Tại sao sứa phát sáng. Những sinh vật phát sáng tuyệt vời nhất. Sứa Độc - Sea Wasp

Phát sáng được coi là hiện tượng phổ biến trong tự nhiên. Do đó, khả năng phát ra ánh sáng thông qua một phản ứng hóa học đơn giản, hay còn gọi là phát quang sinh học, được tìm thấy ở ít nhất 50 loài nấm, đom đóm khác nhau và thậm chí cả sinh vật biển đáng sợ. Với sự trợ giúp của phản ứng này, các sinh vật phát sáng thu được nhiều lợi ích cho bản thân: chúng xua đuổi kẻ săn mồi, thu hút con mồi, loại bỏ oxy trong tế bào hoặc đơn giản là đối phó với sự tồn tại trong bóng tối vĩnh cửu của đáy đại dương.

Bằng cách này hay cách khác, phát quang là một trong những công cụ khéo léo nhất của cuộc sống và chúng tôi sẽ giới thiệu cho bạn danh sách những sinh vật khác thường và kỳ lạ nhất có thể phát sáng trong bóng tối. Nhiều loài trong số này hiện đang được trưng bày tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Hoa Kỳ ở New York.

Cá tu hài cái và đực

mực địa ngục

sứa phát sáng

Những loại sinh vật khác thường và tuyệt vời mà bạn sẽ không gặp ở biển hoặc dưới đáy đại dương. Những sinh vật màu tím viền xanh sau đây sống ở Thái Bình Dương ngoài khơi bờ biển Bắc Mỹ. Những con sứa này có khả năng tạo ra hai loại ánh sáng cùng một lúc. Chất phát quang sinh học có ánh sáng màu xanh tím và được tạo ra bởi phản ứng hóa học giữa canxi và protein. Và phản ứng này lần lượt tạo ra ánh sáng xung quanh viền của con sứa, tạo thành một protein huỳnh quang màu xanh lá cây, và sau đó là ánh sáng xanh lục. Các nhà khoa học sử dụng rộng rãi tính năng này của sinh vật để nghiên cứu hình dung các quá trình trong cơ thể.

nước chữa cháy

Chắc hẳn ít người biết rằng trong tự nhiên có một hiện tượng có thể so sánh với đại dương phát sáng. Tuy nhiên, không ai có thể từ chối tận mắt quan sát làn sóng neon màu xanh sáng của đại dương. Vấn đề là nước chứa đầy tảo hai roi, sinh vật phù du đơn bào có đuôi, phân bố trên các khu vực ấn tượng ngoài khơi bờ biển. Các nhà khoa học tin rằng những sinh vật này đã sinh sống trên hành tinh của chúng ta trong một tỷ năm và trong vài thiên niên kỷ qua, những người hoang mang có xu hướng gán hiện tượng này cho phép thuật bí ẩn của các vị thần biển.

miệng rộng

Để kiếm ăn, loài cá này đầu tiên sử dụng khả năng phát quang sinh học để gây ra huỳnh quang dưới dạng đèn đỏ ở khu vực gần mũi, sau đó phát ra các xung màu đỏ để phát hiện tôm. Khi tìm thấy con mồi, tín hiệu được giải phóng và hàm được kích hoạt. Kẻ săn mồi khéo léo lợi dụng thực tế là tôm, giống như nhiều cư dân biển khác, không thể nhận ra ánh sáng đỏ.

tôm gia vị

Tuy nhiên, không phải tất cả tôm đều dễ uốn và dễ dàng tiếp cận những kẻ săn mồi. Ví dụ, tôm sistellaspis có khả năng bảo vệ tuyệt vời, kể cả chống lại miệng lớn. Những con tôm này tước vũ khí của những kẻ săn mồi bằng cách phun ra một chất lỏng phát sáng khó chịu từ đuôi của chúng ngay trước miệng chúng.

bức tường san hô

Một bức tường san hô phát sáng đẫm máu cao 1.000 foot đã được phát hiện ở Quần đảo Cayman. Hiện tượng thú vị này có thể xảy ra do thực tế là nhiều sinh vật phát quang sinh học đã tìm thấy nơi ẩn náu ở đây. Nhiều người lặn biển chụp ảnh cách san hô biến màu đỏ thành ánh sáng xanh tuyệt đẹp.

V. LUNKEVICH.

Valeryan Viktorovich Lunkevich (1866-1941) - nhà sinh vật học, giáo viên, nhà phổ biến xuất sắc.

Cơm. 1. Đèn ngủ "Ngọn nến biển".

Cơm. 3. Người câu cá.

Cơm. 4. Cá phát sáng.

Cơm. 6. Nhánh san hô có polyp dạ quang.

Cơm. 5. Chân đầu phát sáng.

Cơm. 7. Nữ đom đóm.

Cơm. Hình 8. Cơ quan phát quang ở nhuyễn thể chân đầu: a - phần sáng, giống như thấu kính; b - lớp trong của tế bào phát sáng; c - lớp tế bào bạc màu; d - lớp tế bào hắc sắc tố.

Ai trong chúng ta đã không phải chiêm ngưỡng vào một buổi tối mùa hè ấm áp ánh sáng xanh lục của những con đom đóm bắn trong không khí theo các hướng khác nhau? Nhưng có bao nhiêu người biết rằng không chỉ một số loài bọ mà cả các loài động vật khác, đặc biệt là cư dân của biển và đại dương, đều được trời phú cho khả năng phát sáng?

Tất cả những ai đã trải qua mùa hè trên bờ Biển Đen đều đã hơn một lần chứng kiến ​​​​một trong những cảnh tượng đẹp nhất của thiên nhiên.

Đêm đang đến. Biển lặng. Những gợn sóng nhỏ lướt trên bề mặt của nó. Đột nhiên, một dải sáng lóe lên trên đỉnh của một trong những con sóng gần nhất. Đằng sau cô lóe lên một cái khác, một phần ba ... Có rất nhiều người trong số họ. Chúng sẽ lấp lánh trong chốc lát rồi mờ đi cùng với con sóng vỡ để sáng trở lại. Bạn đứng, nhìn, như thể bị mê hoặc, vào hàng triệu ngọn đèn tràn ngập biển với ánh sáng của chúng, và bạn hỏi - có chuyện gì ở đây vậy?

Bí ẩn này từ lâu đã được khoa học giải đáp. Hóa ra là hàng tỷ sinh vật cực nhỏ được gọi là đèn ngủ phát ra ánh sáng (Hình 1). Nước mùa hè ấm áp tạo điều kiện thuận lợi cho sự sinh sản của chúng, và sau đó chúng lao qua biển thành vô số đám. Trên thân của mỗi chiếc đèn ngủ như vậy có rải rác những quả bóng màu vàng phát ra ánh sáng.

Bây giờ chúng ta hãy "tua nhanh" đến một trong những vùng biển nhiệt đới và lặn xuống vùng biển của nó. Ở đây bức tranh thậm chí còn tráng lệ hơn. Bây giờ một số động vật kỳ lạ đang bơi trong một đám đông an thần, giờ chỉ có một mình: chúng trông giống như những chiếc ô hoặc chuông làm bằng thạch đặc. Đây là những con sứa: lớn và nhỏ, tối và sáng, đôi khi xanh lam, đôi khi xanh lục, đôi khi vàng, đôi khi hơi đỏ. Giữa những chiếc "đèn lồng" nhiều màu di động này, một con sứa khổng lồ bình tĩnh, chậm rãi trôi nổi, chiếc ô có đường kính từ sáu mươi đến bảy mươi cm (Hình 2). Cá phát ra ánh sáng có thể được nhìn thấy từ xa. Cá mặt trăng lao vút đi, giống như mặt trăng giữa những vì sao cá phát sáng khác. Một trong những con cá có đôi mắt sáng rực, một con khác có quy trình trên đầu, phần trên giống đèn điện đang thắp sáng, con thứ ba có một sợi dây dài với “đèn pin” ở cuối (Hình 3) ở phía trên. hàm, và một số loài cá phát sáng hoàn toàn tràn ngập ánh sáng nhờ các cơ quan đặc biệt nằm dọc cơ thể chúng giống như bóng đèn điện được xâu trên dây (Hình 4).

Chúng tôi đi xuống bên dưới - đến nơi ánh sáng mặt trời không còn xuyên qua, nơi mà dường như sẽ có bóng tối vĩnh cửu, không thể xuyên thủng. Và đây đó "lửa cháy"; và ở đây bóng tối của màn đêm bị cắt ngang bởi những tia sáng phát ra từ cơ thể của nhiều loài động vật phát sáng khác nhau.

Giun phát sáng và động vật thân mềm sống dưới đáy biển giữa đá và tảo. Cơ thể trần truồng của họ rải đầy những sọc, đốm hoặc đốm sáng, giống như bụi kim cương; trên những gờ đá dưới nước, sao biển tràn ngập ánh sáng khoe sắc; con tôm càng ngay lập tức lao đến mọi nơi trong lãnh thổ săn mồi của nó, chiếu sáng con đường trước mặt nó bằng đôi mắt to như kính thiên văn.

Nhưng tuyệt vời nhất trong tất cả là một trong những loài động vật chân đầu: tất cả đều được tắm trong những tia sáng màu xanh lam (Hình 5). Một lúc - và đèn tắt: vừa tắt đèn chùm điện. Sau đó, ánh sáng lại xuất hiện - lúc đầu yếu ớt, sau đó ngày càng sáng hơn, giờ nó chuyển sang màu tím - màu của hoàng hôn. Và ở đó, nó lại tắt, để bùng lên trong vài phút với màu của những tán lá xanh mỏng manh.

Trong thế giới dưới nước, bạn có thể thấy những bức tranh đầy màu sắc khác.

Chúng ta hãy nhớ lại nhánh san hô đỏ nổi tiếng. Chi nhánh này là nhà của động vật có tổ chức rất đơn giản - polyp. Polyp sống thành đàn rộng lớn trông giống như bụi rậm. Polyp xây nhà từ vôi hoặc chất sừng. Những ngôi nhà như vậy được gọi là giá đỡ polyp và một nhánh san hô đỏ là một hạt của polyp. Những tảng đá dưới nước ở một số nơi được bao phủ hoàn toàn bởi cả một lùm bụi san hô với nhiều hình dạng và màu sắc khác nhau (Hình 6) với nhiều tủ nhỏ chứa hàng trăm nghìn polyp - những loài động vật trông giống như những bông hoa màu trắng. Trong nhiều polypnyak, các polyp dường như chìm trong ngọn lửa, được hình thành bởi nhiều ánh sáng. Đèn đôi khi cháy không đều và không liên tục, thay đổi màu sắc: chúng đột nhiên lấp lánh ánh sáng tím, sau đó chuyển sang màu đỏ hoặc lấp lánh với màu xanh lam nhạt và trải qua một loạt các chuyển đổi từ xanh lam sang xanh lục, đóng băng màu của một viên ngọc lục bảo hoặc đi ra ngoài, tạo thành những bóng đen xung quanh chúng, và ở đó lại lóe lên những tia lửa óng ánh.

Có những loài động vật phát sáng trong số những cư dân của vùng đất: chúng gần như hoàn toàn là bọ cánh cứng. Có sáu loài bọ cánh cứng như vậy ở châu Âu. Ở các nước nhiệt đới, chúng còn nhiều hơn thế nữa. Tất cả chúng đều tạo nên một họ đom đóm, đó là đom đóm. "Chiếu sáng" đôi khi được sắp xếp bởi những con bọ này là một cảnh tượng rất ngoạn mục.

Một đêm nọ, tôi đang trên chuyến tàu từ Florence đến Rome. Đột nhiên, những tia lửa bay gần chiếc xe thu hút sự chú ý của tôi. Lúc đầu, chúng có thể bị nhầm với tia lửa bắn ra từ ống khói đầu máy. Liếc ra ngoài cửa sổ, tôi thấy đoàn tàu của chúng tôi đang lao về phía trước qua một đám mây nhẹ, trong suốt được dệt nên từ những ánh sáng xanh vàng nhỏ xíu. Chúng lấp lánh khắp mọi nơi. Chúng lượn vòng, xuyên qua không khí thành những vòng cung rạng rỡ, cắt nó theo nhiều hướng khác nhau, băng qua, chìm xuống và lại bùng lên trong màn sương đêm, đổ xuống mặt đất thành một cơn mưa lửa. Và con tàu chạy càng lúc càng xa, được bao phủ bởi một tấm màn ánh sáng kỳ diệu. Năm phút, hoặc thậm chí hơn, cảnh tượng khó quên này kéo dài. Sau đó, chúng tôi thoát ra khỏi đám mây bụi đang cháy, bỏ lại chúng rất xa phía sau.

Chúng là vô số những con bọ đom đóm, đoàn tàu của chúng tôi đâm sầm vào đàn côn trùng trông không có gì đặc biệt này, tụ tập vào một đêm yên tĩnh, ấm áp, dường như đang trong mùa giao phối của cuộc đời chúng. (Hiện tượng tương tự có thể được quan sát không chỉ ở các nước Địa Trung Hải, mà còn ở đây, ở Nga. Nếu bạn lái xe đến bờ Biển Đen bằng tàu hỏa vào một buổi tối ấm áp và mưa vào nửa cuối mùa hè, hãy quan sát hiện tượng xa hoa được mô tả bởi tác giả ở vùng lân cận Tuapse, nhiều đường hầm, nhiều khúc cua và một đường ray duy nhất, tàu chạy không nhanh lắm, và cảnh tượng bay của đom đóm được xem như một cảnh tượng mê hồn. Yu.M.)

Một số loại đom đóm phát ra ánh sáng có cường độ tương đối cao. Có những con đom đóm phát sáng rực rỡ đến nỗi ở phía chân trời tối từ xa, bạn không thể xác định ngay được thứ gì đang ở trước mặt mình - một ngôi sao hay một con đom đóm. Có những loài mà cả con đực và con cái đều phát sáng như nhau (ví dụ đom đóm Ý). Cuối cùng, có những loại bọ mà con đực và con cái phát sáng khác nhau, mặc dù chúng trông giống nhau: ở con đực, cơ quan phát quang phát triển tốt hơn và hoạt động mạnh mẽ hơn ở con cái. Khi con cái kém phát triển, chỉ có đôi cánh thô sơ hoặc hoàn toàn không có cánh, còn con đực phát triển bình thường, thì người ta quan sát thấy một điều khác: ở con cái, các cơ quan phát quang hoạt động mạnh hơn nhiều so với con đực; con cái càng kém phát triển, càng bất động và bất lực, cơ quan phát sáng của nó càng sáng. Ví dụ điển hình nhất ở đây là cái gọi là "sâu Ivanov", nó hoàn toàn không phải là một con sâu mà là một con cái giống ấu trùng của một loài bọ đom đóm đặc biệt (Hình 7). Nhiều người trong chúng tôi ngưỡng mộ ánh sáng lạnh, thậm chí xuyên qua tán lá của một bụi cây hoặc cỏ. Nhưng có một cảnh tượng thậm chí còn thú vị hơn - ánh sáng của một con cái thuộc loài đom đóm khác. Không dễ thấy vào ban ngày, tương tự như annelids, vào ban đêm, nó thực sự tắm mình trong những tia sáng trắng xanh tuyệt đẹp của chính nó nhờ vào sự phong phú của các cơ quan phát sáng.

Tuy nhiên, nó không đủ để chiêm ngưỡng ánh sáng rực rỡ của chúng sinh. Cần phải biết nguyên nhân gây ra sự phát sáng của cư dân ở thế giới dưới nước và trên cạn và vai trò của nó đối với đời sống của động vật.

Bên trong mỗi chiếc đèn ngủ, với sự trợ giúp của kính hiển vi, bạn có thể nhìn thấy nhiều hạt màu vàng - đây là những vi khuẩn phát sáng sống trong thân đèn ngủ. Bằng cách phát ra ánh sáng, chúng cũng làm cho những động vật siêu nhỏ này phát sáng. Điều tương tự cũng phải nói về loài cá có đôi mắt giống như những chiếc đèn lồng đang cháy: ánh sáng của chúng là do vi khuẩn phát sáng định cư trong các tế bào của cơ quan phát sáng của loài cá này. Nhưng sự phát sáng của động vật không phải lúc nào cũng gắn liền với hoạt động của vi khuẩn phát sáng. Đôi khi ánh sáng được tạo ra bởi các tế bào phát sáng đặc biệt của chính con vật.

Các cơ quan phát sáng của các loài động vật khác nhau được chế tạo theo cùng một loại, nhưng một số đơn giản hơn, trong khi một số khác phức tạp hơn. Trong khi các polyp phát sáng, sứa và sao biển có toàn bộ cơ thể phát sáng, thì một số giống tôm càng chỉ có một nguồn sáng - đôi mắt lớn giống kính thiên văn. Tuy nhiên, trong số các loài động vật phát sáng, một trong những vị trí đầu tiên thuộc về động vật chân đầu. Chúng bao gồm bạch tuộc, có khả năng thay đổi màu sắc của lớp vỏ bên ngoài.

Cơ quan nào gây ra ánh sáng? Chúng được xây dựng như thế nào và chúng hoạt động như thế nào?

Trong da của kỷ tử có những cục nhỏ, cứng, hình bầu dục. Phần trước của cơ thể này, nhìn ra ngoài, hoàn toàn trong suốt và giống như thủy tinh thể của mắt, còn phần sau, phần lớn, được bao bọc trong một lớp vỏ tế bào sắc tố màu đen (Hình 8). ). Ngay dưới lớp vỏ này, các tế bào màu bạc nằm thành nhiều hàng: chúng tạo nên lớp giữa của cơ quan phát sáng của động vật thân mềm. Bên dưới nó là các tế bào có hình dạng phức tạp giống như các phần tử thần kinh của võng mạc mắt. Chúng lót bề mặt bên trong của cơ thể nhỏ bé này ("bộ máy"). Chúng cũng phát ra ánh sáng.

Vì vậy, "bầu" của động vật chân đầu bao gồm ba lớp khác nhau. Ánh sáng được phát ra bởi các tế bào của lớp bên trong. Phản xạ từ các tế bào bạc của lớp giữa, nó đi qua phần cuối trong suốt của "bóng đèn" và đi ra ngoài.

Một chi tiết gây tò mò khác trong "bộ máy" dạ quang này. Trong da của động vật chân đầu, gần mỗi cơ thể như vậy, một thứ gì đó giống như gương lõm hoặc gương phản xạ nổi lên. Lần lượt, mỗi bộ phản xạ như vậy trong "bóng đèn" của động vật thân mềm bao gồm một loại tế bào kép, gồm các tế bào sắc tố sẫm màu không truyền ánh sáng, phía trước là các tế bào phản xạ ánh sáng màu bạc xếp thành hàng.

Trong khi một sinh vật sống, các quá trình hóa học khác nhau diễn ra trong các tế bào của nó. Liên quan đến các quá trình này, các dạng năng lượng khác nhau phát sinh trong cơ thể: nhiệt, nhờ đó nó nóng lên; cơ khí, mà chuyển động của nó phụ thuộc vào; điện, được kết nối với công việc của các dây thần kinh của mình. Ánh sáng cũng là một dạng năng lượng đặc biệt phát sinh dưới tác động của nội công diễn ra trong cơ thể. Chất của vi khuẩn phát sáng và những tế bào tạo nên bộ máy phát sáng của động vật, bị oxy hóa, phát ra năng lượng ánh sáng.

Ánh sáng có vai trò gì đối với đời sống động vật? Vẫn chưa thể trả lời câu hỏi này trong từng trường hợp riêng lẻ. Nhưng lợi ích của ánh sáng đối với nhiều loài động vật khó có thể nghi ngờ. Cá phát sáng và tôm càng sống ở độ sâu mà ánh sáng mặt trời không xuyên qua được. Trong bóng tối, rất khó để phân biệt những gì đang xảy ra xung quanh, truy tìm con mồi và trốn tránh kẻ thù kịp thời. Trong khi đó, cá phát sáng và tôm càng nhìn thấy, có mắt. Khả năng phát sáng khiến cuộc sống của chúng trở nên dễ dàng hơn.

Ngoài ra, chúng ta biết làm thế nào một số động vật bị thu hút bởi ánh sáng. Một con cá có thứ gì đó giống như bóng đèn nhô ra khỏi đầu, hoặc một con cá câu cá, được trang bị một xúc tu dài giống như sợi dây "có đèn pin" ở cuối, sử dụng các cơ quan phát sáng để thu hút con mồi. Động vật thân mềm cephalepad thậm chí còn hạnh phúc hơn về mặt này: ánh sáng óng ánh, có thể thay đổi của nó thu hút một số người, khiến những người khác sợ hãi. Một số loại động vật giáp xác nhỏ phát sáng, trong lúc nguy cấp, phóng ra những tia chất phát sáng, kết quả là đám mây phát sáng che giấu chúng khỏi kẻ thù. Cuối cùng, sự phát sáng ở một số loài động vật đóng vai trò là phương tiện để tìm kiếm và thu hút giới tính của động vật này sang giới tính khác: con đực do đó tìm thấy con cái hoặc ngược lại, thu hút chúng về phía mình. Do đó, sự phát sáng của động vật là một trong những khả năng thích nghi mà động vật hoang dã rất phong phú, là một trong những công cụ trong cuộc đấu tranh sinh tồn.

Phát quang sinh học là khả năng phát sáng của các sinh vật sống. Nó dựa trên các quá trình hóa học trong đó năng lượng giải phóng được giải phóng dưới dạng ánh sáng. Phát quang sinh học dùng để thu hút con mồi, bạn tình, liên lạc, cảnh báo, ngụy trang hoặc răn đe.

Các nhà khoa học tin rằng phát quang sinh học xuất hiện ở giai đoạn chuyển đổi từ dạng sống kỵ khí sang dạng sống hiếu khí như một phản ứng bảo vệ của vi khuẩn cổ đại liên quan đến "chất độc" - oxy, được cây xanh giải phóng trong quá trình quang hợp. Phát quang sinh học được tìm thấy ở vi khuẩn, nấm và một loạt các đại diện của lớp động vật - từ động vật nguyên sinh đến hợp âm. Nhưng nó đặc biệt phổ biến ở các loài giáp xác, côn trùng và cá.

Vi khuẩn giúp các sinh vật "tạo ra" ánh sáng hoặc chúng tự mình đối phó với nhiệm vụ này. Trong trường hợp này, ánh sáng có thể phát ra cả toàn bộ bề mặt cơ thể và các cơ quan đặc biệt - các tuyến, chủ yếu có nguồn gốc từ da. Loại thứ hai có ở nhiều loài động vật biển và trong số những loài sống trên cạn - ở côn trùng, một số loài giun đất, rết, v.v.

con đom đóm

Có lẽ nổi tiếng nhất của phát quang sinh học. gia đình đom đóm ( Lampyridae) có khoảng 2000 loài. Vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới có thể tự hào về sự đa dạng lớn nhất của những con bọ này, nhưng trên lãnh thổ của Liên Xô cũ chỉ có bảy chi và khoảng 20 loài côn trùng này. Chà, chúng không cần ánh sáng để “làm sáng cho chúng ta trong đêm tối nhất”, mà là để giao tiếp với nhau, cho dù đó là tín hiệu kêu gọi của con đực tìm kiếm con cái, bắt chước (dưới ánh sáng xung quanh, vì ví dụ như ánh sáng của bóng đèn hay trăng soi ngọn cỏ), bảo vệ lãnh thổ, v.v.

Con đom đóm thông thường / © Flickr

Ánh sáng ban đêm

Noctiluca scintillans, hay còn gọi là đèn ngủ, thuộc loài được gọi là tảo hai roi. Đôi khi chúng còn được gọi là dinoflagellate do khả năng quang hợp của chúng. Trên thực tế, hầu hết chúng là trùng roi có vỏ nội bào phát triển. Chính tảo hai roi là thủ phạm của "thủy triều đỏ" nổi tiếng, hiện tượng vừa đẹp vừa đáng sợ. Nhưng đặc biệt tráng lệ, tất nhiên, là “ánh sáng” màu xanh lam của đèn ngủ, có thể quan sát thấy vào ban đêm ở vùng biển, đại dương và hồ. Cả màu đỏ và ánh sáng xanh đều do sự phong phú của những sinh vật nhỏ bé tuyệt vời này trong nước.

Nước được chiếu sáng bởi đèn ngủ / © Flickr

người câu cá

Loại cá xương hình người câu cá ngây thơ này có tên như vậy do vẻ ngoài cực kỳ kém hấp dẫn của nó. Phán xét cho chính mình:

Cá tu hài biển sâu / © Flickr

Những con quỷ biển mắc chứng "sai khớp cắn", đó là lý do tại sao miệng của chúng liên tục mở ra và những chiếc răng nhọn hoắt nhô ra khỏi miệng. Cơ thể của cá được bao phủ bởi một số lượng lớn da, nốt sần và mảng bám. Không có gì đáng ngạc nhiên khi những "quasimodo" biển này thích sống ở độ sâu lớn - rõ ràng, đây là cách chúng trốn tránh những con mắt ác độc. Nhưng nghiêm túc mà nói, những con cá này rất thú vị. Với những cư dân khác của thế giới dưới nước, trong số những thứ khác, chúng được phân biệt bằng phần trước của vây lưng, nằm ngay phía trên miệng. "Đèn pin" phát sáng này cần thiết cho cá thầy tu không phải để chiếu sáng đường đi của chúng mà để thu hút con mồi.

nấm muỗi

Không kém phần ngạc nhiên là các chất phát quang sinh học khác - một loại muỗi nấm thuộc họ muỗi nấm. Chi này trước đây được gọi là Bolitiphila có nghĩa là "người yêu của nấm". Bây giờ nó đã được đổi tên thành Arachnocampa- "ấu trùng nhện". Thực tế là ấu trùng của loài muỗi này dệt lưới thật. Mới nở dưới ánh sáng ban ngày, ấu trùng chỉ dài 3-5 mm, nhưng ở giai đoạn phát triển cuối cùng, chúng dài tới 3 cm, ở giai đoạn ấu trùng, những con muỗi này dành phần lớn cuộc đời của chúng, do đó, trong để kiếm ăn và thu hút con mồi, chúng dệt trần hang là một thứ gì đó giống như một cái tổ bằng tơ, rủ xuống đầu những sợi chỉ dính chiếu sáng cơ thể chúng. Phổ biến trong các hang động và hang động ở Úc và New Zealand.

Ấu trùng muỗi nấm / © Flickr

nấm neon

Thật không may, điều kỳ diệu này của thiên nhiên là một loại nấm phát quang tuyệt đẹp. Chlorophos Mycena Bạn sẽ không tìm thấy nó trong khu vực của chúng tôi. Để xem nó, bạn nên đến Nhật Bản hoặc Brazil. Vâng, và ở đó bạn sẽ phải đợi mùa mưa, khi những cây nấm xanh tuyệt vời này xuất hiện từ những bào tử “cháy” theo đúng nghĩa đen.

Cho dù điều kỳ diệu này có thể ăn được hay không vẫn chưa được biết. Tuy nhiên, ít người dám dọn một chiếc đĩa dạ quang như vậy ra bàn. Nếu bạn vẫn quyết định tìm kiếm nó, chúng tôi khuyên bạn nên nhìn vào gốc thân cây, bên cạnh những cành cây bị đổ hoặc bị cắt, đống tán lá hoặc đơn giản là trên đất ẩm.

Nấm neon / © Flickr

mực ống khổng lồ

Đây là loài mực phát quang sinh học lớn nhất ( Taningia daae) và có lẽ là loài đẹp nhất trong số các loài động vật này nói chung. Khoa học biết một mẫu vật có chiều dài 2,3 m và trọng lượng của nó khoảng 161 kg! Tuy nhiên, không dễ để nhìn thấy người đàn ông đẹp trai hùng vĩ này: anh ta sống ở độ sâu khoảng 1000 m và được tìm thấy ở vùng biển nhiệt đới và cận nhiệt đới. bất chấp vẻ đẹp Taningia daae- một kẻ săn mồi hung hãn. Trước khi vồ lấy nạn nhân, con mực phát ra những tia sáng ngắn với sự trợ giúp của các cơ quan đặc biệt nằm trên các xúc tu. Những đèn flash này để làm gì? Chà, rõ ràng là không phải để "cảnh báo" nạn nhân. Các nhà khoa học tin rằng chúng cần thiết để làm mù cư dân dưới biển sâu hoặc để ước tính khoảng cách đến mục tiêu. Và màn trình diễn đầy màu sắc giúp con vật quyến rũ con cái.

Mực phát quang sinh học khổng lồ / © Flickr

"Cá vàng" hiện đại phải có kích thước nano và phát huỳnh quang với ánh sáng xanh lục

Trong nhiều năm, protein huỳnh quang màu xanh lá cây (GFP) dường như là một sự tò mò sinh hóa vô ích, nhưng vào những năm 1990, nó đã trở thành một công cụ có giá trị trong sinh học. Phân tử tự nhiên độc đáo này phát huỳnh quang cũng như thuốc nhuộm tổng hợp, nhưng khác với chúng là vô hại. Với sự trợ giúp của GFP, bạn có thể thấy cách một tế bào phân chia, cách xung động chạy dọc theo sợi thần kinh hoặc cách di căn "định cư" khắp cơ thể của động vật thí nghiệm. Hôm nay, giải Nobel Hóa học được trao cho ba nhà khoa học làm việc tại Hoa Kỳ vì đã khám phá và phát triển loại protein này.

Để có được phần đầu tiên của loại protein mới, các nhà nghiên cứu đã bắt sứa bằng lưới tay - họ ném lưới, giống như một ông già trong truyện cổ tích của Pushkin. Điều đáng kinh ngạc nhất là protein sứa kỳ lạ được phân lập từ những con sứa này đã trở thành một con “cá vàng” thực sự trong vài thập kỷ, đáp ứng mong muốn ấp ủ nhất của các nhà sinh học tế bào.

GFP là gì?

GFP thuộc nhóm phân tử lớn nhất và đa dạng nhất trong các sinh vật sống chịu trách nhiệm cho nhiều chức năng sinh học - protein. Nó thực sự có màu xanh lục, mặc dù thực tế là hầu hết các protein không có màu (do đó có tên là protein).

Một số protein có màu có màu do sự hiện diện của các phân tử phi protein - "các chất tạo màu". Ví dụ, huyết sắc tố trong máu của chúng ta bao gồm một phân tử heme không phải protein, màu nâu đỏ và một phần protein không màu, globin. GFP là một loại protein tinh khiết không có "chất phụ gia": một chuỗi phân tử bao gồm các "mắt xích" không màu - axit amin. Nhưng sau quá trình tổng hợp, nếu không phải là một phép màu, thì ít nhất cũng có một mẹo nhỏ xảy ra: chuỗi gập lại thành một “quả bóng”, có màu xanh lục và khả năng phát ra ánh sáng.

Trong tế bào sứa, GFP hoạt động song song với một loại protein khác phát ra ánh sáng xanh. GFP hấp thụ ánh sáng này và phát ra màu xanh lục. Tại sao sứa biển sâu Aequorea victoria phát sáng màu xanh lá cây, các nhà khoa học vẫn chưa hiểu. Với đom đóm, mọi thứ thật đơn giản: vào mùa giao phối, con cái thắp “đèn hiệu” cho con đực - một kiểu thông báo kết hôn: màu xanh lá cây, cao 5 mm, đang tìm bạn đời.

Trong trường hợp của sứa, lời giải thích này không phù hợp: chúng không thể chủ động di chuyển và chống lại các dòng nước, vì vậy ngay cả khi chúng đưa ra tín hiệu cho nhau, bản thân chúng cũng không thể bơi “đến nơi có ánh sáng”.

Osamu Shimomura: bạn không thể dễ dàng lôi con sứa ra

Mọi chuyện bắt đầu vào những năm 1950, khi Osamu Shimomura bắt đầu nghiên cứu loài sứa phát sáng dưới biển sâu Aequorea victoria tại Phòng thí nghiệm Hàng hải Friday Harbor ở Hoa Kỳ. Thật khó để tưởng tượng ra một sự tò mò khoa học “nhàn rỗi” hơn: những người đeo kính tự hỏi tại sao một sinh vật sền sệt vô danh lại phát sáng trong bóng tối dưới đáy biển. Tôi sẽ nghiên cứu chất độc của loài sứa, và sẽ dễ hình dung ra triển vọng ứng dụng thực tế hơn.

Hóa ra không thể bắt sứa bằng lưới kéo công nghiệp: chúng bị thương nặng nên phải dùng lưới đánh tay. Để tạo điều kiện thuận lợi cho công việc khoa học “sáng tạo” dưới sự hướng dẫn của một người Nhật bướng bỉnh, họ đã thiết kế một chiếc máy chuyên dụng để cắt sứa.

Nhưng sự tò mò khoa học cộng với sự tỉ mỉ của người Nhật đã mang lại kết quả. Năm 1962, Shimomura và các đồng nghiệp đã xuất bản một bài báo trong đó họ nói về việc phát hiện ra một loại protein mới, được gọi là GFP. Điều thú vị nhất là Shimomura không quan tâm đến GFP, mà quan tâm đến một loại protein sứa khác - aequorin. GFP được phát hiện là một "đồng sản phẩm". Đến năm 1979, Shimomura và các đồng nghiệp đã trình bày chi tiết cấu trúc của GFP, tất nhiên điều này rất thú vị nhưng chỉ dành cho một số chuyên gia phụ.

Martin Chalfie: sóc sứa không có sứa

Bước đột phá được thực hiện vào cuối những năm 1980 và đầu những năm 1990 với sự tham gia hàng đầu của Martin Chalfie, người thứ hai trong “bộ ba” đoạt giải Nobel. Sử dụng các phương pháp kỹ thuật di truyền (được hình thành 15-20 năm sau khi phát hiện ra GFP), các nhà khoa học đã học cách đưa gen GFP vào vi khuẩn, sau đó vào các sinh vật phức tạp và buộc chúng tổng hợp protein này.

Trước đây người ta cho rằng GFP yêu cầu một "môi trường" sinh hóa duy nhất tồn tại trong cơ thể sứa để có được các đặc tính huỳnh quang của nó. Chalfi đã chứng minh rằng một GFP phát sáng đầy đủ cũng có thể được hình thành ở các sinh vật khác, một gen duy nhất là đủ. Giờ đây, các nhà khoa học đã có loại protein này “dưới mui xe”: không phải ở độ sâu của biển, nhưng luôn có sẵn và với số lượng không giới hạn. Triển vọng chưa từng có cho ứng dụng thực tế đã mở ra.

Kỹ thuật di truyền cho phép chèn gen GFP không chỉ “ở đâu đó”, mà còn gắn nó vào gen của một loại protein cụ thể mà nhà nghiên cứu quan tâm. Kết quả là, protein này được tổng hợp với nhãn phát sáng, cho phép nhìn thấy nó dưới kính hiển vi trên nền của hàng nghìn protein tế bào khác.

Bản chất mang tính cách mạng của GFP là nó cho phép bạn "đánh dấu" một loại protein trong tế bào sống và tế bào sẽ tự tổng hợp protein đó, và trong thời đại trước GFP, hầu hết tất cả kính hiển vi đều được thực hiện trên các chế phẩm "cố định". Về cơ bản, các nhà hóa sinh đang nghiên cứu "ảnh chụp nhanh" của các quá trình sinh học "tại thời điểm chết", giả định rằng mọi thứ trong quá trình chuẩn bị vẫn như trong cuộc sống. Giờ đây, có thể quan sát và ghi lại trên video nhiều quá trình sinh học trong cơ thể sống.

Cửa hàng trái cây của Roger Ziehen

Nói chung, người đoạt giải Nobel thứ ba đã không "khám phá" bất cứ điều gì. Được trang bị kiến ​​thức của người khác về GFP và các phương pháp kỹ thuật di truyền, trong phòng thí nghiệm của Roger Tsien (Qian Yongjian, Roger Y. Tsien), các nhà khoa học bắt đầu tạo ra "hình ảnh và chân dung" của các protein huỳnh quang mới phù hợp hơn với nhu cầu của họ. Những nhược điểm đáng kể của GFP "tự nhiên" đã được loại bỏ. Đặc biệt, protein từ sứa phát sáng rực rỡ khi chiếu tia cực tím và ánh sáng khả kiến ​​sẽ tốt hơn nhiều cho việc nghiên cứu các tế bào sống. Ngoài ra, protein "tự nhiên" là một tetramer (các phân tử được lắp ráp thành bốn phần). Hãy tưởng tượng rằng bốn điệp viên (GFP) phải theo dõi bốn người trợ giúp ("sóc được đánh dấu"), đồng thời nắm tay nhau mọi lúc.

Bằng cách thay đổi các yếu tố cấu trúc riêng lẻ của protein, Tsien và các đồng nghiệp của ông đã phát triển các sửa đổi của GFP, loại bỏ những thiếu sót này và một số thiếu sót khác. Bây giờ chúng được sử dụng bởi các nhà khoa học trên khắp thế giới. Ngoài ra, nhóm của Zien đã tạo ra cầu vồng protein huỳnh quang, từ xanh dương đến đỏ tím. Tsien đặt tên cho những con sóc đầy màu sắc của mình theo các loại trái cây có màu tương ứng: mBanana, tdTomato, mStrawberry (dâu tây), mCherry (anh đào), mPlum (mận), v.v.

Tsien đã làm cho danh sách những phát triển của mình trông giống như một quầy trái cây, không chỉ để phổ biến. Theo ông, giống như không có loại trái cây nào tốt nhất cho mọi trường hợp, nên không có loại protein huỳnh quang nào tốt nhất: đối với từng trường hợp cụ thể, bạn cần chọn loại protein “của mình” (và hiện có rất nhiều lựa chọn). Một kho protein nhiều màu là cần thiết khi các nhà khoa học muốn theo dõi một số loại vật thể cùng một lúc trong một tế bào (họ thường làm như vậy).

Một bước mới trong việc thiết kế các protein huỳnh quang là tạo ra các protein "được kích hoạt bằng ánh sáng". Chúng không phát huỳnh quang (và do đó không thể nhìn thấy dưới kính hiển vi) cho đến khi nhà nghiên cứu "thắp sáng" chúng bằng bức xạ ngắn hạn bằng tia laser được chọn đặc biệt. Chùm tia laser tương tự như chức năng lựa chọn trong các ứng dụng máy tính. Nếu nhà khoa học không quan tâm đến tất cả các phân tử protein mà chỉ quan tâm đến một vị trí cụ thể và bắt đầu từ một thời điểm nhất định, thì bạn có thể “chọn” khu vực này bằng chùm tia laze, sau đó quan sát điều gì xảy ra với những phân tử này. Ví dụ: bạn có thể "kích hoạt" một trong số hàng chục nhiễm sắc thể, sau đó xem cách nó "di chuyển" xung quanh tế bào trong quá trình phân chia và phần còn lại của nhiễm sắc thể sẽ không cản trở.

Giờ đây, các nhà khoa học đã tiến xa hơn: các protein tắc kè huỳnh quang được tạo ra gần đây thay đổi màu sắc sau khi chiếu xạ đặc biệt và những thay đổi này có thể đảo ngược: bạn có thể “chuyển đổi” phân tử từ màu này sang màu khác nhiều lần. Điều này tiếp tục mở rộng khả năng nghiên cứu các quá trình trong một tế bào sống.

Nhờ sự phát triển của thập kỷ trước, protein huỳnh quang đã trở thành một trong những công cụ chính của nghiên cứu tế bào. Khoảng 17.000 bài báo khoa học đã được xuất bản về riêng GFP hoặc các nghiên cứu sử dụng nó. Năm 2006, Friday Harbor Lab, nơi phát hiện ra GFP, đã dựng một tượng đài mô tả phân tử GFP, cao 1,4 m, tức là lớn hơn nguyên bản khoảng một trăm triệu lần.

GFP từ loài sứa Aequorea là bằng chứng tốt nhất cho thấy con người cần bảo vệ sự đa dạng của các loài động vật hoang dã "vô dụng". Khoảng hai mươi năm trước, không ai có thể đoán được rằng loại protein kỳ lạ của một loài sứa vô danh sẽ trở thành công cụ chính của sinh học tế bào của thế kỷ 21. Trong hơn một trăm triệu năm, quá trình tiến hóa đã tạo ra một phân tử có những đặc tính độc đáo mà không nhà khoa học hay máy tính nào có thể chế tạo “từ đầu”. Mỗi loài trong số hàng trăm nghìn loài thực vật và động vật tổng hợp hàng nghìn phân tử sinh học của riêng mình, phần lớn vẫn chưa được nghiên cứu. Có thể trong kho lưu trữ sống khổng lồ này có rất nhiều thứ mà nhân loại một ngày nào đó sẽ cần đến.

Sự sẵn có ngày càng tăng của sinh học phân tử "công nghệ cao" đã dẫn đến thực tế là các protein phát sáng không chỉ được sử dụng trong nghiên cứu nghiêm túc.

Chất béo huỳnh quang màu xanh lá cây

Năm 2000, được ủy quyền bởi nghệ sĩ đương đại Eduardo Kac, một nhà di truyền học người Pháp đã "tạo ra" một con thỏ phát quang màu xanh lá cây tên là Alba. Trải nghiệm không có mục đích khoa học: Alba là một "tác phẩm nghệ thuật" của nghệ sĩ Katz theo hướng mà ông đã phát minh ra - nghệ thuật chuyển gen. Con thỏ (xin lỗi, một tác phẩm nghệ thuật của Katz) đã được trưng bày tại nhiều cuộc triển lãm, họp báo và các sự kiện khác đã thu hút rất nhiều sự chú ý.

Năm 2002, Alba đột ngột qua đời và một vụ bê bối đã nảy sinh xung quanh con vật bất hạnh trên báo chí do mâu thuẫn giữa nhà khoa học-người biểu diễn và nghệ sĩ-khách hàng. Ví dụ, bảo vệ một đồng nghiệp khỏi các cuộc tấn công của Katz, các nhà di truyền học người Pháp lập luận rằng Alba thực sự không xanh và sáng như trong các bức ảnh. Nhưng khi nói đến nghệ thuật, tại sao không tô điểm bằng Photoshop?

Kỹ thuật di truyền của con người là trái với đạo đức y khoa, do đó, không có khả năng các protein huỳnh quang sẽ được sử dụng trong các cơ sở y tế hợp pháp để chẩn đoán và các mục đích tương tự. Tuy nhiên, có thể giả định rằng các thẩm mỹ viện và các cơ sở ít được kiểm soát khác sẽ quan tâm đến các cơ hội mới. Ví dụ, hãy tưởng tượng móng tay hoặc môi tự nhiên (không sơn bóng hay son môi!), thay đổi màu sắc tùy thuộc vào ánh sáng và thậm chí phát sáng trong bóng tối nếu ai đó thích nó... Hoặc một hoa văn trên da được hình thành bởi các tế bào huỳnh quang của chính nó, chỉ có thể nhìn thấy được nếu bạn chiếu một loại đèn đặc biệt, thay vì những hình xăm mà ai cũng không quá lười nhìn vào nhưng lại rất khó xóa.

tin đối tác

Phát quang sinh học (được dịch từ tiếng Hy Lạp "bios" - sự sống và tiếng Latin "lumen" - ánh sáng) là khả năng phát ra ánh sáng của các sinh vật sống. Đây là một trong những hiện tượng đáng kinh ngạc nhất. Nó không xảy ra rất thường xuyên trong tự nhiên. Nó trông như thế nào? Cung xem nao:

10 sinh vật phù du phát sáng

Ảnh 10. Sinh vật phù du phát sáng, Maldives

Sinh vật phù du phát sáng ở hồ Gippsland, Australia. Sự phát sáng này không gì khác hơn là phát quang sinh học - quá trình hóa học trong cơ thể động vật, trong đó năng lượng giải phóng được giải phóng dưới dạng ánh sáng. Bản chất tuyệt vời của nó, hiện tượng phát quang sinh học, đã may mắn không chỉ được nhìn thấy mà còn được nhiếp ảnh gia Phil Hart (Phil Hart) chụp ảnh.

9 Nấm phát sáng

Bức ảnh cho thấy Panellus stipticus. Một trong số ít nấm có khả năng phát quang sinh học. Đây là loại nấm khá phổ biến ở Châu Á, Châu Úc, Châu Âu và Bắc Mỹ. Nó phát triển thành nhóm trên các khúc gỗ, gốc cây và thân cây rụng lá, đặc biệt là trên cây sồi, sồi và bạch dương.

8. Bọ Cạp

Bức ảnh chụp một con bọ cạp phát sáng dưới tia cực tím. Bọ cạp không phát ra ánh sáng của riêng mình, nhưng chúng phát sáng dưới chùm ánh sáng neon vô hình. Có điều là trong bộ xương ngoài của bọ cạp có một chất chỉ phát ra ánh sáng dưới bức xạ cực tím.

7. Hang đom đóm Waitomo, New Zealand

Ấu trùng muỗi phát sáng sống trong hang Waitomo ở New Zealand. Chúng bao phủ trần hang. Những ấu trùng này để lại những sợi chất nhờn phát sáng, lên đến 70 con mỗi con sâu. Điều này giúp chúng bắt ruồi và muỗi vằn mà chúng ăn. Ở một số loài, những sợi chỉ như vậy có độc!

6 Sứa phát sáng, Nhật Bản

Ảnh 6. Sứa phát sáng, Nhật Bản

Một cảnh tượng đáng kinh ngạc có thể được nhìn thấy ở Vịnh Toyama, Nhật Bản - hàng ngàn con sứa dạt vào bờ vịnh. Hơn nữa, những con sứa này sống ở độ sâu lớn và trong mùa sinh sản, chúng nổi lên mặt nước. Vào thời điểm đó, họ đã được đưa vào đất liền với số lượng lớn. Bề ngoài, bức tranh này rất gợi nhớ đến sinh vật phù du phát sáng! Nhưng đây là hai điều hoàn toàn khác nhau.

5. Nấm phát sáng (Mycena lux-coeli)

Những gì bạn thấy ở đây là những cây nấm Mycena lux-coeli phát sáng. Chúng mọc ở Nhật Bản trong mùa mưa trên những cây Chinquapin đã đổ. Những cây nấm này phát ra ánh sáng nhờ một chất gọi là luciferin, chất này sẽ bị oxy hóa và phát ra ánh sáng trắng xanh đậm này. Điều rất buồn cười là, trong tiếng Latinh, Luciferu có nghĩa là “ánh sáng của người ban tặng”. Ai sẽ biết! Những cây nấm này chỉ sống được vài ngày và chết khi hết mưa.

4. Ánh sáng của ostracod Cypridina hilgendorfii, Nhật Bản

Cypridina hilgendorfii - đây là tên của loài đà điểu có vỏ, nhỏ bé (phần lớn không quá 1-2 mm), sinh vật trong suốt sống ở vùng nước ven biển và cát của Nhật Bản. Chúng phát sáng nhờ chất luciferin.

Một sự thật thú vị là trong Thế chiến thứ hai, người Nhật đã thu thập những loài giáp xác này để lấy ánh sáng vào ban đêm. Sau khi làm ướt các sinh vật này trong nước, chúng bắt đầu phát sáng trở lại.

3. Đom đóm phát sáng

Ảnh 3. Ảnh đom đóm phơi sáng lâu

Đây là môi trường sống của đom đóm trông như thế nào, được chụp ở tốc độ cửa trập chậm. Đom đóm nhấp nháy để thu hút sự chú ý của người khác giới.

2. Vi khuẩn phát sáng

Vi khuẩn phát sáng là một hiện tượng tự nhiên kỳ thú. Ánh sáng ở vi khuẩn được tạo ra trong tế bào chất. Chúng sống chủ yếu ở nước biển và ít thường xuyên hơn trên đất liền. Một loại vi khuẩn tự phát ra ánh sáng rất yếu, hầu như không nhìn thấy được, nhưng khi chúng ở số lượng lớn, chúng phát ra ánh sáng xanh lam rất dễ chịu và có cường độ cao hơn.

1. Medusa (Aequorea Victoria)

Vào những năm 1960, nhà khoa học người Mỹ gốc Nhật Osamu Shimomura tại Đại học Nagoya đã xác định được aequorin protein phát quang từ loài sứa Aequorea victoria. Shimomura đã chỉ ra rằng aequorin được bắt đầu với các ion canxi mà không có oxy (quá trình oxy hóa). Nói cách khác, bản thân mảnh phát sáng không phải là một chất nền riêng biệt, mà là một chất nền liên kết chặt chẽ với protein. Đổi lại, điều này đã đóng góp rất lớn không chỉ cho khoa học mà còn cho y học. Năm 2008, Shimomura được trao giải Nobel cho công trình của mình.