordan en impuls beveger seg langs en nervefiber, eller hvordan metastaser "spres" gjennom kroppen til et forsøksdyr. I dag deles Nobelprisen i kjemi ut til tre forskere som arbeider i USA for oppdagelsen og utviklingen av dette proteinet.

For å få den første delen av det nye proteinet, fanget forskerne maneter med håndnett - de kastet et nett, som den gamle mannen fra Pushkins eventyr. Det mest fantastiske er at det merkelige proteinet som ble isolert fra disse manetene fra manetene etter flere tiår ble en ekte "gullfisk" som oppfyller cellebiologenes mest kjære ønsker.

Hva er GFP?

GFP tilhører den største og mest mangfoldige gruppen av molekyler i levende organismer som er ansvarlige for mange biologiske funksjoner: proteiner. Det er faktisk grønt, selv om de fleste proteiner ikke er farget (derav navnet deres - ekorn).

De få fargede proteinene har sin farge på grunn av tilstedeværelsen av ikke-proteinmolekyler - "makeweights". For eksempel består hemoglobinet i blodet vårt av et ikke-protein rødbrunt hem-molekyl og en fargeløs proteindel - globin. GFP er et rent protein uten "tilsetningsstoffer": et kjedemolekyl som består av fargeløse "lenker" - aminosyrer. Men etter syntese, om ikke et mirakel, så oppstår i det minste et triks: kjeden krøller seg sammen til en "ball", får en grønn farge og evnen til å avgi lys.

I manetceller fungerer GFP sammen med et annet protein som sender ut blått lys. GFP absorberer dette lyset og sender ut grønt. Hvorfor dyphavsmaneten Aequorea victoria lyser grønt, forstår forskerne fortsatt ikke. Med ildfluer er alt enkelt: i løpet av paringssesongen tenner hunnen et "fyrtårn" for hannene - en slags ekteskapskunngjøring: grønn, 5 mm høy, på jakt etter en livspartner.

Når det gjelder maneter, passer ikke denne forklaringen: de kan ikke aktivt bevege seg og motstå strømmer, så selv om de gir signaler til hverandre, er de ikke i stand til å svømme "til lyset."

Osamu Shimomura: Du kan ikke trekke ut en manet uten problemer

Det hele startet på 1950-tallet, da Osamu Shimomura begynte å studere den lysende dyphavsmaneten Aequorea victoria ved Friday Harbor Marine Laboratory i USA. Det er vanskelig å forestille seg en mer "ledig" vitenskapelig nysgjerrighet: de bebrillede menneskene ble interessert i hvorfor en ukjent gelatinøs skapning gløder i mørket på dyphavet. Hvis jeg studerte manetgift, ville det være lettere å forestille seg utsiktene til praktisk anvendelse.

Det viste seg at det er umulig å fange maneter med en industritrål: de er alvorlig skadet, så vi måtte fange dem med håndgarn. For å lette "kreativt" vitenskapelig arbeid, under veiledning av en iherdig japaner, konstruerte de en spesiell maskin for kutting av maneter.

Men vitenskapelig nysgjerrighet, kombinert med japansk nitid, ga resultater. I 1962 publiserte Shimomura og kolleger en artikkel der de rapporterte om oppdagelsen av et nytt protein kalt GFP. Det mest interessante er at Shimomura ikke var interessert i GFP, men i et annet manetprotein, aequorin. GFP ble oppdaget som et "relatert produkt". I 1979 hadde Shimomura og kollegene karakterisert i detalj strukturen til GFP, som selvfølgelig var interessant, men bare for noen få spesialister.

Martin Chalfie: manetprotein uten maneter

Gjennombruddet kom på slutten av 1980-tallet og begynnelsen av 1990-tallet, ledet av Martin Chalfie, den andre av trioen av nobelprisvinnere. Ved å bruke genteknologiske metoder (som tok form 15-20 år etter oppdagelsen av GFP), lærte forskerne å sette inn GFP-genet i bakterier, og deretter i komplekse organismer, og tvang dem til å syntetisere dette proteinet.

Det ble tidligere antatt at for å oppnå fluorescerende egenskaper, krevde GFP et unikt biokjemisk "miljø" som eksisterer i manetens kropp. Chalfie beviste at fullverdig selvlysende GFP også kan dannes i andre organismer, et enkelt gen er nok. Nå hadde forskere dette proteinet "under tak": ikke i dypet av havet, men alltid for hånden og i ubegrensede mengder. Enestående muligheter for praktisk anvendelse har åpnet seg.

Genteknologi gjør at GFP-genet kan settes inn ikke bare "et sted", men festet til genet for et spesifikt protein som interesserer forskeren. Som et resultat syntetiseres dette proteinet med en lysende etikett, som gjør det mulig å se det under et mikroskop mot bakgrunnen av tusenvis av andre celleproteiner.

Den revolusjonerende naturen til GFP er at den lar deg "merke" et protein i en levende celle, og cellen selv syntetiserer det, og i tiden før GFP ble nesten all mikroskopering utført på "faste" preparater. I hovedsak studerte biokjemikere "øyeblikksbilder" av biologiske prosesser "på dødstidspunktet", og antok at alt i stoffet forble som det var i løpet av livet. Nå er det mulig å observere og registrere på video mange biologiske prosesser i en levende organisme.

Roger Tsiens fruktstativ

Den tredje nobelprisvinneren "oppdaget" generelt ikke noe. Væpnet med andres kunnskap om GFP og genteknologiske teknikker, begynte forskere i laboratoriet til Roger Y. Tsien å lage nye fluorescerende proteiner som bedre egnet deres behov. De betydelige ulempene med "naturlig" GFP er eliminert. Spesielt protein fra maneter lyser sterkt når de bestråles med ultrafiolett lys, men for å studere levende celler er det mye bedre å bruke synlig lys. I tillegg er det "naturlige" proteinet en tetramer (molekylene er satt sammen i grupper på fire). Tenk deg at fire spioner (GFP) må overvåke fire individer ("merkede ekorn"), mens de holder hender.

Ved å endre individuelle strukturelle elementer av proteinet utviklet Tsien og hans kolleger modifikasjoner av GFP som var fri for disse og en rekke andre ulemper. De brukes nå av forskere over hele verden. I tillegg laget Tsiens team en "regnbue" av fluorescerende proteiner, alt fra blått til rødfiolett. Tsien kalte de fargerike proteinene sine etter frukter av de tilsvarende fargene: mBanana, tdTomat, mStrawberry (jordbær), mCherry (kirsebær), mPlum (plomme) og så videre.

Tsien fikk listen over utviklingen hans til å se ut som en fruktstand, ikke bare for å popularisere. Ifølge ham, på samme måte som det ikke er én best frukt for alle tilfeller, er det ingen best fluorescerende protein: for hvert enkelt tilfelle må du velge "ditt" protein (og nå er det mye å velge mellom). Et arsenal av flerfargede proteiner er nødvendig når forskere ønsker å overvåke flere typer objekter i en celle samtidig (dette skjer vanligvis).

Et nytt trinn i utformingen av fluorescerende proteiner var etableringen av "fotoaktiverbare" proteiner. De fluorescerer ikke (og er derfor ikke synlige under et mikroskop) før en forsker "tenner" dem ved hjelp av kortvarig bestråling med en spesielt valgt laser. Laserstrålen ligner på fremhevingsfunksjonen i dataapplikasjoner. Hvis en forsker ikke er interessert i alle proteinmolekyler, men bare på ett spesifikt sted og starter fra et bestemt øyeblikk, kan han "velge" dette området ved hjelp av en laserstråle, og deretter observere hva som skjer med disse molekylene. For eksempel kan du "aktivere" en av dusinvis av kromosomer, og deretter se hvordan den "reiser" gjennom cellen under deling, og de gjenværende kromosomene vil ikke komme i veien.

Nå har forskere gått enda lenger: fluorescerende kameleonproteiner har nylig blitt opprettet, som etter spesiell bestråling endrer farge, og disse endringene er reversible: du kan "bytte" molekylet fra en farge til en annen mange ganger. Dette utvider mulighetene for å studere prosesser i en levende celle ytterligere.

Takket være utviklingen det siste tiåret har fluorescerende proteiner blitt et av hovedverktøyene for celleforskning. Omtrent sytten tusen vitenskapelige artikler er allerede publisert om GFP alene eller forskning som bruker det. I 2006 reiste Friday Harbor-laboratoriet der GFP ble oppdaget et monument som viser GFP-molekylet, 1,4 m høyt, det vil si omtrent hundre millioner ganger større enn originalen.

GFP fra Aequorea-maneten er det beste beviset på at mennesker trenger å beskytte mangfoldet av "ubrukelige" arter av ville dyr. For rundt tjue år siden ville ingen ha forestilt seg at et eksotisk protein fra en ukjent manet skulle bli det viktigste verktøyet for cellebiologi i det 21. århundre. I mer enn hundre millioner år har evolusjonen skapt et molekyl med unike egenskaper som ingen vitenskapsmann eller datamaskin kunne konstruere «fra bunnen av». Hver av de hundretusenvis av plante- og dyrearter syntetiserer tusenvis av sine egne biologiske molekyler, hvorav de aller fleste ennå ikke er studert. Kanskje inneholder dette enorme levende arkivet mye av det menneskeheten en dag vil trenge.

Den økende tilgjengeligheten av "høyteknologi" molekylærbiologi har ført til det faktum at lysende proteiner begynte å bli brukt ikke bare i seriøs forskning.

Grønt fluorescerende smult

I 2000, på forespørsel fra samtidskunstneren Eduardo Kac, "laget" en fransk genetiker en grønn fluorescerende kanin ved navn Alba. Eksperimentet hadde ingen vitenskapelige mål: Alba var et "kunstverk" av kunstneren Katz i retningen han oppfant - transgen kunst. Kaninen (beklager, Katz sitt kunstverk) ble vist på ulike utstillinger, pressekonferanser og andre arrangementer, noe som vakte stor oppmerksomhet.

I 2002 døde Alba uventet, og det oppsto en skandale rundt det uheldige dyret i pressen på grunn av motsetninger mellom vitenskapsmann-utøveren og kunstner-kunden. For å forsvare sin kollega mot Katzs angrep, argumenterte for eksempel franske genetikere at Alba faktisk ikke er så grønn og lysende som hun ser ut på fotografier. Men hvis vi snakker om kunst, hvorfor ikke pynte den med Photoshop?

Menneskelig genteknologi er i strid med medisinsk etikk, så det er usannsynlig at fluorescerende proteiner vil bli brukt i juridiske medisinske institusjoner for diagnostikk og lignende formål. Det kan imidlertid antas at skjønnhetssalonger og andre mindre kontrollerte etablissementer vil være interessert i de nye mulighetene. Tenk deg for eksempel naturlige negler eller lepper (ingen lakk eller leppestifter!), som skifter farge avhengig av belysningen og til og med lyser i mørket hvis noen liker... Eller et mønster på huden dannet av dens egne fluorescerende celler, som blir synlig, bare hvis du skinner den med en spesiell lampe, i stedet for tatoveringer, som blir sett på av alle og er vanskelige å fjerne.

Partnernyheter

Bioluminescens (oversatt fra gresk "bios" - liv, og latin "lumen" - lys) er evnen til levende organismer til å sende ut lys. Dette er et av de mest fantastiske fenomenene. Den finnes ikke så ofte i naturen. Hvordan ser det ut? La oss se på:

10. Glødende plankton

Foto 10. Glødende plankton, Maldivene

Glødende plankton i Lake Gippsland, Australia. Denne gløden er ikke annet enn bioluminescens - kjemiske prosesser i dyrekroppen hvor den frigjorte energien frigjøres i form av lys. Fenomenet bioluminescens, fantastisk i sin natur, var heldig ikke bare å se, men også å bli fotografert av fotograf Phil Hart.

9. Glødende sopp

Bildet viser Panellus stipticus. En av få sopp med bioluminescens. Denne typen sopp er ganske vanlig i Asia, Australia, Europa og Nord-Amerika. Den vokser i grupper på stokker, stubber og stammer av løvtrær, spesielt eik, bøk og bjørk.

8. Skorpionen

Bildet viser en skorpion som lyser under ultrafiolett lys. Skorpioner sender ikke ut sitt eget lys, men de lyser under den usynlige emisjonen av neonlys. Saken er at i eksoskjelettet til en skorpion er det et stoff som sender ut lyset sitt under ultrafiolett stråling.

7. Glødeormer Waitomo Caves, New Zealand

I New Zealand er Waitomo Cave hjem til lysende mygglarver. De dekker taket i hulen. Disse larvene etterlater tråder av glødende slim, opptil 70 per orm. Dette hjelper dem med å fange fluer og mygg, som de lever av. Hos noen arter er slike tråder giftige!

6. Glødende maneter, Japan

Bilde 6. Glødende maneter, Japan

Et fantastisk syn kunne sees i Toyama-bukten i Japan - tusenvis av maneter skyllet opp på kysten av bukten. Dessuten lever disse manetene på store dyp, og i hekkesesongen stiger de til overflaten. I dette øyeblikk ble de brakt til land i et stort antall. Utvendig minner dette bildet veldig om glødende plankton! Men dette er absolutt to forskjellige fenomener.

5. Glødende sopp (Mycena lux-coeli)

Det du ser her er glødende sopp Mycena lux-coeli. De vokser i Japan, i regntiden, på fallne Chinquapin-trær. Disse soppene avgir lys takket være et stoff som heter luciferin, som oksiderer og produserer denne intense grønnhvite gløden. Det er veldig morsomt at Lucifer på latin betyr «giverens lys». Hvem ville ha visst! Disse soppene lever bare noen få dager og dør når regnet stopper.

4. Glød fra ostracoden Cypridina hilgendorfii, Japan

Cypridina hilgendorfii er navnet på skalldyr, bittesmå (for det meste ikke mer enn 1-2 mm), gjennomsiktige organismer som lever i kystvannet og sanden i Japan. De lyser takket være stoffet luciferin.

Et interessant faktum er at under andre verdenskrig samlet japanerne disse krepsdyrene for å få lys om natten. Etter å ha bløtlagt disse organismene i vann, begynner de å lyse igjen.

3. Glødende ildfluer

Foto 3. Langeksponert fotografi av ildfluer

Slik ser ildfluehabitater ut, tatt med lang eksponering. Ildfluer blinker for å tiltrekke seg oppmerksomheten til det motsatte kjønn.

2. Glødende bakterier

Glødende bakterier er et fantastisk naturfenomen. Lys i bakterier skapes i cytoplasmaet. De lever hovedsakelig i sjøvann, og sjeldnere på land. Den ene bakterien sender i seg selv et veldig svakt, nesten usynlig lys, men når de er i stort antall, lyser de med et mer intenst blått lys som er veldig behagelig for øyet.

1. Maneter (Aequorea Victoria)

På 1960-tallet identifiserte den japansk-amerikanske vitenskapsmannen Osamu Shimomura ved Nagoya University det selvlysende proteinet aequorin fra equorea-maneten (Aequorea victoria). Shimomura viste at aequorin starter med kalsiumioner uten oksygen (oksidasjon). Det lysemitterende fragmentet er med andre ord ikke et eget substrat i seg selv, men et substrat som er tett bundet til proteinet. Dette ga igjen et stort bidrag ikke bare til vitenskapen, men også til medisinen. I 2008 ble Shimomura tildelt Nobelprisen for sitt arbeid.