Біолюмінесценція – живе світло

Всіма кольорами веселки світяться багато мешканців морів і океанів. Та й на суші чимало живих істот, здатних до світіння. І все ж здатністю випромінювати видиме для нас світло володіють лише «обрані» представники тваринного царства. Однак останні досягнення науки говорять про те, що світяться всі без винятку тканини рослин і тварин, тобто і ми з вами, і все живе навколо нас. Тільки побачити це світло неозброєним оком не можна – світло або дуже слабке, або промені лежать за межами доступної для людських очей області спектру і для спостережень цих видів світіння необхідна додаткова техніка. Сьогодні ми детальніше розповімо про це цікаве біологічне явище біолюмінесценції – світіння живих організмів.

У Малайзії, в джунглях штату Джохор, є дерево, знамените на всю округу. Це «світлячкове дерево»: ввечері в будь-який час року його мешканці — місцеві їх звуть «келип-келип», а вчені — «птероптиксами» — освітлюють кожну гілочку, кожен сучок живим вогником.

Це дерево — самий звичайний для тутешніх місць мангр, нічим не примітний, і чому птероптикси облюбували саме його — неясно. Але саме дивне інше: світлячки вміють запалювати свої ліхтарики синхронно. Ентомологи зацікавилися «світлячковим деревом» і спорядили в ті краї експедицію. Ось одне з їхніх спостережень:

«Ніч була досить темною, і сотні вогників, то спалахували, то гасли без усякого порядку, яскраво висвітлювали крону. Перша ознака зміни настала, коли світляки, зібралися на одній з гілок, починали включатися і вимикатися ритмічно, діючи в унісон. Здавалося, ніби всі особини з’єднані єдиним проводом, і хтось натискає кнопку через постійні інтервали. Скупчення комах на інших гілках одне за іншим підхоплювали цей ритм, поки майже все світляки на дереві не почали точно витримувати загальний час».

Подальші дослідження показали, що частота спалахів в окремих споріднених видів цієї комахи різна, тому вид птероптикс малакка має звичай включати своє «освітлення» раз в секунду — хоч хронометр за ним перевіряй.

В одній з лабораторій Сінгапурського університету якось, в самий розпал тропічного літа, на подив служителів, було наказано розвісити… ялинкові прикраси — лампочки, куди більш доречні на новорічній ялинці. Потім кімнату затемнили і впустили в неї цілий рій птероптиксів. Кожен раз, як світлячок спалахував, його імпульс схоплювався фотомножником і реєструвався на екрані осцилографа. Тут же фіксувалося і світло лампочок, що вмикалися за певною програмою. Виявилося, що птероптикс певною мірою піддається навіюванню: запалюючи свій вогник, він слідує ритму електричних лампочок. Згодом з’ясувалося, що синхронізують свої спалахи тільки самці, тоді як світлячки «слабкої статі» воліють діяти вроздріб.

Але до чого комахам вся ця синхронізація? Ентомологи припустили, що самці, таким чином, об’єднують свої зусилля, щоб «колективно» привернути увагу самок, справити більше враження і таким чином зібрати їх з більшої території. Адже відомо, що одночасне скандування одного і того ж імені тисячею горлянок, ритмічні удари в тисячу пар долонь виробляють на виступаючого атлета або артиста куди більше враження, ніж «різнобійний» крик або «неорганізовані» оплески такого ж числа вболівальників.

Пігмеями у світі світлоносних є бактерії, розміри яких не перевищують однієї п’ятидесятитисячної частки сантиметра. І ось бурхливе розмноження цих крихітних істот в гніючому м’ясі, рибі, дереві або ж в тілі мертвої гусениці іноді викликає світіння. Оселяються світлі бактерії і в живих організмах, особливо морських, — різних ракоподібних, черв’яків, молюсків, риб, причому таке співжиття виявляється в ряді випадків взаємовигідним.

Взагалі суша порівняно бідна світлими організмами, тоді як в морі їх — безліч, і найрізноманітніших.

Світяться риби і дрібні планктонні організми, з яких найбільш відома одноклітинна тварина «ночесвітка», яка розмножується часом в такій кількості, що вода стає рожевою. Багато світяться медузи, морські черв’яки, молюски — серед останніх особливі «майстри» світитися головоногі і, насамперед, кальмари. Морські мешканці світяться на всі лади: яскраво-оранжевим і блакитним, рубіново-червоним, ультрамариновим і… яким завгодно.

Буває, море «горить» дивним примарним полум’ям: перегнись через борт човна, зачерпни жменю води — і рука загориться «неземним» вогнем. За рибою, беззвучно плаваючою у рідній стихії, стелиться примарний зеленуватий хвіст.

У щоденниках Христофора Колумба, який першим з європейців відвідав води, що омивають Багамський архіпелаг, ми знаходимо згадку про дивні морські «рухомі свічки», вони вразили уяву навіть бувалого «адмірала Моря-Океану». Мабуть, це був морський хробак одонтосилліс, чия здатність світитися відмінно служить справі збереження виду.

Через пару днів після повного місяця, самка одонтосилліса (її довжина не перевищує двох з половиною сантиметрів) залишає свій звичайний притулок в коралових заростях і піднімається на поверхню. При цьому вона починає яскраво світитися, привертаючи до себе увагу самців, які тут же кидаються в гонитву. Самки, збуджено водячи хороводи, «горять» все яскравіше і викидають ікру в свій добре видимий слід, а самці поспішають доставити свої молоки, поки не згасло світіння.

І все-таки визначити біологічний сенс біолюмінесценції у багатьох випадках досить складно. Можна тільки сказати, що її функції дуже різні у різних організмів, а в ряді випадків виявляються поки і зовсім загадковими. Яку роль відіграє світіння тої чи іншої мікроскопічної істоти, що загубилася у масі абсолютно ідентичних побратимів, або гриба, «тліючого» у темряві, воістину нелегко встановити.

Вважається, що глибоководні риби використовують свої світлоносні органи як прожектори похмурої безодні. Можливо також, що світлі знаки відмінності допомагають членам зграї впізнавати собі подібних і триматися разом. Світні органи можуть залучати здобич, і в той же час засліплювати переслідувача, відлякуючи його. Але чомусь в одних мешканців глибин таке обладнання є, а інші, навіть і близькоспоріднені, його позбавлені. Абсолютно незрозуміло й те, чому у прісноводних мешканців воно майже ніколи не зустрічається.

Як пише видатний японський біолог Сезабуро Ватасе, який вивчав дрібних — з палець завдовжки — кальмарчиків ватасенія, названих так на його честь, «…не втомлюєшся дивуватися тому, що ватасенія забезпечена не тільки ліхтариками, але ще і лінзами для концентрації і рефлекторами для підсилення світла, та ще й складними мембранами для «включення» і «вимикання» вогнів і пристосуванням для зміни кольору…»

Яка природа живого світла?

Сказати, що вона остаточно зрозуміла поки не можна, хоча багато що тут досить добре вивчено. Ще триста років тому знаменитий фізик Роберт Бойль виявив, що гриби на гниючих деревах світяться тільки в присутності кисню. Без кисню світіння згасає, це — явна вказівка на прямий зв’язок біолюмінесценції з реакціями окислення.

Правда, пройшло ще двісті років, перш ніж хімік Дюбуа зумів довести це експериментально. Шляхом самих нескладних дослідів, поміщаючи світлоносні органи жука то в гарячу, то в холодну воду, йому вдалося виділити дві речовини — люциферин і люциферазу, які при змішуванні в пробірці починали світитися. При цьому люциферин, стійкий до нагрівання, він визначив як субстрат, основу, а люциферазу, яка руйнується вже при 60 С — як специфічний фермент, що каталізує окислення з випусканням світла.

Подальші численні досліди на різних світлоносних організмах показали високу універсальність живого світла: майже завжди воно виникає при взаємодії люциферина з люциферазою. Правда, виявилося, що існує безліч різновидів цих речовин, майже у кожного виду світних організмів — своя пара.

Знайшлося й чимало виключень. У деяких тварин у світловий реакції бере участь не дві речовини, а значно більше, а у медузи, наприклад, лише одна: специфічний білок екварин, який при контакті з іонами кальцію виділяє світло. Поки вчені умовно розрізняють 7 основних типів світних систем, але подальші дослідження біолюмінесценції, ймовірно, збільшать це число…