Naturens gåder: Bioluminescens

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-16 16:01

Bioluminescens er levende organismers evne til at gløde med deres egne proteiner eller ved hjælp af symbiotiske bakterier.

I dag kendes omkring 800 arter af lysende levende væsner. De fleste af dem lever i havet. Disse er bakterier, encellede flagellatalger, radiolarier, svampe, planktoniske og vedhæftede coelenterater, sifonophorer, havfjer, ctenophorer, pighuder, orme, bløddyr, krebsdyr, fisk.

Nogle af de mest lysende dyr er pyrosomer (ildbiller). Blandt ferskvandsbioluminescerende arter er den newzealandske gastropod bløddyr Latia neritoides og en række bakterier kendt. Blandt landlevende organismer gløder visse arter af svampe, regnorme, snegle, tusindben og insekter.

På mikrokosmos niveau er en meget svag glød, som vi kun kan registrere ved hjælp af meget følsomme fotometre, en bivirkning af neutralisering af reaktive iltarter af enzymer, som er nødvendige, men giftige for celler, som deltager i glukoseoxidationsprocessen. De leverer også den energi, der kræves til kemiluminescens, til forskellige fosforproteiner.

En af de første bakterielamper - en kolbe med en kultur af lysende bakterier - blev underholdt for mere end hundrede år siden af den hollandske botaniker og mikrobiolog Martin Beijerinck. I 1935 oplyste sådanne lamper endda den store sal i Paris Oceanological Institute, og under krigen oplyste den sovjetiske mikrobiolog A. A. Egorova brugte lysende bakterier til prosaiske formål - til at belyse laboratoriet.

Og du kan udføre et lignende eksperiment: læg rå fisk eller kød et varmt sted, vent en uge eller to, og kom så op om natten (fra vindsiden!) Og se, hvad der sker - det er sandsynligt, at bakterierne, der bor næringsmediet vil lyse med et overjordisk lys. Bakterier, hovedsageligt af slægterne Photobacterium og Vibrio, og flercellede planktoniske organismer (billedet) gløder i havet, men hovedlyskilden er en af de største (op til 3 mm!) Og komplekse encellede organismer - nattens flagellager lys.

Hos bakterier er fosforproteiner spredt over hele cellen; i encellede eukaryote (med en cellekerne) organismer er de placeret i vesikler omgivet af en membran i cytoplasmaet. Hos flercellede dyr udsendes lys normalt af specielle celler - fotocytter, ofte grupperet i specielle organer - fotoforer.

Fotocytter af coelenterater og andre primitive dyr, samt fotoforer, der virker på grund af symbiotiske fotobakterier, lyser kontinuerligt eller i flere sekunder efter mekanisk eller kemisk stimulering. Hos dyr med et mere eller mindre udviklet nervesystem styrer det fotocytternes arbejde, tænder og slukker dem som reaktion på ydre stimuli, eller når kroppens indre miljø ændrer sig.

Ud over den intracellulære er der hos dybhavsrejer, blæksprutter, blæksprutter og blæksprutter en sekretorisk glødtype: en blanding af sekretionsprodukter fra to forskellige kirtler udstødes fra kappen eller fra under skallen og spredes i vand som en skinnende sky, der blænder fjenden.

Et andet klassisk eksempel på bioluminescens er træråd. Det er ikke selve træet, der lyser i dem, men myceliet af almindelig honningsvamp.

Og i de højere svampe af slægten Mycena, der også vokser på et rådnende træ, men i varme områder som Brasilien og Japan, gløder frugtlegemer - det, der normalt kaldes svampe (selv om skimmelsvampe, gærsvampe og andre svampe også er svampe, kun lavere). En af arterne af denne slægt kaldes M. lux-coeli, "mycene - himmelsk lys."

Den mest slående anvendelse af bioluminescens er skabelsen af transgene planter og dyr. Den første mus med GFP-genet indsat i kromosomerne blev skabt i 1998.

Glødende proteiner er nødvendige for at udarbejde teknikker til at indføre fremmede gener i kromosomerne på forskellige organismer: hvis det lyser, betyder det, at metoden virker, du kan bruge det til at indføre et målgen i genomet. Den første lysende fisk - den transgene zebrafisk (Brachydanio rerio) og den japanske medaka-risfisk (Orizias latipes) - kom til salg i 2003.

Glødende hav

De, der er så heldige at svømme i havet om natten under dets glød, vil huske dette fortryllende syn for en menneskealder. Oftest er årsagen til gløden natlysets flagellager (Noctiluca). I nogle år stiger deres antal så meget, at hele havet gløder. Hvis du er uheldig og befinder dig ved bredden af varme hav på det forkerte tidspunkt, så prøv at hælde havvand i en krukke og tilsæt lidt sukker der.

Noctylister vil reagere på dette ved at øge aktiviteten af luciferinproteinet. Ryst vandet op og beundre det blålige skær. Og når du stopper for at beundre, kan du huske, at du ser på et af naturens uløste mysterier: manglen på klarhed i de evolutionære mekanismer for fremkomsten af evnen til at gløde i forskellige taxaer blev bemærket i et separat kapitel af " The Origin of Species" af Darwin, og siden da har videnskabsmænd ikke været i stand til at belyse dette spørgsmål er sandhedens lys.

Luminescens kunne have udviklet sig i organismer, der lever under gode lysforhold, baseret på pigmentforbindelser, der udfører en lysbeskyttende funktion.

Men den gradvise akkumulering af en egenskab - en foton i sekundet, to, ti - både for dem og deres natlige og dybhavsslægtninge kunne ikke påvirke naturlig udvælgelse: en så svag glød mærkes ikke selv af de mest følsomme øjne, og udseendet af færdige mekanismer med intens glød på det nøgne sted ser også umuligt ud. Og selv glødens funktioner i mange arter forbliver uforståelige.

Hvorfor lyser de?

Glødende bakteriekolonier og svampe tiltrækker insekter, der spreder bakterier, sporer eller mycelium. Insektædende larver af den newzealandske myg Arachnocampa væver et fangstnet og oplyser det med deres egen krop og tiltrækker insekter.

Lysglimt kan skræmme rovdyr væk fra vandmænd, kamgelé og andre hjælpeløse og blide væsner. Til samme formål lyser koraller og andre kolonidyr, der vokser på lavt vand, som reaktion på mekanisk stimulering, og deres naboer, som ingen rørte ved, begynder også at flimre. Dybhavskoraller omdanner det svage lys med kort bølgelængde, der når dem, til stråling med en længere bølgelængde, muligvis for at tillade de symbiotiske alger, der bor i deres væv, at fotosyntetisere.

Fiskestang med pære

Rækkefølgen af havtaske (Lophiiformes) er den mest forskelligartede (16 familier, over 70 slægter og over 225 arter) og måske den mest interessante af dybhavsfisk. (Mange kender ikke havfiskere fra lærebogen om zoologi, men fra tegnefilmen "Finding Nemo").

Lystfiskerhunner er rovdyr med store munde, kraftige tænder og en meget udspilelig mave. Nogle gange findes døde havtaske på overfladen af havet, der kvæler fisk mere end det dobbelte af deres størrelse: rovdyret kan ikke frigive det på grund af tændernes struktur. Den første stråle af rygfinnen omdannes til en "fiskestang" (illicium) med en lysende "orm" (eska) for enden. Det er en slimfyldt kirtel, der indeholder selvlysende bakterier. På grund af udvidelsen af væggene i arterierne, der fodrer escuen med blod, kan fiskene vilkårligt forårsage luminescens af bakterier, der har brug for en iltforsyning til dette, eller stoppe det, hvilket indsnævrer karrene.

Normalt opstår gløden i form af en række blink, individuelle for hver art. Illicium i arten Ceratias holboelli er i stand til at bevæge sig fremad og trække sig tilbage i en speciel kanal på ryggen. Denne lystfisker lokker byttedyr og flytter gradvist den lysende madding til munden, indtil den sluger byttet. Og Galatheathauma axeli har agnen lige i munden.

Placeringen af fosforen og endda karakteren af blinken af de glødende pletter kan tjene til kommunikation - for eksempel for at tiltrække en partner. Og hunnerne af den amerikanske ildflue Photuris versicolor begynder efter parring at "slå morsekoden" af hunner af en anden art og tiltrækker deres hanner ikke til amorøse, men til gastronomiske formål.

Ud for Japans kyst fejres massebryllup af umitoharu (havildfluer) - bittesmå, 1-2 mm lange, krebsdyr af slægten Cypridina - og blæksprutten Watasenia scintellans. Vatazenia-kroppe omkring 10 cm lange, sammen med tentakler, er oversået med fotoforperler og oplyser et område på 25-30 cm i diameter - forestil dig, hvordan havet ser ud med en hel skole af disse blæksprutter!

Hos mange dybhavsblæksprutter er kroppen malet med et mønster af flerfarvede lyspletter, og fotoforerne er meget komplekse, som et søgelys, der kun skinner i den rigtige retning med reflektorer og linser (nogle gange dobbelt og farvet).

Mange dybhavsplanktoniske rejer har evnen til at gløde. På lemmerne, langs siderne og på den ventrale side af kroppen har de op til 150 fotoforer, nogle gange dækket med linser. Placeringen og antallet af fotoforer for hver art er strengt konstant og i mørket i havdybderne hjælper hannerne med at finde hunner og alle sammen - at samle sig i flokke.