25 Июня 2018
МОСКВА, 25 июня , Татьяна Пичугина. Биолюминесценцию используют многие живые существа , чтобы найти полового партнера или скрыться от врага. Энергию для свечения они получают из химической реакции, которая случается у них в организме. О том, как изучение этого природного феномена привело к одному из самых масштабных таранов в биологии, в материала.
В глубине океана не так темно, как принято поставлять. Биологи обнаружили, что очень многие морские обитатели точат холодный свет голубого или зеленого цвета. Это называется биолюминесценцией. Свечение возникает в организме в результате химической реакции окисления. Бактерии, черви, ракообразные, моллюски и даже рыбы широко применяют биолюминесценцию в качестве сигнальной системы или для маскировки.
Одноклеточные водоросли (динофлагелляты), живущие в поверхностном слое тропических морей, светятся, если их что-то потревожит. Вот почему вечером на Средиземном или Красном море волны, ударяясь о берег, блещут.
Кальмар сепиолида, обитающий у Гавайских островов, сам не умеет светиться, поэтому вступает в симбиоз с бактериями Vibrio fischeri. Они селятся в особом органе. При приближении хищника моллюск закутывает себя облачком голубых бактерий. Излучение в этом диапазоне интереснее всего распространяется в морской име и напоминает мягкий лунный свет. Ведь сепиолиды ночные животные.
Биолюминесценция много раз выяснялась в процессе эволюции у совершенно разных групп организмов. По всей видимости, это очень удобный механизм адаптации. А вот растения и более сложные, чем рыбы, животные не светятся.
CC BY-SA 2. 0 / Mike / Red Tide at midnightПрибой на Красном море. Голубое свечение дают морской воде одноклеточные водоросли
Немножко химии
Чтобы светиться, в организме постоянно должно быть топливо. Им служит органическое соединение люциферин, которое окисляется при участии фермента люциферазы, молекул оксигена или перекиси водорода, то есть, по сути, сгорает. Но без выделения тепла. Энергия, образовавшаяся при окислении, выходит в виде фотонов квантов электромагнитного излучения видимой части пакета.
Люциферин можно сравнить с лампочкой, а люциферазу с электрическим током. Одной лампочки достаточно, чтобы осветить значительное помещение, так же и сырья для биолюминесценции организму нужно предельно мало. Поэтому природный люциферин очень сложно выявить.
Плюс к тому его молекула совсем крошечная, состоит всего из нескольких десятков атомов. Требуется много биомассы, чтобы найти люциферин и расшифровать его структуру. Например, красноярским ученым Валентину Петушкову и Наталье Родионовой из Института биофизики Сибирского отделения РАН пришлось для своих исследований заполучить сотни тысяч почвенных червей Fridericia heliota.
Кроме того, в биомассе сложно разделить люциферин и люциферазу. Все это тормозит изучение биолюминесценции: пока известна ультраструктура всего девяти люциферинов. Но в результате исследовательские и аналитические методы получили мощное развитие.
Грибы на обочине
Большинство люциферинов состоят из производных аминокислот, что понятно: этого материала в организме много, все ДНК и белки из него. Несколько по-другому устроен люциферин почвенного сибирского червя, в расшифровке которого имели участие ученые под руководством Ильи Ямпольского из Института биоорганической химии РАН имени академиков Шемякина и Овчинникова. Кроме того, реакция свечения у червя требует присутствия АТФ основной энергетической молекулы клетки и ионов магния.
Люциферин высших грибов отличается всего на одну гидроксильную группу от гиспидина вещества, образующегося и у несветящихся грибов в процессе вторичного метаболизма. Получается, что недостатка в компонентах для биолюминесценции нет. В случае необходимости хватит микроскопический подстройки генома, чтобы ее запустить.
Зачем биолюминесценция грибам, кстати, объяснить непросто. Ведь образ жизни у них практически растительный, а растения не светятся, они и без этого неплохо устроились на Земле. Пока есть только одно предположение грибы привлекают светом насекомых, которые прокатывают их биологический материал и таким образом способствуют размножению.
Эволюция-изобретатель
Головоногий моллюск под названием адский вампир живет на большой глубине. Считается, что свечением он отпугивает хищников. Самки цератиевидных рыб, тоже глубоководных, для охоты присоединили особый орган на голове иллиций. Он похож на удочку (отсюда название рыбы-удильщики) и населен светящимися бактериями.
Самкам обычных лесных светлячков биолюминесценция помогает найти половых партнеров. Самец видит травяной фонарик издалека и летит к нему. Самки червей на Бермудских островах специально выползают на сушу, чтобы светиться и приманивать самцов.
Когда и кто в животном мире изобрел биолюминесценцию неизвестно. Ясно только, что ее открывали снова и снова самые разные лиги существ независимо друг от друга. Вероятно, это один из способов эволюционного приспособления к новым условиям.
CC BY-SA 2. 0 / NOAA Ocean Exploration & Research / Shrimp BioluminescenceКреветка Heterocarpus выплевывает светящийся секрет, чтобы отпугнуть врага
Светятся клетки и травы
Ученые научились синтезировать люциферин и люциферазу, чтобы использовать их в качестве разметок при работе с тканями и культурами клеток. Как и зеленый флуоресцентный белок, они позволяют легко проследить разные полосы развития клетки, заболевания. Это называют биоимиджингом и широко применяют биотехнологи, фармацевты, молекулярные биологи.
Определение генов, отвечающих за синтез люциферина и люциферазы, открыло совершенно новые возможности. Первый эксперимент с биолюминесценцией над млекопитающим провела в 1995 году группа Кристофера Контага (Christopher Contag) из Стэнфордского университета (США). Ученые внедрили ген, дающий свечение у бактерий, в другую бактерию бактерию. Микробов скормили мышам и по светящемуся следу наблюдали, как они движутся в организме.
В Институте Скриппса (США) ген биолюминесценции вставили в траву резуховидку, чтобы изучить смену ее состояний в течение дня, так называемые циркадные пульсы.
Редактор рубрики
Леонид Кузьмин
Место события на карте мира:
.
.
.
Комментарии к новостям
[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....
[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...
[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...
[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...
[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...
[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...
[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....