Светящиеся животные. Живые лампочки Названия медуз которые способны выделять световую энергию

Некоторые морские животные, включая 180 видов рыб, обладают уникальными структурами в их коже, которые под воздействием синего света позволяют им светиться неоновым красным, зеленым или оранжевым светом. Эта особенность называется биофлюоресценцией. Она, в отличие от биолюминесценции, которая возникает с помощью химической реакции в организмах тысяч морских и наземных животных, происходит совсем иначе. Прежде всего, биофлюоресценция не является результатом химической реакции, и внешние ткани животных не могут самостоятельно излучать свет. Вместо этого, организмы, которым свойственна флюоресценция, поглощают синий свет, трансформируют его и испускает вновь. На молекулярном уровне это происходит следующим образом. Особые флюоресцентные молекулы организма поглощают высокоэнергетические фотоны синего света. Когда эти фотоны сталкиваются с флюоресцентными молекулами, последние «возбуждаются» до такой степени, что их электроны становятся высокоэнергетическими. После «возбуждения» электроны быстро приходят к своему первоначальному состоянию, однако во время этого «расслабления» они высвобождают энергию в виде фотонов. Но поскольку электроны расходовали энергию во время их «возбуждения», они испускают фотоны более низкого энергетического уровня, чем те, что были поглощены. Иными словами, организм начинает испускать длинноволновый свет, например, зеленый, желтый или оранжевый. Морские животные, для которых характерна биофлюоресценция, постоянно поглощают присутствующий в океане синий свет. Известно, что свет поглощается молекулами воды, органическими и неорганическими веществами, растворенными в воде, и фитопланктоном. Так, инфракрасный и красный свет полностью поглощаются верхними слоями воды, в глубокие слои океана проникает лишь зелено-синий свет, а на глубинах более 100 метров остается только синий свет. Биофлюоресценция свойственна морским обитателям, населяющим разные слои океана. К ним, например, относятся акула-кошка, некоторые представители семейств скорпеновых и троеперых рыб, а также кораллы. По мнению ученых, это явление особенно распространено среди скрытных рыб, прячущихся в кораллах и трещинах на дне. Сегодня исследователи не могут сказать однозначно, как животные используют биофлюоресценцию. Однако, согласно наиболее распространенной версии, эта особенность необходима им, чтобы общаться друг с другом. Причем, такой способ позволяет рыбам обмениваться сигналами тайно, оставаясь незаметными для хищников. Ведь известно, что способностью видеть неоновый свет обладают не все рыбы, а только виды с особым строением глаз. Впрочем, глубже этот вопрос ученым ещё только предстоит исследовать. Интересно, что некоторые виды животных могут испускать свет нескольких цветов. Например, большая часть тела морского конька Hippocampus erectus испускает красный свет, однако вокруг глаз животного присутствуют зеленые светящиеся вкрапления.

Если нам предложат вспомнить какое-нибудь светящееся животное, то, скорее всего, мы назовем жучка-светлячка. Но на самом деле, способностью светиться в темноте обладает не только он один. Особенно богаты на таких обитателей моря и океаны.

Разновидности морских светящихся животных

На берегу Черного моря часто можно увидеть захватывающее природное зрелище. На водной поверхности с мелкой рябью вдруг сверкает полоска света, за ней идет вторая, потом третья… Кто зажигает эти красочные огоньки?

Ученые давно выяснили, что все дело в миллиардах микроскопических организмов - инфузорий ночесветок , которые в великом множестве водятся в морских водах. Внутри каждой инфузории есть несколько желтых шариков - именно они и являются источником света.

Если с поверхности моря погрузиться вглубь, то мы откроем еще больше светящихся животных.

1. Медузы , раскинувшие свои студенистые тела-зонтики, могут светиться разными цветами: желтым, голубым, зеленым и красным.
2. Есть “светлячки” и среди рыб . У кого-то светятся глаза, у кого-то прямо на морде вырос нарост, излучающий свет, словно лампочка, у третьей (рыба - удильщик) к нижней челюсти прикреплен шнур со светящимся концом. Еще есть рыбы, которые светятся всем телом, благодаря особым органам, расположенным вдоль него, например, рыба - топорик.
3. Светящиеся морские животные есть даже в самых глубоководных впадинах, куда не проникает ни одного луча света извне. На самом дне, среди камней можно увидеть светящихся моллюсков и червей . Их тела, словно алмазной пылью, усеяны крапинками и пятнами, излучающими свечение. На уступах скал в окружении света лежат морские звезды , а глубоководный рак освещает себе путь огромными глазами.
4. В подводном мире можно встретить и испускающие свет кораллы и полипы , например, Морское перо и обычная веточка красных кораллов.

Разновидности светящихся животных, обитающих на суше

На суше способностью светиться в темноте обладают, в основном, жуки . Так, в одной только Европе их насчитывается шесть видов, объединенных в одно большое семейство “лампирид” или светляков. Жуки - светлячки могут устроить очень красочное зрелище, когда в темное время суток облепят какое-нибудь дерево или кустарник.

Почему светятся животные?

Примером того, каким образом некоторые животные излучают свет, может послужить головоногий моллюск . В его коже расположены маленькие твердые образования овальной формы. Их передняя прозрачная часть выступает из кожных покровов наружу и работает как хрусталик человеческого глаза. Задняя часть образования находится в толще кожи, как бы завернутая в черную мантию из пигментных клеток.

Под этой мантией расположены еще несколько рядов серебристых клеток, которые являются средней частью светящегося органа моллюска. А еще ниже есть сложные клетки, похожие на нервные окончания сетчатки глаза млекопитающего. Именно они выстилают всю внутреннюю поверхность овального образования (тельца) и выпускают наружу свет, преломляемый и усиливаемый передней прозрачной частью.

Свет удваивается также благодаря специальным рефлекторам в коже моллюска, расположенных рядом с овальным тельцем. По форме эти рефлекторы похожи на вогнутые зеркала и, в свою очередь, также состоят из нескольких слоев светочувствительных клеток.

Светоустройство головоногого моллюска - самое сложное в животном мире. Светящиеся аппараты остальных существ устроены попроще.

Свечение считается обычным явлением в природе. Поэтому способность испускать свет с помощью простой химической реакции, или биолюминесценция, встречается, по крайней мере, у 50 различных видов грибов, светлячков и даже у ужасающих морских обитателей. С помощью этой реакции светящиеся существа извлекают для себя немало пользы: отгоняют хищников, привлекают добычу, избавляют свои клетки от кислорода или попросту справляются с существованием в вечном мраке глубин океана.

Так или иначе, люминесценция - один из самых гениальных инструментов жизни, а мы представим вам список самых необычных и странных существ, способных светиться в темноте. Многие из этих видов в настоящее время выставлены в качестве экспонатов на экспозиции в Американском музее естественной истории в Нью-Йорке.

Самка и самцы морского черта

Адский кальмар

Светящиеся медузы

Каких только необычных и удивительных существ не встретишь в море или в глубинах океана. Следующие фиолетовые в зеленой оправе существа обитают в Тихом океане у берегов Северной Америки. Эти медузы способны генерировать сразу два вида свечения. Биолюминесцентное обладает пурпурно-голубым свечением и производится в результате химической реакции между кальцием и белком. И уже эта реакция, в свою очередь, вызывает свечение вокруг ободка медузы, образуя зеленый флуоресцентный белок, а затем и зеленое свечение. Ученые широко используют эту особенность существа для изучения визуализации процессов в организме.

Огненная вода

Наверняка мало кто знает, что в природе встречается явление, которое можно сравнить со светящимся океаном. Однако никто не отказался бы воочию понаблюдать за ярко синим неоновым прибоем океана. Все дело в том, что вода наполняется динофлагеллятом, одноклеточными планктонными существами с хвостами, которые распределяются на внушительных площадях у побережья. Ученые полагают, что эти существа населяют нашу планету уже миллиард лет, а последние несколько тысячелетий озадаченные люди были склонны приписывать это явление к таинственной магии морских богов.

Большерот

Для того чтобы добыть себе пропитание, эта рыба сначала использует биолюминесценцию, чтобы вызвать флуоресценцию в виде красных огоньков в области возле носа, а затем испускает импульсы красного цвета, чтобы обнаружить креветок. Когда добыча будет найдена, поступает разблокировка сигнала, а челюсть приводится в действие. Гениальный хищник пользуется тем обстоятельством, что креветки, как и многие другие обитатели моря не могут распознавать красный свет.

Креветки систелласпис

Однако не все креветки столь податливы и легко досягаемы для хищников. Например, креветки систелласпис обладают отличной защитой, в том числе и от большерота. Эти креветки обезоруживают хищников, выплевывая неприятную светящуюся жидкость из своего хвоста прямо перед пастью.

Стена из кораллов

На Каймановых островах обнаружена кровавая стена, высотой 1000 футов, состоящая из светящихся кораллов. Это интересное явление стало возможным благодаря тому, что здесь нашли себе пристанище многие биолюминесцентные существа. Многие аквалангисты увлеченно делают снимки того, как кораллы преобразуют свой красный цвет в удивительное зеленое свечение.

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.