Teka-teki Alam: Bioluminesensi

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 16:12

Bioluminescence ialah keupayaan organisma hidup untuk bersinar dengan protein mereka sendiri atau dengan bantuan bakteria simbiotik.

Hari ini, kira-kira 800 spesies makhluk hidup bercahaya diketahui. Kebanyakan mereka tinggal di laut. Ini adalah bakteria, alga flagellate uniselular, radiolaria, kulat, planktonik dan coelenterate yang melekat, siphonophores, bulu laut, ctenophores, echinoderms, cacing, moluska, krustasea, ikan.

Beberapa haiwan yang paling terang bercahaya ialah pirosom (kumbang api). Antara spesies bercahaya air tawar, moluska gastropod New Zealand Latia neritoides dan beberapa bakteria diketahui. Antara organisma darat, spesies kulat tertentu, cacing tanah, siput, kaki seribu dan serangga bercahaya.

Di peringkat mikrokosmos, cahaya yang sangat lemah, yang boleh kita daftarkan hanya dengan bantuan fotometer yang sangat sensitif, adalah kesan sampingan peneutralan spesies oksigen reaktif oleh enzim, yang diperlukan, tetapi toksik kepada sel, yang merupakan peserta dalam proses pengoksidaan glukosa. Mereka juga membekalkan tenaga yang diperlukan untuk chemiluminescence kepada pelbagai protein fosfor.

Salah satu lampu bakteria pertama - kelalang dengan budaya bakteria bercahaya - telah dilayan lebih seratus tahun yang lalu oleh ahli botani dan mikrobiologi Belanda Martin Beijerinck. Pada tahun 1935, lampu sedemikian bahkan menerangi dewan besar Institut Oseanologi Paris, dan semasa perang ahli mikrobiologi Soviet A. A. Egorova menggunakan bakteria bercahaya untuk tujuan prosaik - untuk menerangi makmal.

Dan anda boleh menjalankan eksperimen yang sama: letakkan ikan mentah atau daging di tempat yang hangat, tunggu seminggu atau dua, dan kemudian muncul pada waktu malam (dari arah angin!) Dan lihat apa yang berlaku - kemungkinan bakteria yang mendiami medium nutrien akan bersinar dengan cahaya dunia lain. Bakteria, terutamanya daripada genera Photobacterium dan Vibrio, dan organisma planktonik multiselular (gambar) bercahaya di laut, tetapi sumber cahaya utama adalah salah satu yang terbesar (sehingga 3 mm!) Dan organisma unisel yang kompleks - alga flagellate malam. ringan.

Dalam bakteria, protein fosfor tersebar di seluruh sel; dalam organisma eukariotik uniselular (dengan nukleus sel), ia terletak dalam vesikel yang dikelilingi oleh membran dalam sitoplasma. Dalam haiwan multiselular, cahaya biasanya dipancarkan oleh sel khas - fotosit, selalunya dikumpulkan ke dalam organ khas - fotofor.

Fotosit coelenterate dan haiwan primitif lain, serta fotofor yang berfungsi disebabkan oleh fotobakteria simbiotik, bersinar secara berterusan atau selama beberapa saat selepas rangsangan mekanikal atau kimia. Pada haiwan dengan sistem saraf yang lebih kurang maju, ia mengawal kerja fotosit, menghidupkan dan mematikannya sebagai tindak balas kepada rangsangan luar atau apabila persekitaran dalaman badan berubah.

Sebagai tambahan kepada yang intraselular, dalam udang laut dalam, sotong, sotong dan sotong, terdapat jenis cahaya rembesan: campuran produk rembesan dua kelenjar yang berbeza dikeluarkan dari mantel atau dari bawah cengkerang dan merebak dalam air seperti awan yang bersinar, membutakan musuh.

Satu lagi contoh klasik bioluminesensi ialah reput kayu. Ia bukan pokok itu sendiri yang bersinar di dalamnya, tetapi miselium kulat madu biasa.

Dan dalam kulat yang lebih tinggi dari genus Mycena, juga tumbuh di atas pokok yang reput, tetapi di kawasan panas seperti Brazil dan Jepun, badan berbuah bersinar - yang biasanya dipanggil cendawan (walaupun acuan, ragi dan kulat lain juga cendawan, hanya yang lebih rendah.). Salah satu spesies genus ini dipanggil M. lux-coeli, "mycene - cahaya syurga."

Aplikasi bioluminesensi yang paling menarik ialah penciptaan tumbuhan dan haiwan transgenik. Tetikus pertama dengan gen GFP yang dimasukkan ke dalam kromosom telah dicipta pada tahun 1998.

Protein bercahaya diperlukan untuk menjalankan teknik untuk memperkenalkan gen asing ke dalam kromosom pelbagai organisma: jika ia bersinar, ini bermakna kaedah itu berfungsi, anda boleh menggunakannya untuk memperkenalkan gen sasaran ke dalam genom. Ikan bercahaya pertama - ikan zebra transgenik (Brachydanio rerio) dan ikan nasi medaka Jepun (Orizias latipes) - mula dijual pada tahun 2003.

Laut bercahaya

Mereka yang cukup bertuah untuk berenang di laut pada waktu malam semasa cahayanya akan mengingati pemandangan yang mempesonakan ini sepanjang hayat. Selalunya, punca cahaya adalah alga flagellate cahaya malam (Noctiluca). Dalam beberapa tahun, bilangan mereka meningkat begitu banyak sehingga seluruh laut bersinar. Jika anda tidak bernasib baik dan mendapati diri anda berada di pantai laut hangat pada masa yang salah, cuba tuangkan air laut ke dalam balang dan tambah sedikit gula di sana.

Noctylists akan bertindak balas terhadap ini dengan meningkatkan aktiviti protein luciferin. Goncangkan air dan kagumi cahaya kebiruan. Dan apabila anda berhenti untuk mengagumi, anda boleh ingat bahawa anda sedang melihat salah satu misteri alam semula jadi yang tidak dapat diselesaikan: kekurangan kejelasan mekanisme evolusi kemunculan keupayaan untuk bersinar dalam pelbagai taksa telah dicatatkan dalam bab berasingan " The Origin of Species" oleh Darwin, dan sejak itu para saintis tidak dapat menjelaskan persoalan ini ialah cahaya kebenaran.

Luminescence boleh berkembang dalam organisma yang hidup dalam keadaan cahaya yang baik, berdasarkan sebatian pigmen yang melaksanakan fungsi melindungi cahaya.

Tetapi pengumpulan sifat secara beransur-ansur - satu foton sesaat, dua, sepuluh - kedua-duanya untuk mereka dan saudara-mara malam dan laut dalam mereka tidak boleh menjejaskan pemilihan semula jadi: cahaya yang lemah tidak dirasai walaupun oleh mata yang paling sensitif, dan kemunculan mekanisme siap sedia untuk bercahaya pada lokasi bogel kelihatan mustahil juga. Malah fungsi cahaya dalam banyak spesies tetap tidak dapat difahami.

Mengapa mereka bercahaya?

Koloni bakteria dan kulat yang bercahaya menarik serangga yang menyebarkan kuman, spora atau miselium. Larva insektivor dari nyamuk New Zealand Arachnocampa menenun pukat perangkap dan meneranginya dengan badan mereka sendiri, menarik serangga.

Kilatan cahaya boleh menakutkan pemangsa daripada obor-obor, jeli sikat dan makhluk lain yang lemah dan lemah. Untuk tujuan yang sama, batu karang dan haiwan kolonial lain yang tumbuh di air cetek bercahaya sebagai tindak balas kepada rangsangan mekanikal, dan jiran mereka, yang tidak disentuh oleh sesiapa pun, juga mula berkedip. Karang laut dalam menukarkan cahaya bergelombang pendek yang lemah yang sampai ke sinaran dengan panjang gelombang yang lebih panjang, mungkin untuk membolehkan alga simbiotik yang mendiami tisu mereka berfotosintesis.

Pancing dengan mentol

Urutan ikan pemancing (Lophiiformes) adalah yang paling pelbagai (16 keluarga, lebih 70 genera dan lebih 225 spesies) dan, mungkin, ikan laut dalam yang paling menarik. (Ramai yang biasa dengan pemancing laut bukan dari buku teks zoologi, tetapi dari kartun "Finding Nemo").

Betina pemancing adalah pemangsa dengan mulut yang besar, gigi yang kuat, dan perut yang sangat kembung. Kadang-kadang ikan pemancing mati ditemui di permukaan laut, tercekik ikan lebih daripada dua kali ganda saiznya: pemangsa tidak dapat melepaskannya kerana struktur giginya. Sinar pertama sirip punggung diubah menjadi "pancing" (illicium) dengan "cacing" (eska) bercahaya di hujungnya. Ia adalah kelenjar berisi lendir yang mengandungi bakteria biluminescent. Oleh kerana pengembangan dinding arteri yang memberi makan escu dengan darah, ikan boleh sewenang-wenangnya menyebabkan luminescence bakteria yang memerlukan bekalan oksigen untuk ini, atau menghentikannya, menyempitkan kapal.

Biasanya, cahaya berlaku dalam bentuk satu siri kilat, individu untuk setiap spesies. Illicium dalam spesies Ceratias holboelli mampu bergerak ke hadapan dan menarik balik ke saluran khas di belakang. Memikat mangsa, pemancing ini secara beransur-ansur memindahkan umpan bercahaya ke mulutnya sehingga ia menelan mangsa. Dan Galatheathauma axeli mempunyai umpan tepat di dalam mulut.

Lokasi fosforus dan juga sifat bintik-bintik bercahaya berkelip boleh berfungsi untuk komunikasi - sebagai contoh, untuk menarik pasangan. Dan betina kelip-kelip Amerika Photuris versicolor, selepas mengawan, mula "menewaskan kod Morse" betina spesies lain, menarik jantan mereka bukan untuk asmara, tetapi untuk tujuan gastronomi.

Di luar pantai Jepun, perkahwinan besar-besaran disambut oleh umitoharu (kelip-kelip laut) - kecil, panjang 1-2 mm, krustasea genus Cypridina - dan sotong Watasenia scintellans. Badan Vatazenia kira-kira 10 cm panjang, bersama-sama dengan sesungut, dihiasi dengan mutiara fotofor dan menerangi kawasan 25-30 cm diameter - bayangkan bagaimana rupa laut dengan seluruh kumpulan sotong ini!

Dalam banyak cephalopod laut dalam, badannya dicat dengan corak bintik cahaya pelbagai warna, dan photophores sangat kompleks, seperti lampu sorot yang bersinar hanya ke arah yang betul dengan reflektor dan kanta (kadang-kadang dua kali ganda dan berwarna).

Banyak udang planktonik laut dalam mempunyai keupayaan untuk bercahaya. Pada anggota badan, di sepanjang sisi dan di bahagian ventral badan, mereka mempunyai sehingga 150 fotofor, kadang-kadang ditutup dengan kanta. Lokasi dan bilangan fotofor untuk setiap spesies adalah tetap dan dalam kegelapan kedalaman lautan membantu lelaki mencari betina dan semuanya bersama - untuk berkumpul dalam kumpulan.