Всё хотелось узнать какие Светлячки (жуки.. или гусеницы) ночью в лесу в траве светятся. (на даче видели огоньки. ))..
Увы, в руке моей,
Слабея неприметно,
Погас мой светлячок.
И всё же это Жуки!! !
Существует более 2000 видов светлячков. Взрослые особи имеют коричневую или черную окраску, их размеры достигают 1,5 сантиметра. Молодые светлячки вылупляются из яиц, спрятанных в земле. Как и положено насекомому, из яйца вылупляется не взрослое животное, а личинка. Окраска личинки такая же, как у взрослых особей — как правило, коричневая, но по форме личинки плоские. Личинки некоторых видов светлячков светятся все время.
Свет излучается участком поверхности светлячка на его брюшке специальными клетками, которые называются фотоцитами. Два химических соединения в фотоците — люциферин и люцифераза — взаимодействуют друг с другом, продуцируя световую энергию. Слово «Люцифер» по-латыни означает «светоносный» . Произведенная в ходе реакции энергия возбуждает атомы в молекуле люциферина, и они испускают фотоны света.
Под слоем фотоцитов лежит слой других клеток, наполненных белым веществом. Этот слой играет роль отражателя света.
Ученые считают, что эти насекомые испускают свет, чтобы привлечь особей противоположного пола. Разные виды светлячков испускают свет с различной частотой, поэтому светлячок уверен, что он спаривается с самкой именно своего вида.
Некоторые виды светлячков, скапливаясь в одном месте, синхронизируют свое мерцание. Видно, как большое скопление насекомых одновременно зажигают и гасят свой свет. Например, в Таиланде светлячки, собравшись на одном дереве, сначала мигают каждый в свое время. Затем пара насекомых начинает делать это синхронно. Проходит немного времени, все больше и больше насекомых начинают дружно и в одно и то же время испускать короткие вспышки света. Через полчаса все дерево ведет себя как единый сигнальный фонарь, вспыхивая каждую секунду. Впечатление такое, что дерево опоясано новогодней гирляндой лампочек. Ученые не знают, зачем и каким образом светлячки координируют испускание света. Наблюдая свечение насекомых, ученые заинтересовались, нельзя ли как — то использовать вещество, которое заставляет светлячка светиться.
Некоторые светлячки в Азии и Южной Америке светятся так ярко, что их используют для освещения домов.
и вспомнился мне фильм из детства: Могила светлячков. в прокате просто: «Светлячок»
Фильм основан на автобиографическом романе Носаки. Послевоенные воспоминания не давали писателю жить, и он решил их описать. Книга «Могила светлячков» считается классикой японской литературы, посвященной Второй мировой войне.
Лампочка дьявола, или Откуда светлячки берут энергию
МОСКВА, 25 июня — РИА Новости, Татьяна Пичугина. Биолюминесценцию используют многие живые существа — чтобы найти полового партнера или скрыться от врага. Энергию для свечения они получают из химической реакции, которая происходит у них в организме. О том, как изучение этого природного феномена привело к одному из самых масштабных прорывов в биологии, — в материала РИА Новости.
Биологи из России научили грибы светиться всеми цветами радуги
27 апреля 2017, 11:16
В глубине океана не так темно, как принято считать. Биологи обнаружили, что очень многие морские обитатели испускают 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, сверкают.
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 окутывает себя облачком голубых бактерий. Излучение в этом диапазоне лучше всего распространяется в морской воде и напоминает мягкий лунный свет. Ведь сепиолиды — ночные животные.
Биолюминесценция много раз возникала 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 midnight Биолюминесценция Lingulodinium polyedrum
Немножко химии
Чтобы светиться, в организме постоянно должно быть топливо. Им служит органическое соединение люциферин, которое окисляется при участии фермента люциферазы, молекул кислорода 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 спектра.
Люциферин можно сравнить с лампочкой, а люциферазу — с электрическим током. Одной лампочки достаточно, чтобы осветить большое помещение, так же и сырья для биолюминесценции организму нужно предельно мало. Поэтому природный люциферин очень сложно выявить.
Многоножка отпугивает хищников ночным свечением, выяснили ученые
26 сентября 2011, 20:07
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 добыть сотни тысяч почвенных червей Fridericia heliota.
Кроме того, в биомассе сложно разделить люциферин и люциферазу. Все это тормозит изучение биолюминесценции: пока известна структура всего девяти люциферинов. Но в результате исследовательские и аналитические методы получили мощное развитие.
© Фото : предоставлено исследователями / Наука в Сибири Черви Fridericia heliota
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 принимали 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 — главной 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 небольшой 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 разносят 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 приспособили 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 зеленый фонарик издалека и летит к нему. Самки червей на Бермудских островах специально держатся на поверхности моря, светятся и приманивают самцов.
Когда и кто в животном мире изобрел биолюминесценцию — неизвестно. Ясно только, что ее открывали снова и снова самые разные группы 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 Bioluminescence Биолюминесцентная креветка
Светятся клетки и травы
Ученые научились синтезировать люциферин и люциферазу, чтобы использовать их в качестве меток при работе с тканями и культурами клеток. Как и зеленый флуоресцентный белок, они позволяют легко проследить разные стадии 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, обеспечивающий свечение у бактерий, в другую бактерию — сальмонеллу. 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 ритмы.
Живые фонарики. Как устроены светлячки
Каждый, кто хоть раз видел светлячков вживую, наверняка удивлялся их фантастической способности излучать из своих тел яркий свет. Словно крошечные светодиоды, они мельтешат во тьме, собираясь в стаи и образуя иногда целые гирлянды из живых фонариков. Но как реализован встроенный механизм подсветки и для чего им в принципе нужен свет в собственном теле?
Как работают светлячки
Механизм, который отвечает за свечение тел живых существ, называется биолюминесценцией. У светляков этот процесс происходит в лантернах — специальных органах, расположенных на конце брюшка. Лантерны образованы фотогенными клетками и представляют собой целую химическую лабораторию по производству света. Под ними имеются специальные отражатели, заполненные кристаллами мочевой кислоты и особым пигментом — люциферином.
Свечение становится возможным благодаря особой химической реакцией, протекающей вследствие окисления люциферина в присутствии еще одного фермента люциферазы. Люцифераза — это особый белок, который нужен лишь для ускорения реакции, но при этом сам он нисколько не расходуется. Именно он помогает светляку мгновенно зажигать и тушить свой фонарь.
В качестве аналогии можно сравнить работу органа свечения светлячка с автомобильным двигателем, в котором люциферин служит топливом, а люцифераза — свечой зажигания. Но, как известно, для работы двигателя нужен еще и кислород. Что ж, и здесь без него никуда.
Кислород является неотъемлемой частью для работы «лампочки» светляка. Именно благодаря ему происходит окисление люциферина. Но в отличие от остальных ингредиентов, запасы которых светляк никак не контролирует, кислород для запуска «биолаборатории» насекомому приходится добавлять «вручную». Регулируя подачу кислорода, насекомое фактически управляет интенсивностью свечения своего фонаря.
Кстати, КПД свечения, вырабатываемого светлячками, — одно из самых эффективных по своей природе. Практически вся энергия, участвующая в реакции, преобразуется в видимый свет. Для сравнения, у обычной лампы накаливания на этот показатель приходится лишь 5%, и 95% уходит на нагрев.
Легких у светлячка конечно же нет, поэтому этот процесс регулируется с помощью сложной системы воздухоносных сужающихся трубочек, называемых трахеолами. Идущий по ним кислород сначала накапливается в специальных клетках — митохондриях, а оттуда по мере необходимости направляется к органу свечения. А управляет всем этим процессом нервная система насекомого.
Когда жуку необходимо быстро зажечь свой фонарь, его мозг подает сигнал на выработку окиси азота, который молниеносно заполняет собой клетки, вытесняя из них кислород. Высвобождаясь, кислород направляется к органу свечения, где связыватся с люциферином. В итоге запускается реакция окисления, что и заставляет брюшко светлячка светиться.
Для чего светлячкам биофонарики
В первую очередь, маленькие лампочки помогают светлякам в общении. Мигая в ночи, они привлекают противоположный пол и показывают, что готовы к спариванию. Фонарь не только сигнализирует о местонахождении, но и помогает отличить одного светлячка от другого по особой частоте мерцания. Ритм мерцания у каждого вида свой, а всего видов этого семейства жуков на нашей планете уже около 2000.
У некоторых представителей рода мигание служит еще и сигналом для сбора в стаи. Также включение подсветки иногда помогает светлячкам защищаться от других хищных насекомых. Яркий свет отпугивает неприятелей и предупреждает, что они несъедобны.
Это тоже интересно:
- Что за странный выступ делают под носом у некоторых кораблей
- Зачем в СССР сделали оружие в виде трубы, стреляющее стеклянными шарами
- Почему у современных истребителей желтые стекла
Светлячки
Пара
пароходов
говорит на рейде:
То один моргнёт,
а то
другой моргнёт.
Владимир Маяковский
Если тёплой летней или майской ночью не побояться пройтись по лесу без фонарика, можно увидеть чудесное явление: десятки зеленоватых огоньков то вспыхивают, то гаснут во мраке. Это «разговаривают» жуки-светляки: самки привлекают самцов вспышками света, а самцы отвечают им взаимностью. Ритм мигания у каждого вида этих жуков (а их на планете более 2000!) свой, так что самец и самка, немного поперемигивавшись, могут легко удостовериться, что не ошиблись с выбором партнёра.
Впрочем, самки некоторых тропических светляков умеют имитировать ритм миганий других видов и так подманивать их. Уверенный, что нашёл подругу, самец летит в её объятия. и попадает в челюсти коварной хищницы. Обмануть светляка под силу и человеку: сымитировав ритм вспышек маленьким фонариком, можно легко привлечь несколько жуков.
Любопытно, что «фонарики» жуков отличает необычайно высокий КПД: в световую форму у них переходит 98% затраченной энергии. Для сравнения: у лампы накаливания — не более 5%, и даже у современных светодиодов — только 40–50%. О свечке и говорить нечего: у неё в свет превращается менее 1% энергии, остальное выделяется в виде тепла. Светлячок же, испуская весьма яркий свет (посадив несколько жуков в банку, можно освещать ею дорогу, как фонарём), почти не нагревается.
Как жуки проделывают эти фокусы? И как им удаётся регулировать свечение: то «включать», то «выключать»?
Свечение живых существ — а кроме светляков оно встречается и у глубоководных рыб, и у медуз, рачков, и даже у грибов и бактерий (особенно у бактерий!) — называется биолюминесценцией. Люминесценция — это излучение света при низкой температуре с небольшим выходом теплового излучения, то есть с преобладанием видимого света. Свет пламени, свечение раскалённого металла, излучение Солнца — это не люминесценция, а результат нагрева до больших температур; при этом, помимо видимого света, излучается огромное количество тепловых (инфракрасных) лучей — мы даже на расстоянии чувствуем жар.
У животных же свечение возникает в ходе биохимической реакции окисления особого вещества люциферина под действием фермента люциферазы. (Фермент — это вещество, которое осуществляет реакцию, но само в ходе неё остаётся неизменным, не расходуется.) Люциферин соединяется с кислородом, и при этом выделяется энергия в виде света.
Но ведь горение свечи — тоже реакция окисления! И в нашем организме непрерывно идут такие реакции — именно за счёт них наше тело поддерживает довольно высокую температуру 36,6°С. Почему же мы не светимся, а в пламени лишь ничтожная часть энергии выделяется в форме видимого света? Что такого особенного в реакции окисления люциферина?
На самом деле, особенна не реакция, а сам люциферин. Но, чтобы понять, как он «светит, но не греет», нужно сначала разобраться, как вообще излучается свет. А для этого. вспомнить строение атома.
Схема поглощения и излучения энергии электронами при переходе с орбитали на орбиталь
В центре всех атомов находится ядро, вокруг которого вращаются по своим орбитам (правильнее называть их «орбиталями») электроны. Электрон может находиться на ближайшей к ядру свободной орбитали, а может перейти на более далёкую, внешнюю.
Находясь на внешней орбитали, электрон обладает большим запасом энергии, поэтому, чтобы его туда забросить, ему нужно эту энергию сообщить. И наоборот, когда электрон «спускается» на внутреннюю орбиталь, энергия высвобождается — в форме излучения (инфракрасного, видимого или иного).
Излучать энергию непрерывным потоком нельзя: она выделяется только квантами — порциями (квант света называется фотоном). Таков закон природы. Не вдаваясь в подробности, отметим только, что размер этой «порции» может быть разным. Фотоны видимого света, особенно в синей части спектра, несут в себе гораздо больше энергии, чем «инфракрасные». Грубо говоря, энергия одного «синего» фотона примерно равна энергии двух-трёх «инфракрасных». То есть, получив избыток энергии, атом или молекула может избавиться от него, испустив либо один «синий» фотон, либо серию «инфракрасных».
У большинства веществ атомы, получив порцию энергии, излучают её в виде серии «инфракрасных» фотонов: «греют, но не светят». Условно говоря, их электроны спускаются с высокой орбитали на низкую «по ступенькам»: перепрыгивают помаленьку, каждый раз выделяя небольшой квант энергии. А вот устройство молекулы люциферина таково, что электрон, получив энергию, не может прыгать по ступенькам: он сразу же, одним махом, возвращается на внутреннюю орбиталь, излучая при этом фотон высокой энергии — квант видимого света.
Многие другие биохимические реакции идут в несколько этапов, и, хотя итоговый выход энергии может быть колоссальным, на каждом этапе она выделяется по чуть-чуть: ни одна порция не достигает энергии даже «красного» фотона, не то что «синего». Эти порции клетка использует для своей жизнедеятельности, а их остатки «достаются» соседним молекулам, вызывая их движение, то есть попросту нагревая вещество клетки. В обоих случаях энергия в итоге превращается в тепловую. А при окислении люциферина происходит резкая перестройка молекулы с одномоментным выделением большого количества энергии — в световой форме.
Удивительно, но факт: резкое окисление меньше нагревает жука, чем серия плавных, постепенных реакций.
Думаю, теперь вы сами найдёте ответ на вопрос, как светлячки и другие организмы, способные к люминесценции, регулируют свечение, излучая свет не непрерывно, а вспышками.
Задача
Предложите несколько способов, которыми светящиеся организмы могли бы создавать вспышки.
Таких способов действительно несколько. Первый — «перекрыть кислород». Поскольку реакция окисления не идёт без окислителя, достаточно уменьшить поступление воздуха к светящемуся органу. Светляки просто сжимают трахеи — тонкие трубочки, проводящие воздух к каждому органу внутри тела. Некоторые глубоководные рыбы сжимают кровеносные сосуды, снижая поступление кислорода в светящиеся органы (фотофоры).
Другие глубоководные рыбы пользуются вторым способом — «шторкой». Их фотофоры находятся в ямках на теле, и рыба может просто сужать отверстие этих углублений, перекрывая путь свету — а внутри всё так же продолжает идти реакция.
Есть и третий способ. У некоторых рыб светится слизь, покрывающая кожу. Содержащиеся в ней люциферин и люцифераза выделяются двумя разными типами желёз. Только встретившись вместе, уже на поверхности, оба компонента начинают реакцию, выделяя свет. Соответственно, меняя скорость выделения двух видов слизи, рыбы могут регулировать интенсивность её свечения.
Художник Артём Костюкевич