Luonnon arvoituksia: Bioluminesenssi

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Bioluminesenssi on elävien organismien kykyä hehkua omilla proteiineillaan tai symbioottisten bakteerien avulla.

Nykyään tunnetaan noin 800 valaisevan elollisen olennon lajia. Suurin osa heistä asuu meressä. Näitä ovat bakteerit, yksisoluiset siimalevät, radiolaariat, sienet, planktoniset ja kiinnittyneet coelenteraatit, sifonoforit, merihöyhenet, ctenoforit, piikkinahkaiset, madot, nilviäiset, äyriäiset, kalat.

Jotkut kirkkaimmin hehkuvista eläimistä ovat pyrosomit (tulikuoriaiset). Makean veden bioluminesoivista lajeista tunnetaan Uuden-Seelannin kotilotillukkainen Latia neritoides ja useita bakteereja. Maan eliöistä hehkuvat tietyt sienilajit, lierot, etanat, tuhatjalkaiset ja hyönteiset.

Mikrokosmostasolla erittäin heikko hehku, jonka voimme rekisteröidä vain erittäin herkkien fotometrien avulla, on sivuvaikutus reaktiivisten happilajien neutraloinnissa entsyymeillä, jotka ovat välttämättömiä, mutta myrkyllisiä soluille, jotka ovat mukana. glukoosin hapettumisprosessi. Ne myös toimittavat kemiluminesenssiin tarvittavaa energiaa erilaisille fosforiproteiineille.

Hollantilainen kasvitieteilijä ja mikrobiologi Martin Beijerinck viihdytti yli sata vuotta sitten yhtä ensimmäisistä bakteerilampuista - pulloa, jossa oli valobakteeriviljelmää. Vuonna 1935 tällaiset lamput valaisivat jopa Pariisin meritieteellisen instituutin suuren salin, ja sodan aikana Neuvostoliiton mikrobiologi A. A. Egorova käytti valoisia bakteereja proosallisiin tarkoituksiin - laboratorion valaisemiseen.

Ja voit tehdä samanlaisen kokeen: laita raaka kala tai liha lämpimään paikkaan, odota viikko tai kaksi ja tule sitten yöllä (tuulen puolelta!) Ja katso mitä tapahtuu - on todennäköistä, että bakteerit asuvat ravintoalusta hehkuu muualla maailmassa. Meressä hehkuvat pääasiassa Photobacterium- ja Vibrio-suvun bakteerit sekä monisoluiset planktoneliöt (kuvassa), mutta päävalonlähde on yksi suurimmista (jopa 3 mm!) Ja monimutkaisista yksisoluisista organismeista - yön siimalevät. valoa.

Bakteereissa fosforiproteiinit ovat hajallaan kaikkialla solussa, yksisoluisissa eukaryoottisissa (jossa on solun ydin) organismeissa ne sijaitsevat rakkuloissa, joita ympäröi kalvo sytoplasmassa. Monisoluisissa eläimissä valoa säteilevät yleensä erityiset solut - fotosyytit, jotka on usein ryhmitelty erityisiin elimiin - fotoforeihin.

Koelenteraattien ja muiden primitiivisten eläinten fotosyytit sekä symbioottisten fotobakteerien vaikutuksesta toimivat fotoforit hehkuvat jatkuvasti tai useita sekunteja mekaanisen tai kemiallisen stimulaation jälkeen. Eläimillä, joilla on enemmän tai vähemmän kehittynyt hermosto, se ohjaa fotosyyttien toimintaa ja kytkee ne päälle ja pois päältä vasteena ulkoisille ärsykkeille tai kun kehon sisäinen ympäristö muuttuu.

Solunsisäisen lisäksi syvänmeren katkarapuissa, mustekalaissa, seepioissa ja kalmareissa on eritystyyppistä hehkua: kahden eri rauhasen eritystuotteiden seos poistuu vaipasta tai kuoren alta ja leviää hehkussa. vesi kuin loistava pilvi, joka sokaisee vihollisen.

Toinen klassinen esimerkki bioluminesenssista on puumätä. Niissä ei hehku itse puu, vaan tavallisen hunajasienen sienirihmasto.

Ja Mycena-suvun korkeammissa sienissä, jotka kasvavat myös mätänevässä puussa, mutta lämpimillä alueilla, kuten Brasiliassa ja Japanissa, hedelmäkappaleet hehkuvat - mitä yleensä kutsutaan sieniksi (vaikka homeet, hiivat ja muut sienet ovat myös sieniä, vain alemmat sienet). Yksi tämän suvun lajeista on nimeltään M. lux-coeli, "mykeeni - taivaallinen valo".

Bioluminesenssin silmiinpistävin sovellus on siirtogeenisten kasvien ja eläinten luominen. Ensimmäinen hiiri, jonka kromosomeihin oli lisätty GFP-geeni, luotiin vuonna 1998.

Hehkuvia proteiineja tarvitaan kehitettäessä tekniikoita vieraiden geenien viemiseksi eri organismien kromosomeihin: jos se hehkuu, se tarkoittaa, että menetelmä toimii, voit käyttää sitä kohdegeenin viemiseen genomiin. Ensimmäiset valokalat - siirtogeeninen seeprakala (Brachydanio rerio) ja japanilainen medaka-riisikala (Orizias latipes) - tulivat myyntiin vuonna 2003.

Hehkuva meri

Ne, jotka ovat onnekkaita uidakseen meressä yöllä sen hehkun aikana, muistavat tämän lumoavan näkymän loppuelämänsä. Useimmiten hehkun syynä on yövalon siimalevä (Noctiluca). Joinakin vuosina niiden määrä lisääntyy niin paljon, että koko meri hehkuu. Jos olet epäonninen ja joudut lämpimien merien rannoille väärään aikaan, kokeile kaataa merivettä purkkiin ja lisätä sinne vähän sokeria.

Noktylistit reagoivat tähän lisäämällä lusiferiiniproteiinin aktiivisuutta. Ravista vettä ja ihaile sinertävää hehkua. Ja kun pysähdyt ihailemaan, voit muistaa, että katsot yhtä luonnon ratkaisemattomista mysteereistä: eri taksonien hehkukyvyn syntymisen evoluutiomekanismien epäselvyys todettiin erillisessä luvussa " Darwinin Lajien alkuperä", ja sen jälkeen tiedemiehet eivät ole kyenneet selvittämään tätä kysymystä totuuden valosta.

Luminesenssi on voinut kehittyä hyvissä valo-olosuhteissa elävissä organismeissa valoa suojaavien pigmenttiyhdisteiden perusteella.

Mutta piirteen asteittainen kertyminen - yksi fotoni sekunnissa, kaksi, kymmenen - sekä heille että heidän yöllisille ja syvänmeren sukulaisille ei voinut vaikuttaa luonnolliseen valintaan: niin heikkoa hehkua eivät tunne edes herkimmät silmät, ja valmiiden intensiivisen hehkun mekanismien ilmestyminen alastomaan paikkaan näyttää myös mahdottomalta. Ja jopa hehkun toiminnot monissa lajeissa ovat käsittämättömiä.

Miksi ne hehkuvat?

Hehkuvat bakteeripesäkkeet ja sienet houkuttelevat hyönteisiä, jotka levittävät bakteereita, itiöitä tai rihmastoa. Uuden-Seelannin hyttysen Arachnocampan hyönteissyöjätoukat kutovat pyyntiverkkoa ja valaisevat sitä omalla kehollaan houkutellen hyönteisiä.

Valon välähdykset voivat pelotella petoeläimiä meduusoista, kampahyytelöistä ja muista avuttomista ja lempeistä olennoista. Samaa tarkoitusta varten matalassa vedessä kasvavat korallit ja muut siirtomaa-eläimet hehkuvat mekaanisen ärsykkeen vaikutuksesta, ja niiden naapurit, joihin kukaan ei koskenut, alkavat myös välkkyä. Syvänmeren korallit muuttavat niitä saavuttavan heikon lyhytaaltoisen valon pidemmän aallonpituuden omaavaksi säteilyksi, mikä mahdollistaa niiden kudoksissa asuvien symbioottisten levien fotosyntetisoinnin.

Onkivapa hehkulampulla

Merikrotti (Lophiiformes) on monimuotoisin (16 perhettä, yli 70 sukua ja yli 225 lajia) ja ehkä kiinnostavin syvänmeren kaloista. (Monet tuntevat merikalastajat eivät eläintieteen oppikirjasta, vaan sarjakuvasta "Finding Nemo").

Onkijanaaraat ovat petoeläimiä, joilla on suuret suut, voimakkaat hampaat ja erittäin venyvä vatsa. Joskus meren pinnalta löytyy kuolleita merikrottia, joka tukehtuu yli kaksi kertaa sen kokoisiin kaloihin: petoeläin ei voi vapauttaa sitä hampaidensa rakenteen vuoksi. Selkäevän ensimmäinen säde muuttuu "ongiksi" (illicium), jonka päässä on valoisa "mato" (eska). Se on limalla täytetty rauhanen, joka sisältää bioluminesoivia bakteereja. Escua verellä ruokkivien valtimoiden seinämien laajenemisesta johtuen kalat voivat mielivaltaisesti aiheuttaa bakteerien luminesenssia, jotka tarvitsevat tähän happea, tai pysäyttää sen, kaventaen verisuonia.

Yleensä hehku tapahtuu sarjan välähdysten muodossa, joka on yksilöllinen jokaiselle lajille. Ceratias holboelli -lajin Illicium pystyy liikkumaan eteenpäin ja vetäytymään takaosassa olevaan erityiseen kanavaan. Tämä onkija houkuttelee saalista ja siirtää valovoimaisen syötin vähitellen suuhunsa, kunnes se nielee saaliin. Ja Galatheathauma axelilla on syötti suoraan suuhun.

Loisteaineiden sijainti ja jopa hehkuvien pisteiden vilkkumisen luonne voivat palvella viestintää - esimerkiksi houkutella kumppania. Ja yhdysvaltalaisen tulikärpäsen Photuris versicolorin naaraat alkavat pariutumisen jälkeen "päihittää pois morsekoodia" toisen lajin naaraista houkutellen uroksiaan ei rakkaus-, vaan gastronomisiin tarkoituksiin.

Japanin rannikolla joukkohäitä juhlivat umitoharu (meren tulikärpäset) - pienet, 1-2 mm pitkät Cypridina-suvun äyriäiset - ja kalmari Watasenia scintellans. Noin 10 cm pitkät Vatazenia-kappaleet yhdessä lonkeroiden kanssa on täynnä valoporehelmiä ja valaisevat halkaisijaltaan 25-30 cm alueen - kuvittele miltä meri näyttää kokonaisen näiden kalmarien parven kanssa!

Monien syvänmeren pääjalkaisten runko on maalattu moniväristen valopilkkujen kuvioinnilla, ja valoporit ovat hyvin monimutkaisia, kuten valonheitin, joka paistaa vain oikeaan suuntaan heijastimilla ja linsseillä (joskus kaksinkertaisilla ja värillisillä).

Monilla syvänmeren planktonkatkaravuilla on kyky hehkua. Raajoissa, sivuilla ja vartalon ventraalisella puolella niillä on jopa 150 fotoforia, jotka joskus peitetään linsseillä. Kunkin lajin fotoforien sijainti ja lukumäärä on tiukasti vakio ja valtameren syvyyksien pimeydessä auttaa uroksia löytämään naaraat ja kaikki yhdessä - kerääntymään parveiksi.