В. ЛУНКЕВИЧ.
Валерьян Викторович Лункевич (1866-1941) - биолог, педагог, выдающийся популяризатор.
Рис. 1. Ночесветка "Морская свечка".
Рис. 3. Рыба-удильщик.
Рис. 4. Светящиеся рыбы.
Рис. 6. Ветка коралла со светящимися полипами.
Рис. 5. Светящийся головоногий моллюск.
Рис. 7. Самка светляка.
Рис. 8. Орган свечения у головоногого моллюска: а - светлая часть, напоминающая хрусталик; б - внутренний слой светящихся клеток; в - слой серебристых клеток; г - слой темных пигментных клеток.
Кому из нас не приходилось любоваться в теплый летний вечер зеленоватыми огоньками жучков-светляков, стрелою рассекающих воздух в различных направлениях? Но многие ли знают, что способностью светиться наделены не только некоторые жучки, но и другие животные, особенно обитатели морей и океанов?
Каждый, кто проводил лето на берегу Черного моря, не раз был свидетелем одного из прекраснейших зрелищ природы.
Надвигается ночь. Море спокойно. Мелкая рябь скользит по его поверхности. Вдруг на гребне одной из ближайших волн сверкнула светлая полоска. За ней блеснула другая, третья... Их много. Заискрятся на мгновение и померкнут вместе со сломавшейся волной, чтобы загореться вновь. Стоишь, смотришь, как зачарованный, на миллионы огоньков, заливающих своим светом море, и спрашиваешь - в чем тут дело?
Загадка эта давно уже решена наукой. Оказывается, свет излучают миллиарды микроскопических существ, известных под названием ночесветок (рис. 1). Теплая летняя вода благоприятствует их размножению, и они носятся тогда по морю несметными полчищами. В теле каждой такой ночесветки рассеяны желтоватые шарики, которые и излучают свет.
"Перенесемся" теперь к одному из тропических морей и погрузимся в его воды. Здесь картина еще великолепнее. Вот плывут то чинною толпою, то в одиночку какие-то странные животные: с виду точно зонты или колокола из плотного студня. Это медузы: большие и малые, темные и светящиеся то голубым, то зеленым, то желтым, то красноватым цветом. Среди этих подвижных разноцветных "фонариков" плывет спокойно, не спеша медуза-великан, зонт которой имеет в поперечнике шестьдесят-семьдесят сантиметров (рис. 2). Вдали видны излучающие свет рыбы. Стремглав проносится рыба-месяц, словно луна среди других светящихся рыб-звездочек. У одной из рыб ярко горят глаза, у другой на голове сидит отросток, верхушка которого напоминает зажженную электрическую лампу, у третьей на верхней челюсти болтается длинный шнур с "фонариком" на конце (рис. 3), а некоторые светящиеся рыбы сплошь залиты сиянием благодаря особым органам, расположенным вдоль их тела подобно нанизанным на проволоку электрическим лампочкам (рис. 4).
Спускаемся ниже - туда, куда свет солнца уже не проникает, где, казалось бы, должна быть вечная, непроглядная тьма. И здесь кое-где "горят огни"; и тут мрак ночи прорезается лучами, исходящими из тела различных светящихся животных.
На морском дне, среди камней и водорослей, копошатся светящиеся черви и моллюски. Их голые тела усеяны блестящими полосками, пятнами или крапинками, точно алмазной пылью; на уступах подводных скал красуются залитые светом морские звезды; тут же шныряет во все концы своей охотничьей территории рак, освещая лежащий перед ним путь огромными, похожими на подзорную трубу, глазами.
Но великолепней всех один из головоногих моллюсков: он весь купается в лучах ярко-синего цвета (рис. 5). Одно мгновение - и свет погас: точно выключили электрическую люстру. Затем свет появляется вновь - сначала слабый, потом все более и более яркий, сейчас он отливает уже пурпуром - красками закатной зари. А там вновь гаснет, чтоб вспыхнуть опять на несколько минут цветом нежной зеленой листвы.
В подводном мире можно увидеть и иные красочные картины.
Вспомним хорошо всем известную веточку красного коралла. Эта веточка является жилищем очень простых по организации животных - полипов. Живут полипы обширными колониями, которые похожи на кусты. Полипы строят свое жилище из извести или рогового вещества. Такие жилища называются полипняками, и ветка красного коралла есть частица полипняка. Подводные скалы местами сплошь одеты целой рощей различных по форме и окраске коралловых кустов (рис. 6) с множеством крошечных каморок, в которых сидят сотни тысяч полипов - животных, похожих на беленькие цветочки. На многих полипняках полипы точно объяты пламенем, образованным многочисленными огоньками. Огоньки горят порой неровно и прерывисто, меняя цвет: заблещут вдруг фиолетовым светом, переходящим затем в красный, а то заискрятся бледной синевой и, пробежав целую гамму переходов от голубого к зеленому, замрут на цвете изумруда или погаснут, образуя вокруг себя черные тени, а там опять вспыхнут переливчатыми искрами.
Есть светящиеся животные и среди обитателей суши: это почти сплошь жуки. В Европе шесть видов таких жуков. В тропических странах их значительно больше. Все они составляют одно семейство лампирид, то есть светляков. "Иллюминация", устраиваемая иногда этими жучками, представляет очень эффектное зрелище.
Как-то ночью я ехал в поезде из Флоренции в Рим. Вдруг мое внимание привлекли летавшие подле вагона искры. Первое мгновение их можно было принять за искры, выбрасываемые трубой локомотива. Взглянув в окно, я увидел, что поезд наш несется вперед сквозь легкое, прозрачное облако, сотканное из крошечных золотисто-голубых огоньков. Они искрились повсюду. Кружились, лучистыми дугами пронизывали воздух, рассекали его в разных направлениях, скрещивались, тонули и снова вспыхивали в ночной мгле, сыпались на землю огненным дождем. А поезд мчался все дальше и дальше, окутанный волшебной пеленой огоньков. Минут пять, а то и больше, длилось это незабываемое зрелище. Затем мы вырвались из облака горящих пылинок, оставив их далеко за собой.
То были мириады жуков-светляков, наш поезд врезался в гущу этих невзрачных с виду насекомых, собравшихся в тихую, теплую ночь, очевидно, в брачный период своей жизни. (Подобное явление можно наблюдать не только в средиземноморских странах, но и у нас в России. Если вы будете в теплый и не дождливый вечер во второй половине лета подъезжать поездом к черноморскому побережью, пронаблюдайте в окрестностях г. Туапсе описанную автором феерию. Из-за множества тоннелей, обилия поворотов и одноколейного пути поезд идет не очень быстро, и полет светляков просматривается как завораживающее зрелище. - Ю.М .)
Отдельные виды светляков излучают свет относительно большой силы. Есть светляки, которые светятся настолько ярко, что на темном горизонте издали не сразу определишь, что перед тобой - звезда или светляк. Есть виды, у которых и самцы и самки светятся одинаково хорошо (например, итальянские светляки). Есть, наконец, и такие виды жучков, у которых самец и самка светятся по-разному, хотя выглядят одинаково: у самца орган свечения и развит лучше, и действует энергичней, чем у самки. Когда же самка недоразвита, имеет лишь зачаточные крылья или вовсе бескрыла, а самец развит нормально, тогда наблюдается нечто иное: у самки органы свечения функционируют значительно сильнее, чем у самца; чем недоразвитее самка, чем она неподвижнее и беспомощнее, тем ярче ее светящийся орган. Лучшим примером может тут служить так называемый "Иванов червячок", который вовсе не червяк, а личиноподобная самка особого вида жуков-светляков (рис. 7). Многие из нас любовались ее холодным, ровным светом, пробивающимся сквозь листву кустарника или траву. Но есть еще более интересное зрелище - свечение самки другого вида светляков. Невзрачная днем, похожая на кольчатого червяка, ночью она буквально купается в лучах собственного великолепного синевато-белого света благодаря обилию светящихся органов.
Однако мало восторгаться свечением живых существ. Необходимо знать, чем вызывается свечение обитателей подводного и наземного мира и какую роль оно играет в жизни животных.
Внутри каждой ночесветки при помощи микроскопа можно увидеть множество желтоватых крупинок - это светящиеся бактерии, живущие в теле ночесветок. Излучая свет, они делают светящимися и этих микроскопических животных. То же надо сказать и о рыбе, у которой глаза словно горящие фонари: свечение их вызывают светящиеся бактерии, поселившиеся в клеточках светящегося органа этой рыбы. Но не всегда свечение животных связано с деятельностью светящихся бактерий. Иногда свет производится особыми светящимися клеточками самого животного.
Органы свечения различных животных построены по одному типу, но одни проще, а другие сложнее. В то время, как у светящихся полипов, медуз и морских звезд светится все тело, некоторые породы раков имеют лишь один источник света - большие глаза, похожие на телескоп. Однако среди светящихся животных одно из первых мест по праву принадлежит головоногим моллюскам. К их числу относится осьминог, обладающий способностью менять цвет своих наружных покровов.
Какие же органы вызывают свечение? Как они построены и как действуют?
В коже головоногого моллюска находятся небольшие твердые тельца овальной формы. Передняя часть этого тельца, смотрящая наружу, совершенно прозрачна и представляет собой нечто, похожее на хрусталик глаза, а задняя, большая его часть как бы завернута в черную оболочку из пигментных клеток (рис. 8). Непосредственно под этой оболочкой лежат в несколько рядов серебристые клетки: они составляют средний слой светящегося органа моллюска. Под ним находятся сложные по форме клетки, напоминающие собой нервные элементы сетчатки глаза. Они выстилают внутреннюю поверхность этого тельца ("аппарата"). Они же и излучают свет.
Итак, "лампочка" головоногого моллюска состоит из трех различных слоев. Свет выделяется клетками внутреннего слоя. Отражаясь от серебристых клеток среднего слоя, он проходит через прозрачный конец "лампочки" и выходит наружу.
Еще одна любопытная подробность в этом светящемся "аппарате". В коже головоногого моллюска подле каждого такого тельца высится нечто подобное вогнутому зеркалу или рефлектору. Каждый такой рефлектор при "лампочке" моллюска состоит, в свою очередь, из двоякого рода клеток, из темных, не пропускающих свет пигментных клеток, впереди которых расположены рядами серебристые клетки, отражающие свет.
Пока организм живет, в его клетках совершаются различные химические процессы. В связи с этими процессами в организме возникают различные формы энергии: тепловая, благодаря которой он согревается; механическая, от которой зависят его движения; электрическая, которая связана с работой его нервов. Свет - тоже особый вид энергии, возникающий под влиянием той внутренней работы, которая протекает в организме. Вещество светящихся бактерий и тех клеток, из которых сложены светящиеся аппараты животных, окисляясь, излучает световую энергию.
Какую роль играет свечение в жизни животных? Ответить на этот вопрос в каждом отдельном случае пока не удалось. Но в пользе свечения для многих животных вряд ли можно сомневаться. Светящиеся рыбы и раки живут на такой глубине, куда солнечный свет не проникает. В темноте трудно различать, что делается вокруг, выслеживать добычу и вовремя ускользнуть от врага. А между тем светящиеся рыбы и раки - зрячи, имеют глаза. Способность свечения облегчает им жизнь.
Кроме того, мы знаем, как влечет некоторых животных к свету. Рыба, у которой на голове торчит нечто вроде электрической лампочки, или рыба-удильщик, наделенная длинным, как шнур, щупальцем "с фонариком" на конце, используют светящиеся органы для привлечения добычи. Еще счастливее в этом отношении головоногий моллюск: его изменчивый, переливчатый свет привлекает одних, устрашает других. Некоторые разновидности маленьких светящихся рачков в минуту опасности выбрасывают струи светящегося вещества, возникающее при этом светящееся облачко скрывает их от врага. Наконец, свечение у некоторых животных служит средством нахождения и привлечения одного пола животного к другому: самцы таким образом находят самок или, наоборот, привлекают их к себе. Следовательно, свечение животных - одно из приспособлений, которыми так богата живая природа, одно из орудий в борьбе за существование.
Экология
Некоторые живые организмы могут осветить темные места без помощи солнечного света. В то время, как самыми известными биолюминесцентными существами являются светлячки, кроме них существуют различные виды насекомых, грибов, бактерий, медуз и костистых рыб, которые могут светиться. Чаще химическими реакциями они пользуются ночью, в пещерах или в черных глубинах океана.
Биолюминесценция развивалась вместе с жизнью на земле, хотя нет цветущих растений, обладающих этой возможностью и очень мало животных умеют светиться, исследователи полагают, что данные способности развивались независимо друг от друга много раз.
Как говорят представители новой выставки биолюминесценции в Американском музее естественной истории в Нью-Йорке, она развивалась, как минимум, 50 раз, а может быть и больше. По словам куратора отдела ихтиологии в музее Джона Спаркса (John Sparks), среди костистых рыб способность светиться, иногда с помощью светящихся бактерий, развивалась 20-30 раз в различных группах.
"Даже в случае с рыбами, мы знаем, что всякий раз способности развивались независимо друг от друга, потому как в данном процессе использовались различные химические реакции, используемые разными группами. Некоторые пользовались "услугами" особых бактерий, другие самостоятельно учились светиться".
Светящиеся в темноте организмы используют различные вариации химических реакций, которые включают, как минимум, три компонента: фермент люциферазы, который помогает кислороду связываться с органическими молекулами (третий компонент), называется люциферин. Обладающая высоким зарядом энергии молекула, создаваемая в процессе реакции, высвобождает энергию в виде света.
По данным материалов выставки, для организмов, которые используют этот компонент, биолюминесценция имеет множество применений. Светлячки используют свет для привлечения партнеров и предупреждают хищников о токсинах, с которыми они могут столкнуться, если нападут на светлячков. Глубоководные удильщики используют "зажженную" приманку для привлечения добычи. Животик сребробрюшковых рыб также светится, что является своего рода маскировкой, которая помогает им вписаться в окружающую среду. Динофлагелляты – простейшие одноклеточные организмы – начинают светиться, если их потревожить, возможно, они делают это для того, чтобы спугнуть хищника, или чтобы привлечь другого хищника, который питается их "врагом". Личинки комариного гриба светятся для привлечения добычи.
Большая часть биолюминесцентных организмов, около 80 процентов видов, живут в самом "густонаселенном" месте планеты – глубоко в море. На самом деле, считается, что большинство видов, которые живут на глубине ниже 700 метров, могут производить собственный свет. Не существует консенсуса относительно того, почему способность светиться развивалась так много раз, но теория о приспособлении к жизни в морских глубинах, по словам Спаркса, самая популярная.
"Люциферины, эти вырабатывающие свет молекулы, являются хорошими антиоксидантами, поэтому считается, что, возможно, в какой-то период времени они исполняли именно функцию антиоксидантов, а затем "переквалифицировались"", - поясняет Спаркс.
По мере увеличения содержания кислорода в океане, животные переселялись в глубокие воды, чтобы находится вне досягаемости ультрафиолетового излучения. В глубоких водах, где антиоксиданты уже не нужны для того, чтобы восстанавливать генетические повреждения, вызванные УФ-излучением, люциферины превратились в организмы, которые вырабатывают свет.
Однако, не все, что светится, является биолюминесцентным. Некоторые организмы, такие как кораллы, светятся, поглощая свет одной длины волны ультрафиолетового излучения, и выделяя его на другой волне. Так как УФ-излучение не видно человеческому глазу, может показаться, будто эти существа вырабатывают свой собственный свет.
Выставка "Существа Света: природная биолюминесценция" открывается в американском музее естественной истории в Нью-Йорке 31 марта и будет работать до 6 января 2013 года.
«Моя Планета» рассказывает об удивительном явлении — светящихся живых существах и о том, где и когда их можно увидеть.
Около 800 видов существ на планете светятся в темноте, словно лампочки. Это и всем известные светлячки, и некоторые земляные черви, и подводные обитатели — глубоководные рыбы, медузы, кальмары. Некоторые организмы светятся постоянно, а некоторые способны лишь на короткие вспышки. Одни сияют всем телом, у других есть для этого специальные «фонарики» и «маячки».
Свет используется организмами в самых различных целях: для привлечения добычи и партнеров, для маскировки, отпугивания и дезориентации врагов или просто для общения с соплеменниками.
Способность живых существ излучать свет называется биолюминесценцией. В ее основе лежит химическая реакция, вызванная присутствием определенных веществ и сопровождающаяся выделением энергии. Ученые занялись изучением биолюминесценции лишь в конце XIX века, и до сих пор в этой области остается много вопросов и загадок. Мы расскажем о самых удивительных светящихся существах, которые населяют нашу планету.
Светляки
Представители семейства светляков (а их около 2000 видов) устраивают эффектные иллюминации по ночам, используя свой световой прибор на брюшке для спаривания и коммуникации друг с другом. Светиться способны не только взрослые особи, но и яйца и личинки. Свет представителей разных видов отличается оттенками и характером: от красно-желтого до зеленого, от непрерывного до пульсирующего. Многие виды этих жуков могут регулировать свет в своих «лампочках»: светить ярко или тускло, собравшись вместе, вспыхивать и гаснуть одновременно. Особенно коварны самки американского светлячка Photuris versicolor: сначала они излучают световые сигналы для привлечения самцов своего вида, а спарившись с ними, меняют позывные для заманивания самцов другого вида — уже в гастрономических целях.
На примере светлячков можно понять, как происходит процесс биолюминесценции в целом: в брюшке жука есть фотогенные клетки, содержащие небольшие молекулы — люцефирины. Под влиянием особого фермента — люциферазы происходит их окисление с выделением энергии (для реакции необходимо присутствие кислорода, аденозинтрифосфата и ионов магния). При этом энергия не идет на нагревание, как, например, у лампочки накаливания, а практически целиком переходит в холодный свет. КПД «лампочки» светлячка достигает 98%, притом что обычная лампа накаливания способна превратить в свет только 5% энергии. Свет от 38 жуков может конкурировать с пламенем средней восковой свечи.
Во многих странах люди использовали светлячков как источники света до изобретения Эдисона. Аборигены Центральной и Южной Америки украшали себя и жилища светлячками в дни ритуальных праздников. Индейцы Амазонки привязывали огненных жуков к ногам, надеясь их светом отпугнуть ядовитых змей в джунглях. Португальцы, колонизировавшие Бразилию, клали жуков в лампады возле икон вместо масла. Японские гейши набивали светлячками плетеные сосуды — получались эффектные ночники. Ловля светлячков и любование ими — давнее развлечение японцев.
Где увидеть: например, можно в июне приехать на японскую ферму Yuyake Koyake (в получасе езды от Токио), где обитает около 2500 сверчков.
Медузы
Медуза Aequorea victoria стала знаменитостью благодаря японскому ученому Осаму Симомуре: он заинтересовался ее свечением еще в 50-е годы, в течение десятилетий ведрами ловил подобных медуз и исследовал около 9000 экземпляров. В результате из медузы в лаборатории был выделен зеленый белок (GFP), который флуоресцирует зеленоватым светом при освещении его синим светом. Это казалось сизифовым трудом, пока не появилась генная инженерия и не нашлось применение GFP: теперь этот ген можно вживлять в живые организмы и воочию видеть, что происходит в клетках. За это открытие Симомура в 2008 году получил Нобелевскую премию по химии.
Где увидеть: у западного побережья Северной Америки.
Светящиеся черви
В сибирской земле живут люминесцирующие черви. Они имеют светящиеся точки по всему телу, реагируют голубовато-зеленым светом на различные раздражители (механические, химические, электрические), способны светиться до десяти минут, постепенно затухая. Удивительных червей, получивших название Fridericia heliota, обнаружили и изучили ученые из Красноярска. Получив мегагрант на создание лаборатории биолюминесцентных биотехнологий в Сибирском федеральном университете, они пригласили того самого Осаму Симомуру и смогли расшифровать структуру светящегося белка червей и даже синтезировать его в лаборатории. В этом году они опубликовали результаты своих многолетних исследований. Червей ученые собирали сами, перелопатив тонны сибирской почвы.
Где увидеть: в сибирской тайге ночью.
Личинки комаров
Грибные комары Arachnocampa проводят от полугода до года жизни в состоянии личинки, а в обличье комара живут всего один-два дня. Будучи личинками, они плетут из шелка ловчие сети, подобно паукам, и подсвечивают их собственным сине-зеленым светом. В результате их колонии на стенах и потолках пещер выглядят как звездное небо. Чем голоднее личинки, тем ярче они светятся, привлекая добычу — мелких насекомых.
Где увидеть: в австралийских и новозеландских пещерах — особенно популярны у туристов разных стран лодочные экскурсии в пещеры Вайтомо.
Рачки
Во время Второй мировой войны японцы собирали мелких ракушковых остракодов Cypridina hilgendorfii и использовали их для освещения ночью. Включаются эти природные лампочки очень просто: достаточно намочить их водой.
Где увидеть: в прибрежных водах и песках Японии.
Рыбы
В глубинах океанов живут удивительные светящиеся рыбы, оснащенные специальными органами — фотофорами. Это железы-фонари, которые могут быть расположены где угодно: на голове, спине, по бокам, вокруг глаз или рта, на усиках или отростках тела. Они заполнены слизью, внутри которой светятся биолюминесцентные бактерии. Любопытно, что рыба сама может контролировать свечение бактерий, сужая или расширяя сосуды, — для вспышек света необходим кислород. Самые интересные из светящихся рыб — глубоководные удильщики, живущие на глубине около 3 км под водой. У самок, которые могут достигать метра в длину, есть специальная удочка с «маячком» на конце: именно свет привлекает к ней добычу. Самый продвинутый вид удильщиков — придонная галатеатаума Galatheathauma axeli имеет световую «приманку» прямо во рту. Ей не нужно охотиться — достаточно просто открыть рот и проглотить добычу.
Еще одна колоритная рыбка — черный дракон (Malacosteus niger). Примечательна тем, что излучает красный свет с помощью специальных «прожекторов», расположенных под глазами. Свет не виден почти никому из глубоководных жителей океана, и рыба может спокойно освещать себе путь, оставаясь незамеченной.
Где увидеть: глубоко в океане.
Кальмары
Среди кальмаров насчитывается около 70 биолюминесцентных видов. Самым большим в мире светящимся существом является гигантский кальмар Taningia danae — ученым удавалось увидеть особь длиной 2,3 м и весом 60 кг. Световые органы расположены у него на щупальцах. Ученые предполагают, что кальмар излучает вспышки света с целью ослепить жертву и измерить расстояние до цели. В 2007 году команда из Национального музея науки Токио сняла на камеру фрагмент охоты кальмара-великана, обитающего на глубине до 1000 м.
Еще один удивительный головоногий — кальмар-вампир Vampyroteuthis infernalis. Из-за необыкновенных органов свечения он был выделен учеными в отдельный отряд. Помимо двух крупных фотофор у него есть маленькие светящиеся «фонарики» по всему телу, к тому же он умеет выпускать из кончиков щупалец световую завесу, состоящую из многочисленных голубых светящихся шариков. Это мощное оружие в борьбе с противником действует до десяти минут и позволяет кальмару скрыться в случае опасности. Любопытно, что подводный вампир может регулировать яркость и размер цветового пятна.
Где увидеть: в начале марта полчища кальмаров-светлячков Watasenia обитают в Японии около побережья залива Тояма. Эти небольшие существа живут в западной части Тихого океана на глубине до 350 м и по весне выходят на нерест к поверхности, устраивая светопредставление для туристов.
Огнетелки
Огнетелки, или пиросомы, — это морские свободноплавающие колониальные существа из класса оболочников. Они состоят из тысяч маленьких организмов — зооидов. Каждый из них имеет бактериальные светящиеся органы, благодаря которым вся колония люминесцирует голубовато-зеленым светом, видимым на расстоянии более 30 м. Плавает это животное, похожее на гигантского червя, замкнутым концом наружу, а во внутренней полости вполне мог бы поместиться взрослый человек. Подводное чудовище может разрастаться до 30 м в длину. Биологи называют пиросом морскими единорогами, так как они — одни из самых таинственных и малоизученных существ на планете.
Где увидеть: воды вблизи австралийского острова Тасмания — одно из немногих мест на планете, где огнетелки подплывают близко к берегу. В 2011 году в этих местах Майкл Барон заснял на видео 18-метрового морского единорога.
Зеленые животные
Благодаря белку, выделенному из медузы, учеными были выведены животные, светящиеся зеленым светом при освещении ультрафиолетом. В 1998 году появилась первая зеленая мышь с геном GFP, затем ученые подарили миру зеленых свиней и овец, светящихся разноцветных рыбок GloFish и генно-модифицированных шелкопрядов, которые производят флуоресцентный шелк. Ученые надеются, что цветные гены помогут бороться с болезнями, такими как ВИЧ, онкология, болезни Паркинсона и Альцгеймера.
Кому из нас не приходилось любоваться в теплый летний вечер зеленоватыми огоньками жучков-светляков, стрелою рассекающих воздух в различных направлениях? Но многие ли знают, что способностью светиться наделены не только некоторые жучки, но и другие животные, особенно обитатели морей и океанов?
Каждый, кто проводил лето на берегу Черного моря, не раз был свидетелем одного из прекраснейших зрелищ природы.
Надвигается ночь. Море покойно. Мелкая рябь скользит по его поверхности. Вдруг на гребне одной из ближайших волн сверкнула светлая полоска. За ней блеснула другая, третья... Их много. Заискрятся на мгновение и померкнут вместе со сломавшейся волной, чтобы загореться вновь. Стоишь, смотришь, как зачарованный, на миллионы огоньков, заливающих своим светом море, и спрашиваешь - в чем тут дело?
Загадка эта давно уже решена наукой. Оказывается, свет излучают миллиарды микроскопических животных - инфузорий, известных под названием ночесветок. Теплая летняя вода благоприятствует их размножению, и они носятся тогда по морю несметными полчищами. В теле каждой такой ночесветки рассеяны желтоватые шарики, которые и излучают свет.
Но оставим поверхность моря. Погрузимся в его воды. Здесь картина еще великолепнее. Вот плывут то чинною толпою, то в одиночку какие-то странные животные: с виду точно зонты или колокола из плотного студня. Это медузы : большие и малые, темные и светящиеся то голубым, то зеленым, то желтым, то красноватым цветом. Среди этих подвижных разноцветных "фонариков" плывет спокойно, не спеша, медуза-великан, зонт которой имеет в поперечнике шестьдесят - семьдесят сантиметров. Вдали видны излучающие свет рыбы. Стремглав проносится рыба-месяц, словно луна среди других светящихся рыб. У одной из рыб ярко горят глаза, у другой на морде сидит отросток, верхушка которого напоминает зажженную электрическую лампу; у третьей на нижней челюсти болтается длинный шнур с "фонариком" на конце, а некоторые светящиеся рыбы сплошь залиты сиянием благодаря особым органам, расположенным вдоль их тела подобно нанизанным на проволоку электрическим лампочкам.
Спускаемся ниже - туда, куда свет солнца уже не проникает, где, казалась бы, должна быть вечная, непроглядная тьма. И здесь кое-где "горят огни"; и тут мрак ночи прорезывается лучами, исходящими из тела различных светящихся животных.
На морском дне, среди камней и водорослей, копошатся светящиеся черви и моллюски. Их голые тела усеяны блестящими полосками, пятнами или крапинками - точно алмазной пылью; на уступах подводных скал красуются залитые светом морские звезды; тут же шныряет во все концы своей охотничьей территории рак, освещая лежащий перед ним путь огромными, похожими на подзорную трубу глазами.
Но великолепней всех один из головоногих моллюсков: Он весь купается в лучах ярко-синего цвета. Одно мгновение - и свет погас: точно выключили штепсель электрической люстры. Затем свет появляется вновь - сначала слабый, потом все более и более яркий: сейчас он отливает уже пурпуром - красками закатной зари. А там вновь гаснет, чтоб вспыхнуть опять на несколько минут цветом нежной зеленой листвы.
Вспомним хорошо известную всем веточку красного коралла . Эта веточка является жилищем очень простых по организации животных - полипов. Живут полипы обширными колониями, которые похожи на кусты. Полипы строят свое жилище из извести или рогового вещества. Такие жилища называются полипняками, и ветка красного коралла есть частица такого полипняка. Подводные скалы местами сплошь одеты целой рощей различных по форме и окраске коралловых кустов с множеством крошечных каморок, в которых сидят сотни тысяч полипов - животных, похожих на беленькие цветочки. На многих полипняках полипы точно объяты пламенем, образованным многочисленными огоньками. Огоньки горят порой неровно и прерывисто, меняя цвет: заблещут вдруг фиолетовым светом, переходящим затем в красный, а то заискрятся бледной синевой и, пробежав целую гамму переходов от голубого к зеленому, замрут на цвете изумруда или погаснут, образуя вокруг себя черные тени, а там опять вспыхнут переливчатыми искрами.
Есть светящиеся животные и среди обитателей суши: это почти сплошь жуки. В Европе шесть видов таких жуков. В тропических странах их значительно больше. Все они составляют одно семейство "лампирид", т. е. светляков. Иллюминация, устраиваемая иногда этими жучками, представляет очень эффектное зрелище.
Как-то ночью я ехал в поезде из Флоренции в Рим. Вдруг мое внимание привлекли летавшие подле вагона искры. Первое мгновение их можно было принять за искры, выбрасываемые трубой локомотива. Взглянув в окно, я увидел, что поезд наш несся вперед сквозь легкое, прозрачное облако, сотканное из крошечных золотисто-голубых огоньков. Они искрились повсюду. Кружились, лучистыми дугами пронизывали воздух, рассекали его в различных направлениях, скрещивались, тонули и снова вспыхивали в ночной мгле, сыпались на землю огненным дождем. А поезд мчался все дальше и дальше, окутанный волшебной пеленой огоньков. Минут пять, а то и больше, длилось это незабываемое зрелище. Затем мы вырвались из облака горящих пылинок, оставив их далеко за собой.
То были мириады жуков-светляков, наш поезд врезался в гущу этих невзрачных с виду насекомых, собравшихся в эту тихую, теплую ночь, очевидно, в брачный период своей жизни.
Отдельные виды светляков излучают свет относительно большой силы. Есть светляки, которые светятся настолько ярко, что на темном горизонте издали не сразу определишь, что перед тобой: звезда или светляк. Есть виды, у которых и самцы и самки светятся одинаково хорошо (например, итальянские светляки). Есть, наконец, и такие виды жучков, у которых самец и самка светятся по-разному, хотя выглядят одинаково: у самца орган свечения и развит лучше и действует энергичней, чем у самки. Когда же самка недоразвита, имеет лишь зачаточные крылья или вовсе бескрыла, а самец развит нормально, тогда наблюдается нечто иное: у самки органы свечения функционируют значительно сильнее, чем у самца; чем неразвитее самка, чем она неподвижнее и беспомощнее, тем ярче ее светящийся орган. Лучшим примером может тут служить так называемый "Иванов червячок", который вовсе не червяк, а личиноподобная самка особого вида жуков-светляков. Кто из нас не любовался ее холодным, ровным светом, пробивающимся сквозь листву кустарника или траву? Но есть еще более интересное зрелище: свечение самки другого вида светляков. Невзрачная днем, похожая на кольчатого червяка, ночью она буквально купается в лучах собственного великолепного синевато-белого света благодаря обилию светящихся органов.
Но мало восторгаться свечением живых существ. Необходимо знать, чем вызывается свечение обитателей подводного и наземного мира и какую роль оно играет в жизни животных.
Рассказывая о свечении моря, мы говорили, что внутри каждой ночесветки при помощи микроскопа можно увидеть множество желтоватых крупинок: это светящиеся бактерии, живущие в теле ночесветок. Излучая свет, они делают светящимися и этих микроскопических животных. То же надо сказать и о рыбе, у которой глаза словно горящие фонари: свечение их вызывают светящиеся бактерии, поселившиеся в клеточках светящегося органа этой рыбы. Но не всегда свечение животных связано с деятельностью светящихся бактерий. Иногда свет производится особыми светящимися клеточками самого животного.
Органы свечения различных животных построены по одному типу: одни проще, другие - сложнее. В то время как у светящихся полипов, медуз и морских звезд светится все тело, некоторые породы раков имеют лишь один источник света: большие глаза, похожие на телескоп. Однако среди светящихся животных одно из первых мест по праву принадлежит головоногим моллюскам. К их числу относится осьминог, обладающий способностью менять цвет своих наружных покровов.
В коже головоногого моллюска находятся небольшие твердые тельца овальной формы. Передняя часть этого тельца, смотрящая наружу, совершенно прозрачна и представляет собой нечто, похожее на хрусталик глаза, а задняя, большая его часть как бы завернута в черную оболочку из пигментных клеток. Непосредственно под этой оболочкой лежат в несколько рядов серебристые клетки: они составляют средний слой светящегося органа моллюска. Под ним находятся сложные по форме клетки, напоминающие собой нервные элементы сетчатки глаза. Они выстилают внутреннюю поверхность этого тельца (аппарата). Они же и излучают свет.
Итак, "лампочка" головоногого моллюска состоит из трех различных слоев. Свет выделяется клетками внутреннего слоя. Отражаясь от серебристых клеток среднего слоя, он проходит через прозрачный конец "лампочки" и выходит наружу.
Еще одна любопытная подробность в этом светящемся аппарате. В коже головоногого моллюска подле каждого такого тельца высится нечто подобное вогнутому зеркалу или рефлектору. Каждый такой рефлектор при "лампочке" головоногого моллюска состоит, в свою очередь, из двоякого рода клеток: из темных, не пропускающих света пигментных клеток, впереди которых расположены рядами серебристые клетки, отражающие свет.
Это наиболее сложный орган свечения у животных. Другие построены гораздо проще либо имеют некоторое отличие от органов, только что описанных. Нам важно запомнить, что у некоторых многоклеточных животных существуют клетки, способные развивать световую энергию.
Пока организм живет, в его клетках совершаются различные химические процессы. В связи с этими процессами в организме возникают различные формы энергии: тепловая, благодаря которой он согревается; механическая, от которой зависят его движения; электрическая, которая связана с работой его нервов. Свет - тоже особый вид энергии, возникающий под влиянием той внутренней работы, которая протекает в организме. Вещество светящихся бактерий и тех клеток, из которых сложены светящиеся аппараты животных, окисляясь, излучает световую энергию.
Ответить на этот вопрос в каждом отдельном случае пока не удалось. Но в пользе свечения для многих животных вряд ли можно сомневаться. Светящиеся рыбы и раки живут на такой глубине, куда солнечный свет не проникает. В темноте трудно различать, что делается вокруг, выслеживать добычу и вовремя ускользнуть от врага. А между тем светящиеся рыбы и раки - зрячи, имеют глаза. Способность свечения облегчает им жизнь.
Кроме того, мы знаем, как влечет некоторых животных к свету. Рыба, у которой на голове торчит нечто вроде электрической лампочки, или рыба-удильщик , наделенная длинным, как шнур, щупальцем "с фонариком" на конце, использует светящиеся органы для привлечения добычи. Еще счастливее в этом отношении головоногий моллюск: его изменчивый, переливчатый свет привлекает одних, устрашает других. Некоторые разновидности маленьких светящихся рачков в минуту опасности выбрасывают струи светящегося вещества, возникающее при этом светящееся облачко скрывает их от врага. Наконец, свечение у некоторых животных служит средством нахождения и привлечения одного пола животного к другому: самцы таким образом находят самок или, наоборот, привлекают их к себе. Следовательно, свечение животных - одно из приспособлений, которыми так богата живая природа, одно из орудий в борьбе за существование.
Лункевич В.В. 1941 год
Кто из нас не читал повесть Артура Конан Дойля "Собака Баскервилей", в которой рассказывается о светящейся собаке-убийце, преследовавшей семью Баскервилей. Кровь стынет в жилах и становится очень страшно...
Когда наступает ночь и около замка снова слышится страшный вой, а затем неожиданно появляется огромное страшное существо - значит, снова в семье Баскервилей кто-то будет убит. Впрочем, читая это, мы понимали, что светящаяся в темноте собака - это плод фантазии Конан Дойля, в реальности этого просто не может быть. Но мы ошибались. Прошли годы, и ученые разных стран научились выводить светящихся в темноте животных: свиней, мышей, кошек, собак, кроликов, рыб и обезьян.
Подобные эксперименты проводятся не ради шутки или прикола, а для изучения развития болезней и для нахождения наиболее оптимальных методов их лечения.
Свиньи, например, по многим параметрам схожи с человеком: по размеру сердца и кровеносной системы, по уровню гемоглобина в крови, по количеству эритроцитов и группам крови, по процессам пищеварения. И даже кожа хрюшек похожа на человеческую! Потрясающее количество сходств! Обезьяны, якобы наши предки, и те имеют гораздо меньшее количество генетических совпадений с человеком. Как же этим не воспользоваться!
Первыми светящихся свиней вывели ученые Китая. Они ввели в тело свиноматки, а точнее, в эмбрион, флюоресцентный протеин, взятый у медузы, способной светиться в темноте. Опыт удался, и в итоге родились очаровательные светящиеся поросята, при дневном освещении имеющие зеленоватый оттенок кожи, глаз, пятачков, зубов, копыт и даже всех внутренних органов, а если на них направить ультрафиолетовый свет, то они засияют, как огоньки!
Свечение на клеточном уровне, без вреда для организма животного, позволяет следить за всеми происходящими в организме процессами. Из оборудования нужен только микроскоп с ультрафиолетовой подсветкой.
Этот метод используется при наблюдении за организмом после пересадки стволовых клеток, которые обладают способностью превращаться в клетки органа, в который их пересадили. Введение клеток светящихся свиней позволяет по свечению проследить весь их путь в организме.
Схожесть организма свиньи и человека, возможно, в будущем позволит выращивать свиней-доноров для пересадки органов нуждающимся людям, но пока это не совсем получается. Ученые не смогли вывести свинью, генетически схожую с человеком, поэтому при пересадке тканей происходит отторжение.
Также проблема в том, что здоровых светящихся свиней очень мало, а вырастить их сложно. Поросятки зачастую либо рождаются мертвыми, либо с серьезными патологиями. Ученые надеются, что светящиеся свиньи могут приносить потомство, которое также может светиться. Да и еще нужно выяснить, не заразят ли светящиеся хрюшки-доноры людей какой-нибудь своей "свинской" болезнью.
Подобные эксперименты проводятся и с другими животными: кошками, обезьянами и т.д. В их организм "запускается" болезнь, которой может болеть и человек, а затем, наблюдая по свечению за развитием болезни, животное пытаются вылечить, применяя те или иные технологии и лекарства. Если животное выздоравливает, значит, найденное средство в будущем может помочь и человеку.
Протеин из медуз использовался и в экспериментах с малярийными комарами: удалось вывести комаров-самцов со светящимися половыми органами, которые не могут размножаться. Их отсортировали от самок (у тех ничего не светится) и выпустили на свободу. В результате замещения обычных малярийных комаров-самцов светящимися произошло сокращение их популяции.
