A természet talányai: Biolumineszcencia

2024 Szerző: Seth Attwood | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-16 16:07

A biolumineszcencia az élő szervezetek azon képessége, hogy saját fehérjéikkel vagy szimbiotikus baktériumok segítségével világítanak.

Napjainkban a világító élőlények mintegy 800 faja ismert. Legtöbbjük a tengerben él. Ezek a baktériumok, az egysejtű flagellate algák, a radioláriumok, a gombák, a planktoni és a hozzá kapcsolódó coelenterátumok, szifonoforok, tengeri tollak, ctenoforok, tüskésbőrűek, férgek, puhatestűek, rákfélék, halak.

A legfényesebben izzó állatok némelyike a piroszómák (tűzbogarak). Az édesvízi biolumineszcens fajok közül az új-zélandi haslábú puhatestű Latia neritoides és számos baktérium ismert. A szárazföldi élőlények közül bizonyos gombafajok, giliszták, csigák, ezerlábúak és rovarok világítanak.

A mikrokozmosz szintjén egy nagyon gyenge izzás, amelyet csak nagyon érzékeny fotométerek segítségével tudunk regisztrálni, a reaktív oxigénfajták enzimek általi semlegesítésének mellékhatása, amelyek szükségesek, de mérgezőek a sejtek számára, amelyek résztvevői. a glükóz oxidációs folyamata. A kemilumineszcenciához szükséges energiát is ellátják a különféle foszforfehérjékkel.

Az egyik első bakteriális lámpát - egy lombikot világító baktériumkultúrával - több mint száz évvel ezelőtt Martin Beijerinck holland botanikus és mikrobiológus szórakoztatta. 1935-ben ilyen lámpák még a Párizsi Óceánológiai Intézet nagytermét is megvilágították, a háború alatt pedig a szovjet mikrobiológus A. A. Egorova világító baktériumokat használt prózai célokra - a laboratórium megvilágítására.

És végezhetsz egy hasonló kísérletet: tedd a nyers halat vagy húst meleg helyre, várj egy-két hetet, majd éjjel gyere fel (a szél felőli oldalról!) És nézd meg, mi történik - valószínűleg a baktériumok laknak benne. a tápközeg túlvilági fénnyel fog izzani. Főleg a Photobacterium és Vibrio nemzetségbe tartozó baktériumok és többsejtű plankton organizmusok (a képen) izzanak a tengerben, de a fő fényforrás az egyik legnagyobb (akár 3 mm-es!) És összetett egysejtű élőlények - az éjszakai lobogó algák. fény.

A baktériumokban a foszforfehérjék szétszóródtak a sejtben, az egysejtű eukarióta (sejtmaggal rendelkező) szervezetekben a citoplazmában membránnal körülvett vezikulákban helyezkednek el. A többsejtű állatokban a fényt általában speciális sejtek - fotociták - bocsátják ki, gyakran speciális szervekbe - fotoforokba - csoportosulva.

A koelenterátumok és más primitív állatok fotocitái, valamint a szimbiotikus fotobaktériumok hatására működő fotoforok mechanikai vagy kémiai stimuláció után folyamatosan vagy néhány másodpercig világítanak. A többé-kevésbé fejlett idegrendszerű állatoknál irányítja a fotociták munkáját, külső ingerekre adott válaszként vagy a szervezet belső környezetének megváltozásakor be- és kikapcsolja azokat.

Az intracellulárison kívül a mélytengeri garnélarákban, polipokban, tintahalban és tintahalban létezik egy szekréciós típusú fény: két különböző mirigy váladéktermékének keveréke kilökődik a köpenyből vagy a héj alól, és szétterjed a a víz, mint egy fénylő felhő, elvakítja az ellenséget.

A biolumineszcencia másik klasszikus példája a fa rothadása. Nem maga a fa világít bennük, hanem a közönséges mézgomba micéliuma.

A Mycena nemzetség magasabb rendű gombáiban pedig, amelyek szintén korhadó fán növekszenek, de meleg vidékeken, mint Brazília és Japán, a termőtestek izzanak - amit általában gombának neveznek (bár a penészgombák, élesztőgombák és egyéb gombák is gombák, csak az alacsonyabbak). Ennek a nemzetségnek az egyik faját M. lux-coeli-nek hívják, „micén – mennyei fény”.

A biolumineszcencia legszembetűnőbb alkalmazása a transzgénikus növények és állatok létrehozása. 1998-ban hozták létre az első egeret, amelynek kromoszómáiba beépült a GFP gén.

Izzó fehérjékre van szükség ahhoz, hogy kidolgozzuk azokat a technikákat, amelyek segítségével idegen géneket juttathatunk a különböző élőlények kromoszómáiba: ha világít, az azt jelenti, hogy a módszer működik, ezzel be lehet juttatni egy célgént a genomba. Az első világító hal - a transzgénikus zebrahal (Brachydanio rerio) és a japán medaka rizshal (Orizias latipes) - 2003-ban került forgalomba.

Ragyogó tenger

Azok, akiknek van szerencséjük éjszaka a tengerben úszni annak ragyogása közben, egy életen át emlékezni fognak erre a varázslatos látványra. Leggyakrabban az éjszakai fény lobogó algája (Noctiluca) okozza a ragyogást. Egyes években számuk annyira megnövekszik, hogy az egész tenger izzik. Ha nincs szerencséje, és rosszkor találja magát a meleg tenger partján, öntsön tengervizet egy tégelybe, és adjon hozzá egy kis cukrot.

A noktilisták erre a luciferin fehérje aktivitásának növelésével reagálnak. Rázza fel a vizet, és csodálja meg a kékes ragyogást. És amikor megállsz gyönyörködni, emlékezhetsz arra, hogy a természet egyik megfejtetlen titkát nézed: a különböző taxonokban a ragyogás képességének kialakulásának evolúciós mechanizmusainak tisztázatlanságát a cikk külön fejezete jegyezte meg. A fajok eredete Darwintól, és azóta a tudósok nem tudták megválaszolni ezt a kérdést, az igazság fényét.

A lumineszcencia jó fényviszonyok között élő szervezetekben alakulhatott ki fényvédő funkciót betöltő pigmentvegyületek alapján.

De egy tulajdonság fokozatos felhalmozódása - másodpercenként egy foton, kettő, tíz - sem számukra, sem éjszakai és mélytengeri rokonaik számára nem befolyásolhatja a természetes szelekciót: ilyen gyenge fényt még a legérzékenyebb szem sem érzékel, és a Az intenzív ragyogás kész mechanizmusainak megjelenése a meztelen helyen is lehetetlennek tűnik. És még a ragyogás funkciói is sok fajnál érthetetlenek maradnak.

Miért világítanak?

Az izzó baktériumkolóniák és gombák vonzzák a csírákat, spórákat vagy micéliumot terjesztő rovarokat. Az új-zélandi Arachnocampa szúnyog rovarevő lárvái csapdahálót szőnek, és saját testükkel világítják meg, vonzva magukhoz a rovarokat.

A fényvillanások elriaszthatják a ragadozókat a medúzától, a fésűs zselétől és más tehetetlen és gyengéd lényektől. Ugyanebből a célból a sekély vízben növő korallok és más gyarmati állatok mechanikai ingerlés hatására világítanak, szomszédaik pedig, akikhez senki sem nyúlt, szintén villogni kezdenek. A mélytengeri korallok az őket érő gyenge, rövid hullámhosszú fényt hosszabb hullámhosszú sugárzássá alakítják át, esetleg lehetővé téve a szöveteikben lakó szimbiotikus algák fotoszintetizálódását.

Horgászbot villanykörtével

A horgászhalak (Lophiiformes) rendje a legváltozatosabb (16 család, több mint 70 nemzetség és több mint 225 faj), és talán a legérdekesebb mélytengeri hal. (Sokan nem a zoológia tankönyvből ismerik a tengeri horgászokat, hanem a Némót találni című rajzfilmből).

A horgász nőstények ragadozók nagy szájjal, erős fogakkal és erősen tágítható gyomorral. Előfordul, hogy a tenger felszínén döglött horgászhalak is előfordulnak, amelyek kétszeresét meghaladó halakba fulladnak: a ragadozó a fogak szerkezete miatt nem tudja elengedni. A hátúszó első sugara "horgászbottá" (illicium) alakul, amelynek végén egy világító "féreg" (eska). Ez egy nyálkahártyával teli mirigy, amely biolumineszcens baktériumokat tartalmaz. Az escut vérrel tápláló artériák falának tágulása miatt a halak önkényesen előidézhetik az ehhez oxigénellátást igénylő baktériumok lumineszcenciáját, vagy leállíthatják, szűkítve az ereket.

Általában a ragyogás egy sor villanás formájában jelentkezik, minden faj esetében egyedi. Az Illicium a Ceratias holboelli fajban képes előre mozogni és visszahúzódni egy speciális csatornába a háton. A zsákmányt csalogatva ez a horgász fokozatosan a szájához mozgatja a világító csalit, amíg le nem nyeli a zsákmányt. És Galatheathauma axeli szájában van a csali.

A foszforok elhelyezkedése, sőt a világító foltok villogásának jellege is szolgálhat a kommunikációhoz - például a partner vonzására. A Photuris versicolor amerikai szentjánosbogár nőstényei pedig a párzás után elkezdik "leverni a morze-kódot" egy másik faj nőstényeitől, hímeiket nem szerelmi, hanem gasztronómiai célból vonzzák magukhoz.

Japán partjainál a tömeges esküvőket az umitoharu (tengeri szentjánosbogarak) - a Cypridina nemzetségbe tartozó apró, 1-2 mm hosszú rákfélék - és a Watasenia scintellans tintahal ünnepli. A körülbelül 10 cm hosszú Vatazenia testek a csápokkal együtt fotofor gyöngyökkel vannak tarkítva, és egy 25-30 cm átmérőjű területet világítanak meg - képzelje el, hogyan néz ki a tenger egy egész tintahalrajjal!

Sok mélytengeri lábasfejű testét többszínű fényfoltok mintázatával festették, a fotoforok pedig nagyon összetettek, mint egy reflektor, amely csak a megfelelő irányba világít, reflektorokkal és lencsékkel (néha kettős és színes).

Sok mélytengeri plankton garnéla képes ragyogni. A végtagokon, az oldalak mentén és a test hasi oldalán akár 150 fotofor is található, amelyeket néha lencsék borítanak. Az egyes fajok fotoforjainak elhelyezkedése és száma szigorúan állandó, és az óceán mélyének sötétjében segít a hímeknek megtalálni a nőstényeket, és mindezt együtt - rajokba gyűlni.