Hádanky prírody: Bioluminiscencia

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 16:15

Bioluminiscencia je schopnosť živých organizmov žiariť vlastnými bielkovinami alebo pomocou symbiotických baktérií.

Dnes je známych asi 800 druhov svetielkujúcich živých tvorov. Väčšina z nich žije v mori. Sú to baktérie, jednobunkové bičíkovité riasy, rádiolariány, huby, planktónové a pripojené coelenteráty, sifonofóry, morské perie, ctenofory, ostnokožce, červy, mäkkýše, kôrovce, ryby.

Niektoré z najjasnejšie žiariacich zvierat sú pyrozómy (ohniví chrobáci). Zo sladkovodných bioluminiscenčných druhov je známy novozélandský ulitník Latia neritoides a množstvo baktérií. Medzi suchozemskými organizmami žiaria niektoré druhy húb, dážďoviek, slimákov, mnohonôžok a hmyzu.

Na úrovni mikrokozmu je veľmi slabá žiara, ktorú môžeme zaregistrovať len pomocou vysoko citlivých fotometrov, vedľajším efektom neutralizácie reaktívnych foriem kyslíka enzýmami, ktoré sú nevyhnutné, ale toxické pre bunky, ktoré sú účastníkmi proces oxidácie glukózy. Dodávajú tiež energiu potrebnú na chemiluminiscenciu rôznym fosforovým proteínom.

Jednou z prvých bakteriálnych lámp – bankou s kultúrou svietiacich baktérií – sa pred viac ako sto rokmi zabával holandský botanik a mikrobiológ Martin Beijerinck. V roku 1935 dokonca takéto lampy osvetľovali veľkú sálu parížskeho oceánologického inštitútu a počas vojny sovietsky mikrobiológ A. A. Egorova použila svietiace baktérie na prozaické účely – na osvetlenie laboratória.

A môžete vykonať podobný experiment: surovú rybu alebo mäso položte na teplé miesto, počkajte týždeň alebo dva a potom vstaňte v noci (z náveternej strany!) A uvidíte, čo sa stane - je pravdepodobné, že baktérie obývajúce živná pôda bude žiariť nadpozemským svetlom. V mori žiaria baktérie najmä rodov Photobacterium a Vibrio a mnohobunkové planktónové organizmy (na obrázku), no hlavným zdrojom svetla je jeden z najväčších (až 3 mm!) a zložitých jednobunkových organizmov - bičíkovité nočné riasy svetlo.

V baktériách sú fosforové proteíny rozptýlené po celej bunke, v jednobunkových eukaryotických organizmoch (s bunkovým jadrom) sa nachádzajú vo vezikulách obklopených membránou v cytoplazme. Svetlo u mnohobunkových živočíchov zvyčajne vyžarujú špeciálne bunky – fotocyty, často zoskupené do špeciálnych orgánov – fotoforov.

Fotocyty koelenterátov a iných primitívnych živočíchov, ako aj fotofory, ktoré fungujú vďaka symbiotickým fotobaktériám, žiaria nepretržite alebo niekoľko sekúnd po mechanickej alebo chemickej stimulácii. U zvierat s viac či menej vyvinutým nervovým systémom riadi prácu fotocytov, zapína a vypína ich v reakcii na vonkajšie podnety alebo pri zmene vnútorného prostredia tela.

Okrem intracelulárneho, u hlbokomorských kreviet, chobotníc, sépií a chobotníc existuje sekrečný typ žiary: zmes sekrečných produktov dvoch rôznych žliaz je vyvrhnutá z plášťa alebo spod škrupiny a šíri sa v voda ako žiarivý oblak, oslepujúci nepriateľa.

Ďalším klasickým príkladom bioluminiscencie je hniloba dreva. Nežiari v nich samotný strom, ale mycélium obyčajnej medonosnej huby.

A vo vyšších hubách rodu Mycena, tiež rastúcich na hnijúcom strome, ale v teplých oblastiach ako Brazília a Japonsko žiaria plodnice - čo sa zvyčajne nazýva huby (hoci plesne, kvasinky a iné huby sú tiež huby, len nižšie). Jeden z druhov tohto rodu sa nazýva M. lux-coeli, "mycén - nebeské svetlo."

Najvýraznejšou aplikáciou bioluminiscencie je vytváranie transgénnych rastlín a živočíchov. Prvá myš s génom GFP vloženým do chromozómov bola vytvorená v roku 1998.

Žiariace proteíny sú potrebné na vypracovanie techník na zavedenie cudzích génov do chromozómov rôznych organizmov: ak svieti, znamená to, že metóda funguje, môžete ju použiť na zavedenie cieľového génu do genómu. V roku 2003 sa začala predávať prvá svetielkujúca ryba – transgénna zebrička (Brachydanio rerio) a japonská ryžová ryba medaka (Orizias latipes).

Žiariace more

Tí, ktorí majú to šťastie, že sa v noci počas jeho žiary kúpajú v mori, si tento očarujúci pohľad zapamätajú na celý život. Najčastejšie sú príčinou žiary bičíkovité riasy nočného svetla (Noctiluca). V niektorých rokoch sa ich počet zvýši natoľko, že sa celé more rozžiari. Ak nemáte to šťastie a ocitnete sa na brehoch teplých morí v nesprávny čas, skúste naliať morskú vodu do téglika a pridať tam trochu cukru.

Noktylisti na to zareagujú zvýšením aktivity luciferínového proteínu. Zatraste vodou a obdivujte modrastú žiaru. A keď sa zastavíte obdivovať, môžete si spomenúť, že sa pozeráte na jednu z nevyriešených záhad prírody: nejasnosti evolučných mechanizmov vzniku schopnosti žiariť v rôznych taxónoch boli zaznamenané v samostatnej kapitole Pôvod druhov“od Darwina a odvtedy vedci neboli schopní túto otázku položiť, je svetlom pravdy.

Luminiscencia sa mohla vyvinúť v organizmoch žijúcich v dobrých svetelných podmienkach na základe pigmentových zlúčenín, ktoré plnia funkciu ochrany pred svetlom.

Ale postupné hromadenie vlastnosti - jeden fotón za sekundu, dva, desať - pre nich a ich nočných a hlbokomorských príbuzných nemohlo ovplyvniť prirodzený výber: takú slabú žiaru nepocítia ani tie najcitlivejšie oči. vzhľad hotových mechanizmov intenzívnej žiary na nahom mieste tiež vyzerá nemožne. A dokonca aj funkcie žiary u mnohých druhov zostávajú nepochopiteľné.

Prečo žiaria?

Žiariace kolónie baktérií a huby priťahujú hmyz, ktorý šíri mikróby, spóry alebo mycélium. Hmyzožravé larvy novozélandského komára Arachnocampa splietajú odchytovú sieť a osvetľujú ju vlastným telom, čím lákajú hmyz.

Záblesky svetla môžu vystrašiť predátorov z medúzy, česať želé a iné bezmocné a jemné stvorenia. Za rovnakým účelom sa koraly a iné koloniálne živočíchy rastúce v plytkej vode v reakcii na mechanickú stimuláciu rozžiaria a začnú blikať aj ich susedia, ktorých sa nikto nedotkol. Hlbokomorské koraly premieňajú slabé krátkovlnné svetlo, ktoré sa k nim dostáva, na žiarenie s dlhšou vlnovou dĺžkou, čo pravdepodobne umožňuje symbiotickým riasam obývajúcim ich tkanivá fotosyntézu.

Rybársky prút so žiarovkou

Rad čertov (Lophiiformes) je najrozmanitejší (16 čeľadí, viac ako 70 rodov a viac ako 225 druhov) a možno aj najzaujímavejší z hlbokomorských rýb. (Mnohí poznajú morských rybárov nie z učebnice zoológie, ale z karikatúry „Hľadá sa Nemo“).

Rybárky sú dravce s veľkými ústami, silnými zubami a vysoko roztiahnuteľným žalúdkom. Niekedy sa na hladine mora nachádzajú mŕtve čertovité ryby, ktoré sa dusia rybami, ktoré sú viac ako dvojnásobok ich veľkosti: dravec ich nemôže uvoľniť kvôli štruktúre svojich zubov. Prvý lúč chrbtovej plutvy sa premení na „rybársky prút“(illicium) so svietiacim „červíkom“(eska) na konci. Je to žľaza naplnená hlienom, ktorá obsahuje bioluminiscenčné baktérie. V dôsledku rozšírenia stien tepien, ktoré kŕmia escu krvou, môžu ryby svojvoľne spôsobiť luminiscenciu baktérií, ktoré na to potrebujú prísun kyslíka, alebo ho zastaviť a zužovať cievy.

Zvyčajne sa žiara vyskytuje vo forme série zábleskov, individuálnych pre každý druh. Illicium v druhu Ceratias holboelli sa dokáže pohybovať dopredu a zasúvať do špeciálneho kanála na chrbte. Tento rybár, ktorý láka korisť, si postupne posúva svietiacu návnadu do úst, až kým korisť neprehltne. A Galatheathauma axeli má návnadu priamo v ústach.

Umiestnenie luminoforov a dokonca aj povaha blikania žiariacich bodov môže slúžiť na komunikáciu – napríklad na prilákanie partnera. A samičky svetlušky americkej Photuris versicolor po párení začnú „odbíjať morzeovku“samíc iného druhu, pričom svojich samcov lákajú nie na ľúbostné, ale na gastronomické účely.

Pri pobreží Japonska oslavujú hromadné svadby umitoharu (morské svetlušky) - drobné 1-2 mm dlhé kôrovce rodu Cypridina - a chobotnica Watasenia scintellans. Telá Vatazenia dlhé asi 10 cm spolu s chápadlami sú posiate fotoforickými perlami a osvetľujú plochu s priemerom 25-30 cm – predstavte si, ako vyzerá more s celou húfou týchto chobotníc!

U mnohých hlbokomorských hlavonožcov je telo namaľované vzorom viacfarebných svetlých škvŕn a fotofory sú veľmi zložité, ako svetlomet, ktorý svieti iba správnym smerom s reflektormi a šošovkami (niekedy dvojitými a farebnými).

Mnoho hlbokomorských planktonických kreviet má schopnosť žiariť. Na končatinách, po bokoch a na ventrálnej strane tela majú až 150 fotoforov, niekedy pokrytých šošovkami. Umiestnenie a počet fotoforov pre každý druh je prísne konštantný a v tme oceánskych hlbín pomáha samcom nájsť samice a všetci spolu - zhromaždiť sa v kŕdľoch.