Свечение глубоководных рыб

Светящиеся животные

НОВОСТИ БИБЛИОТЕКА КАРТА САЙТА О САЙТЕ

Кому из нас не приходилось любоваться в теплый летний вечер зеленоватыми огоньками жучков-светляков, стрелою рассекающих воздух в различных направлениях? Но многие ли знают, что способностью светиться наделены не только некоторые жучки, но и другие животные, особенно обитатели морей и океанов?

Каждый, кто проводил лето на берегу Черного моря, не раз был свидетелем одного из прекраснейших зрелищ природы.

Надвигается ночь. Море покойно. Мелкая рябь скользит по его поверхности. Вдруг на гребне одной из ближайших волн сверкнула светлая полоска. За ней блеснула другая, третья… Их много. Заискрятся на мгновение и померкнут вместе со сломавшейся волной, чтобы загореться вновь. Стоишь, смотришь, как зачарованный, на миллионы огоньков, заливающих своим светом море, и спрашиваешь — в чем тут дело?

Загадка эта давно уже решена наукой. Оказывается, свет излучают миллиарды микроскопических животных — инфузорий, известных под названием ночесветок (рис. 1). Теплая летняя вода благоприятствует их размножению, и они носятся тогда по морю несметными полчищами. В теле каждой такой ночесветки рассеяны желтоватые шарики, которые и излучают свет.


Рис. 1. Ночесветка — ‘Морская свечка’

Но оставим поверхность моря. Погрузимся в его воды. Здесь картина еще великолепнее. Вот плывут то чинною толпою, то в одиночку какие-то странные животные: с виду точно зонты или колокола из плотного студня. Это медузы: большие и малые, темные и светящиеся то голубым, то зеленым, то желтым, то красноватым цветом. Среди этих подвижных разноцветных «фонариков» плывет спокойно, не спеша, медуза-великан, зонт которой имеет в поперечнике шестьдесят — семьдесят сантиметров (рис. 2). Вдали видны излучающие свет рыбы. Стремглав проносится рыба-месяц, словно луна среди других светящихся рыб. У одной из рыб ярко горят глаза, у другой на морде сидит отросток, верхушка которого напоминает зажженную электрическую лампу; у третьей на нижней челюсти болтается длинный шнур с «фонариком» на конце (рис. 3), а некоторые светящиеся рыбы сплошь залиты сиянием благодаря особым органам, расположенным вдоль их тела подобно нанизанным на проволоку электрическим лампочкам (рис. 4).


Рис. 2. Светящаяся медуза — ‘морской фонарь’

Спускаемся ниже — туда, куда свет солнца уже не проникает, где, казалась бы, должна быть вечная, непроглядная тьма. И здесь кое-где «горят огни»; и тут мрак ночи прорезывается лучами, исходящими из тела различных светящихся животных.


Рис. 3. Рыба-удильщик

На морском дне, среди камней и водорослей, копошатся светящиеся черви и моллюски. Их голые тела усеяны блестящими полосками, пятнами или крапинками — точно алмазной пылью; на уступах подводных скал красуются залитые светом морские звезды; тут же шныряет во все концы своей охотничьей территории рак, освещая лежащий перед ним путь огромными, похожими на подзорную трубу глазами.

Рис. 4. Светящиеся рыбы

Но великолепней всех один из головоногих моллюсков: ОБ весь купается в лучах ярко-синего цвета (рис. 5). Одно мгновение — и свет погас: точно выключили штепсель электрической люстры. Затем свет появляется вновь — сначала слабый, потом все более и более яркий: сейчас он отливает уже пурпуром — красками закатной зари. А там вновь гаснет, чтоб вспыхнуть опять на несколько минут цветом нежной зеленой листвы.

Рис. 5. Светящийся головоногий моллюск

В подводном мире можно увидеть и иные красочные картины.

Вспомним хорошо известную всем веточку красного коралла. Эта веточка является жилищем очень простых по организации животных — полипов. Живут полипы обширными колониями, которые похожи на кусты. Полипы строят свое жилище из извести или рогового вещества. Такие жилища называются полипняками, и ветка красного коралла есть частица такого полипняка. Подводные скалы местами сплошь одеты целой рощей различных по форме и окраске коралловых кустов (рис. 6) с множеством крошечных каморок, в которых сидят сотни тысяч полипов — животных, похожих на беленькие цветочки. На многих полипняках полипы точно объяты пламенем, образованным многочисленными огоньками. Огоньки горят порой неровно и прерывисто, меняя цвет: заблещут вдруг фиолетовым светом, переходящим затем в красный, а то заискрятся бледной синевой и, пробежав целую гамму переходов от голубого к зеленому, аа-мрут на цвете изумруда или погаснут, образуя вокруг себя черные тени, а там опять вспыхнут переливчатыми искрами.

Рис. 6. Ветка коралла со светящимися полипами

Есть светящиеся животные и среди обитателей суши: это почти сплошь жуки. В Европе шесть видов таких жуков. В тропических странах их значительно больше. Все они составляют одно семейство «лампирид», т. е. светляков. Иллюминация, устраиваемая иногда этими жучками, представляет очень эффектное зрелище.

Как-то ночью я ехал в поезде из Флоренции в Рим. Вдруг мое внимание привлекли летавшие подле вагона искры. Первое мгновение их можно было принять за искры, выбрасываемые трубой локомотива. Взглянув в окно, я увидел, что поезд наш несся вперед сквозь легкое, прозрачное облако, сотканное из крошечных золотисто-голубых огоньков. Они искрились повсюду. Кружились, лучистыми дугами пронизывали воздух, рассекали его в различных направлениях, скрещивались, тонули и снова вспыхивали в ночной мгле, сыпались на землю огненным дождем. А поезд мчался все дальше и дальше, окутанный волшебной пеленой огоньков. Минут пять, а то и больше, длилось это незабываемое зрелище. Затем мы вырвались из облака горящих пылинок, оставив их далеко за собой.

То были мириады жуков-светляков, наш поезд врезался в гущу этих невзрачных с виду насекомых, собравшихся в эту тихую, теплую ночь, очевидно, в брачный период своей жизни.

Отдельные виды светляков излучают свет относительно большой силы. Есть светляки, которые светятся настолько ярко, что на темном горизонте издали не сразу определишь, что перед тобой: звезда или светляк. Есть виды, у которых и самцы и самки светятся одинаково хорошо (например, итальянские светляки). Есть, наконец, и такие виды жучков, у которых самец и самка светятся по-разному, хотя выглядят одинаково: у самца орган свечения и развит лучше и действует энергичней, чем у самки. Когда же самка недоразвита, имеет лишь зачаточные крылья или вовсе бескрыла, а самец развит нормально, тогда наблюдается нечто иное: у самки органы свечения функционируют значительно сильнее, чем у самца; чем неразвитее самка, чем она неподвижнее и беспомощнее, тем ярче ее светящийся орган. Лучшим примером может тут служить так называемый «Иванов червячок», который вовсе не червяк, а личиноподобная самка особого вида жуков-светляков (рис. 7). Кто из нас не любовался ее холодным, ровным светом, пробивающимся сквозь листву кустарника или траву? Но есть еще более интересное зрелище: свечение самки другого вида светляков. Невзрачная днем, похожая на кольчатого червяка, ночью она буквально купается в лучах собственного великолепного синевато-белого света благодаря обилию светящихся органов.

Рис. 7. Самка светляка

Но мало восторгаться свечением живых существ. Необходимо знать, чем вызывается свечение обитателей подводного и наземного мира и какую роль оно играет в жизни животных.

Среди микроскопических организмов есть бактерии, которые излучают свет. Они живут свободно или в качестве паразитов в теле различных животных и на гниющих трупах. Размножаясь в огромных количествах, эти микроорганизмы вызывают свечение: светятся ночью гнилые пни и кучи гнилой рыбы, выброшенной бурей на берег.

Рассказывая о свечении моря, мы говорили, что внутри каждой ночесветки при помощи микроскопа можно увидеть множество желтоватых крупинок: это светящиеся бактерии, живущие в теле ночесветок. Излучая свет, они делают светящимися и этих микроскопических животных. То же надо сказать и о рыбе, у которой глаза словно горящие фонари: свечение их вызывают светящиеся бактерии, поселившиеся в клеточках светящегося органа этой рыбы. Но не всегда свечение животных связано с деятельностью светящихся бактерий. Иногда свет производится особыми светящимися клеточками самого животного.

Органы свечения различных животных построены по одному типу: одни проще, другие — сложнее. В то время как у светящихся полипов, медуз и морских звезд светится все тело, некоторые породы раков имеют лишь один источник света: большие глаза, похожие на телескоп. Однако среди светящихся животных одно из первых мест по праву принадлежит головоногим моллюскам. К их числу относится осьминог, обладающий способностью менять цвет своих наружных покровов.

Какие же органы вызывают свечение? Как они построены и как действуют?

В коже головоногого моллюска находятся небольшие твердые тельца овальной формы. Передняя часть этого тельца, смотрящая наружу, совершенно прозрачна и представляет собой нечто, похожее на хрусталик глаза, а задняя, большая его часть как бы завернута в черную оболочку из пигментных клеток (рис. 8). Непосредственно под этой оболочкой лежат в несколько рядов серебристые клетки: они составляют средний слой светящегося органа моллюска. Под ним находятся сложные по форме клетки, напоминающие собой нервные элементы сетчатки глаза. Они выстилают внутреннюю поверхность этого тельца (аппарата). Они же и излучают свет.

Рис. 8. Орган свечения у головоногого моллюска: а — светлая часть, наполнила кидая хрусталик; б — внутренний слой светящихся клеток; в — слой серебристых клеток; г — слой темных пигментных клеток

Итак, «лампочка» головоногого моллюска состоит из трех различных слоев. Свет выделяется клетками внутреннего слоя. Отражаясь от серебристых клеток среднего слоя, он проходит через прозрачный конец «лампочки» и выходит наружу.

Еще одна любопытная подробность в этом светящемся аппарате. В коже головоногого моллюска подле каждого такого тельца высится нечто подобное вогнутому зеркалу или рефлектору. Каждый такой рефлектор при «лампочке» головоногого моллюска состоит, в свою очередь, из двоякого рода клеток: из темных, не пропускающих света пигментных клеток, впереди которых расположены рядами серебристые клетки, отражающие свет.

Это наиболее сложный орган свечения у животных. Другие построены гораздо проще либо имеют некоторое отличие от органов, только что описанных. Нам важно запомнить, что у некоторых многоклеточных животных существуют клетки, способные развивать световую энергию.

Пока организм живет, в его клетках совершаются различные химические процессы. В связи с этими процессами в организме возникают различные формы энергии: тепловая, благодаря которой он согревается; механическая, от которой зависят его движения; электрическая, которая связана с работой его нервов. Свет — тоже особый вид энергии, возникающий под влиянием той внутренней работы, которая протекает в организме. Вещество светящихся бактерий и тех клеток, из которых сложены светящиеся аппараты животных, окисляясь, излучает световую энергию.

Какую роль играет свечение в жизни животных? Ответить на этот вопрос в каждом отдельном случае пока не удалось. Но в пользе свечения для многих животных вряд ли можно сомневаться. Светящиеся рыбы и раки живут на такой глубине, куда солнечный свет не проникает. В темноте трудно различать, что делается вокруг, выслеживать добычу и вовремя ускользнуть от врага. А между тем светящиеся рыбы и раки — зрячи, имеют глаза. Способность свечения облегчает им жизнь.

Кроме того, мы знаем, как влечет некоторых животных к свету. Рыба, у которой на голове торчит нечто вроде электрической лампочки, или рыба-удильщик, наделенная длинным, как шнур, щупальцем «с фонариком» на конце, использует светящиеся органы для привлечения добычи. Еще счастливее в этом отношении головоногий моллюск: его изменчивый, переливчатый свет привлекает одних, устрашает других. Некоторые разновидности маленьких светящихся рачков в минуту опасности выбрасывают струи светящегося вещества, возникающее при этом светящееся облачко скрывает их от врага. Наконец, свечение у некоторых животных служит средством нахождения и привлечения одного пола животного к другому: самцы таким образом находят самок или, наоборот, привлекают их к себе. Следовательно, свечение животных — одно из приспособлений, которыми так богата живая природа, одно из орудий в борьбе за существование.

Путешествия

«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.

Сегодня известно около 800 видов светящихся живых существ. Большинство из них обитают в море. Это бактерии, одноклеточные жгутиконосные водоросли, радиолярии, грибы, планктонные и прикрепленные кишечнополостные, сифонофоры, морские перья, гребневики, иглокожие, черви, моллюски, ракообразные, рыбы. Одни из наиболее ярко светящихся животных — пиросомы (огнетелки). Из пресноводных биолюминесцентных видов известны новозеландский брюхоногий моллюск Latia neritoides и ряд бактерий. Среди наземных организмов светятся отдельные виды грибов, земляных червей, улиток, многоножек и насекомых.

На уровне микромира очень слабое свечение, которое мы можем зарегистрировать только с помощью высокочувствительных фотометров, — это побочный эффект нейтрализации ферментами активных форм кислорода, необходимых, но токсичных для клеток, — участников процесса окисления глюкозы. Они же поставляют энергию, необходимую для хемилюминесценции, различным люминофорным белкам.

Одной из первых бактериальных ламп — колбой с культурой светящихся бактерий — еще сто с лишним лет назад развлекал любомудров голландский ботаник и микробиолог Мартин Бейеринк. В 1935 году такими лампами даже осветили большой зал Парижского океанологического института, а во время войны советский микробиолог А.А. Егорова использовала светящиеся бактерии в прозаических целях — для освещения лаборатории. И вы можете поставить похожий эксперимент: положите сырую рыбу или мясо в теплое место, подождите неделю-другую, а потом ночью подойдите (с наветренной стороны!) и посмотрите, что получилось — вполне вероятно, что заселившие питательную среду бактерии будут светиться потусторонним светом. В море светятся и бактерии, в основном родов Photobacterium и Vibrio, и многоклеточные планктонные организмы (на фото), но главный источник света — одни из наиболее крупных (до 3 мм!) и сложных одноклеточных — жгутиконосные водоросли ночесветки.

У бактерий люминофорные белки рассеяны по всей клетке, у одноклеточных эукариотических (имеющих клеточное ядро) организмов они находятся в окруженных мембраной пузырьках в цитоплазме. У многоклеточных животных свет обычно излучают специальные клетки — фотоциты, часто сгруппированные в особые органы — фотофоры. Фотоциты кишечнополостных и других примитивных животных, как и фотофоры, работающие за счет симбиотических фотобактерий, светятся непрерывно или в течение нескольких секунд после механического или химического раздражения. У животных с более-менее развитой нервной системой она управляет работой фотоцитов, включая и выключая их в ответ на внешние раздражители или при изменении внутренней среды организма. Кроме внутриклеточного, у глубоководных креветок, осьминогов, каракатиц и кальмаров встречается свечение секреторного типа: смесь продуктов секреции двух разных желез выбрасывается из мантии или из-под панциря и расплывается в воде как сияющее облако, ослепляя противника.

Другой классический пример биолюминесценции — древесные гнилушки. Светится в них не само дерево, а мицелий обыкновенного опенка. А у высших грибов рода Mycena, тоже растущих на гниющем дереве, но в теплых краях вроде Бразилии и Японии, светятся плодовые тела — то, что обычно называют грибами (хотя плесневые, дрожжевые и прочие грибки — это тоже грибы, только низшие). Один из видов этого рода называется M. lux-coeli, «мицена — свет небесный».

Самое яркое применение биолюминесценции — создание трансгенных растений и животных. Первую мышь с геном GFP, внедренным в хромосомы, создали в 1998 году. Светящиеся белки нужны для отработки методик внедрения чужих генов в хромосомы самых разных организмов: светится — значит, метод работает, можно использовать его для введения в геном целевого гена. Первые светящиеся рыбки — трансгенные данио (Brachydanio rerio) и японская рисовая рыбка медака (Orizias latipes) — появились в продаже в 2003 году.

Светящееся море

Те, кому повезло купаться в море ночью во время его свечения, на всю жизнь запомнят это феерическое зрелище. Чаще всего причина свечения — жгутиконосные водоросли ночесветки (Noctiluca). В отдельные годы их численность возрастает настолько, что светится все море. Если вам не повезет и вы окажетесь на берегах теплых морей в неподходящее время, попробуйте налить морскую воду в банку и добавить туда немного сахара. Ноктилюки среагируют на это усилением активности белка люциферина. Взболтайте воду и любуйтесь голубоватым свечением. А когда налюбуетесь, можете вспомнить о том, что смотрите на одну из нерешенных тайн природы: неясность эволюционных механизмов появления у самых разных таксонов способности светиться отметил в отдельной главе «Происхождения видов» еще Дарвин, и с тех пор ученым так и не удалось пролить на этот вопрос свет истины. Свечение могло развиться у организмов, живущих в условиях хорошей освещенности, на основе пигментных соединений, выполняющих светозащитную функцию. Но постепенное накопление признака — один фотон в секунду, два, десять — и у них, и у их ночных и глубоководных родственников не могло повлиять на естественный отбор: такое слабое свечение не ощущается даже самыми чувствительными глазами, а появление готовых механизмов интенсивного свечения на голом месте тоже выглядит невозможным. И даже функции свечения у многих видов остаются непонятными.

Зачем они светятся?

Светящиеся колонии бактерий и грибы привлекают насекомых, которые распространяют микробы, споры или мицелий. Насекомоядные личинки новозеландских комаров Arachnocampa плетут ловчую сеть и подсвечивают ее собственным телом, привлекая насекомых. Световые вспышки могут отпугнуть хищников от медузы, гребневика и других беспомощных и нежных созданий. С той же целью растущие на мелководье кораллы и другие колониальные животные светятся в ответ на механическое раздражение, а их соседи, которых никто не трогал, тоже начинают мерцать. Глубоководные кораллы превращают доходящий до них слабый коротковолновой свет в излучение с большей длиной волны — возможно, для того чтобы обеспечить возможность фотосинтеза обитающим в их тканях симбиотическим водорослям.

Удочка с лампочкой Отряд удильщикообразных (Lophiiformes) — самые разнообразные (16 семейств, свыше 70 родов и свыше 225 видов) и, пожалуй, самые интересные из глубоководных рыб. (Многие знакомы с морскими удильщиками не по учебнику зоологии, а по мультфильму «В поисках Немо»). Самки удильщиков — хищники с большим ртом, мощными зубами и сильно растягивающимся желудком. Иногда на поверхности моря находят мертвых удильщиков, подавившихся рыбой, превышающей их по размерам более чем в два раза: выпустить ее хищник не может из-за строения своих зубов. Первый луч спинного плавника у них превращен в «удочку» (иллиций) со светящимся «червячком» (эской) на конце. Она представляет собой железу, заполненную слизью, в которой заключены биолюминесцентные бактерии. Благодаря расширению стенок артерий, питающих эску кровью, рыба может произвольно вызывать свечение бактерий, нуждающихся для этого в притоке кислорода, или прекращать его, сужая сосуды. Обычно свечение происходит в виде серии вспышек, индивидуальных для каждого вида. Иллиций у вида Ceratias holboelli способен выдвигаться и втягиваться в специальный канал на спине. Подманивая добычу, этот удильщик постепенно придвигает светящуюся приманку ко рту, пока не заглатывает жертву. А у Galatheathauma axeli приманка расположена прямо во рту.

Расположение люминофоров и даже характер мигания светящихся пятен может служить для коммуникации — например, для привлечения партнера. А самки американского светлячка Photuris versicolor после спаривания начинают «отбивать морзянку» самок другого вида, привлекая их самцов не с амурными, а с гастрономическими целями. У берегов Японии массовые свадьбы празднуют умитохару (морские светлячки) — крошечные, 1−2 мм длиной, рачки рода Cypridina — и кальмары Watasenia scintellans. Тельца ватазений длиной около 10 см вместе со щупальцами усеяны жемчужинками-фотофорами и освещают зону диаметром 25−30 см — представьте себе, как выглядит море с целым косяком этих кальмаров!

У многих глубоководных головоногих тело разрисовано узором из разноцветных световых пятен, а фотофоры устроены очень сложно, наподобие светящего только в нужном направлении прожектора с отражателями и линзами (иногда двойными и окрашенными).

Многие глубоководные планктонные креветки обладают способностью к свечению. На конечностях, вдоль боков и на брюшной стороне тела у них располагается до 150 фотофоров, иногда прикрытых линзами. Расположение и число фотофоров для каждого вида строго постоянно и в темноте океанских глубин помогает самцам находить самок и всем вместе — собираться в стаи.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№4, Апрель 2008).

Почему морские животные светятся

Способность к свечению (биофлюоресценция) наблюдается и у наземных, и у морских животных. Но есть существенное различие – на земле животные получают весь спектр солнечного излучения, а морские обитатели, особенно на больших глубинах, могут пользоваться только частью спектра. Бóльшую часть солнечного излучения поглощает толща воды и на долю морских организмов приходится только синий цвет и его оттенки.

Большинство жителей глубин приспособились к этому и научились перерабатывать синий цвет в различные оттенки зеленого, оранжевого, красного, фиолетового, желтого, поэтому светящиеся особи в толще воды не такое уж редкое явление.

Для чего нужно свечение:

  • выполняет защитную функцию – внезапно появившийся свет отпугивает хищников;
  • служит приманкой при поиске пищи;
  • привлекает полового партнера;
  • противодействует окислительным процессам в организме.

Способность к свечению основана на наличии в организме рыбы (животного) молекул люцеферинов в фотофорах (орган свечения). В присутствии особых ферментов происходит их окисление, и они начинают излучать световую энергию.

На заметку! В мировом океане обитает около 180 светящихся видов морских организмов.

Самый распространенный цвет свечения – синий (длина световой волны 475 нм), который заметен на больших расстояниях. У обитателей придонных слоев, где вода мутная из-за смешивания с грунтом, свечение чаще всего имеет оттенки зеленого, поскольку синий цвет в таких водах заметен на меньших расстояниях.

Морские глубины и их светящиеся обитатели

Мировой океан – огромный дом, где каждый житель имеет свои особенности и приспособления к условиям среды обитания. Начиная знакомиться с этим многообразным и увлекательным миром, удивляешься, как Природа все предусмотрела и устроила. Особый интерес представляют глубоководные светящиеся рыбы в океанах и морях.

Рыбы-топорики (клинобрюшки)

Даже ничего не зная о такой рыбе, можно по названию составить представление о ее внешнем виде. Рыба действительно похожа на топорик с широким лезвием и короткой ручкой, если посмотреть на нее сбоку.

Небольшая по размерам рыбка (2-14 см) имеет зауженную спереди голову с большими выпуклыми глазами и большой пастью, высокое и уплощенное в брюшной части туловище, сужающееся к хвосту. Окраска хребта более темная, чем туловища, которое большей частью серебристо-металлических оттенков.

Вид у рыбы довольно устрашающий и неприятный. Встретить ее можно в Тихом, Индийском и Атлантическом океане на глубине от 200 до 600 м, но, по рассказам очевидцев, видели страшилище и на глубине 1,5-2 км. В рационе топорика мелкие ракообразные и небольшая рыбешка.

Обладая способностью флуоресцировать, рыба, чаще всего, использует ее не для охоты, а в маскировочных целях. Расположенные в нижней части брюшка фотофоры излучают зеленоватый свет, что при рассматривании снизу делает рыбу незаметной на фоне солнечного света, пробивающего толщу воды – она как бы растворяется в рассеянном зеленоватом свете.

Топориковые собираются в большие косяки, образуя плотное заграждение для судов, сквозь которое трудно пробиться. Зато такое скопление мелкой рыбы удобно крупным морским животным – можно не рыскать в поисках пищи, а насытиться на одном месте.

Бразильская акула – светящийся вид акул

Название рыбы сразу ассоциируется с большими хищными акулами, а в действительности этот вид небольших размеров – 42-56 см. Предпочитает теплые тихоокеанские, атлантические воды и воды Индийского океана, где температура в поверхностных слоях держится в пределах 18°-26°С.

Информация! Наиболее подробно вид был описан по экземпляру, выловленному у побережья Бразилии, поэтому светящихся акул стали называть бразильскими.

У акулы длинное сигарообразное туловище, короткая тупая морда с большими глазами и небольшим ртом, имеющим присоски. Нужны они для того, чтобы закрепиться на теле жертвы, а ей может быть любое крупное морское животное: дельфин, кит, кашалот, кальмар и т. д.

После того, как акула закрепилась, в дело идут мелкие острые зубы на верхней челюсти – ими она прокусывает кожу животного. Затем, поворачивая туловище, широкими зубами нижней челюсти вырезает кусок мяса диаметром примерно 7 см и толщиной около 2 см.

Глубокие множественные раны находили у крупных рыб, морских животных и даже на теле опасного хищника – белой акулы. Особенно подвержены нападению ослабленные и больные особи. Следы от зубов обнаруживали на кабелях и сонарах подводных лодок. Случаи нападения на человека есть, но они не так часты.

Строение тела акулы таково, что быстро двигаться и догонять жертву она не может, так как мышцы довольно слабые, а плавники небольшие, поэтому она предпочитает нападать на добычу, зависнув в толще воды. Незаметной для жертвы ее делает свечение фотофор внизу брюшка – они испускают яркий зеленый свет, делая контур акулы размытым и невидимым в воде.

Более четко видны темные участки возле жабр, которые принимают за мелкую рыбешку. Жертва, видя рыбку, приближается к хищнице на близкое расстояние, после чего становится целью.

Охотиться бразильская акула начинает вечером, поднимаясь к поверхности океана, а день проводит на глубине от 85 до 3700 м.

Идиакант – светящееся морское чудовище

Идиакант внешне мало напоминает рыбу – он больше похож на угря, поскольку тело длинное и вытянутое, не имеет чешуи. Обитает светящаяся рыба в теплых водах на глубине от 500 до 3 000 м. Что интересно, размеры самки и самца очень разнятся, отличаются они и образом жизни.

Длина тела самки достигает 40 см, огромная пасть никогда не закрывается – смыкаться челюстям не дают криво расположенные острые зубы. Фитофоры на конце длинного усика, позади глаз и за челюстью, испускают фиолетовый и золотистый свет, становясь приманкой для рыб.

Рыбы, двигаясь на свет, попадают в открытый рот идиаканта, а оттуда прямиком в желудок. Самка может проглотить даже крупную добычу – челюсти и желудок способны сильно растягиваться.

Размеры самца, по сравнению с самкой, небольшие – не более 7 см. Главная цель самца – размножение. Они предпочитают не тратить свою энергию на передвижение и буквально плывут по течению, а для привлечения самок имеются фитофоры, занимающие почти треть головы.

К периоду половой зрелости они перестают питаться, кишечник полностью атрофируется. Живут после этого самцы недолго – 1-2 недели.

Интересно! Самцы и самки, находясь в стадии личинок, почти ничем не отличаются. Глаза у них находятся на длинных лучах и постепенно, при взрослении, опускаются на голову. Иногда личинок идиоканта путают с рыбой, принимая за отдельный вид.

Мелкая светящаяся рыбка-анчоус

Маленькая рыбка, анчоус, знакома всем в качестве вкусного и питательного морепродукта. Самым многочисленным семейством глубоководных костистых рыб, распространенным повсеместно, является светящийся анчоус. Глубина заселения составляет примерно 1-1,2 км.

Справка! Приблизительная масса светящихся анчоусов в Мировом океане составляет 550-660 млн тонн.

Удлиненное тело светящейся рыбки вырастает от 2,5 до 25 см. Очень большая по сравнению с телом голова занимает треть или четверть его длины. Зубастый рот, тоже немаленький, делает светящегося анчоуса похожим на обычного анчоуса, хотя они принадлежат к разным отрядам.

Отличительной чертой светящихся видов является наличие органов, способных светиться: фотофоры в нижней части туловища, железы в хвосте, около глаз и на поверхности туловища (обычно вдоль основания плавников). С помощью устойчивого и неяркого свечения желтого, зеленого и синего цвета рыбка маскируется – создается противотеневой эффект.

Пищей для него служат личинки и мальки рыб, мелкие организмы в составе планктона, в то же время сама рыбка является основным питанием для многих крупных рыб и морских животных.

В дневное время анчоусы держатся разрозненно, находясь на глубине, а ночью поднимаются выше (10-100 м) и создают многочисленные образования – за час ловли тралом можно добыть 4-5 тыс. тонн.

Хищный кальмар Гумбольта

Крупное морское светящееся животное — кальмар Гумбольта, впервые был обнаружен в водах течения Гумбольта в Тихом океане, за что и получил свое название. Но ареал обитания намного шире и встретить его можно в северных тихоокеанских водах.

В расправленном виде длина его может достигать почти двух метров, а вес – 50 кг. Отличительная особенность – наличие хроматофор, мгновенно меняющих окраску.

Информация! Тело гиганта во время охоты мерцает красно-белыми огоньками и за это его прозвали красным дьяволом.

Многочисленные косяки кальмаров передвигаются на глубине около 1200 м со скоростью 24 км/ч. Добычу захватывают с помощью щупальцев с большим количеством присосок с роговыми кольцами, на которых есть острые зубцы.

Многие считают кальмара-гиганта существом агрессивным, но агрессию он проявляет лишь во время охоты и принятия пищи. Замечены даже случаи поедания собратьев.

Агрессия по отношению к человеку, как считают ученые, была вызвана какими-то провоцирующими факторами, например, бликами на водолазном снаряжении, фонариками.

Рыба-удильщик или морской черт

Морским чертом прозвали не морское животное, а рыбу-удильщика, способную светиться для приманивания жертвы. Светящееся чудовище обитает на больших глубинах от 1,5 до 3 км, где мало света и пищи, высокое давление, но оно научилось существовать в таких сложных условиях с выгодой для себя.

Спинной плавник рыбы претерпел изменения – один из его лучей видоизменился и стал похож на удочку, играя роль приманки. Он же и дал название необычному глубинному жителю.

Огромный рот удильщика, заполненный острыми мелкими зубами, всегда готов «принять» жертву, а приманить ее помогает светящаяся эска – специальный вырост на конце удочки. Свечение дают миллионы бактерий внутри эски. Мелкая рыбешка и не очень крупные обитатели глубин буквально «слетаются» на свет и становятся добычей хищника.

Интересно! Удильщик сам может менять интенсивность свечения, сужая или расширяя сосуды с кровью. От количества кислорода в крови зависит яркость света, испускаемого микроорганизмами.

Некоторые виды отличаются расположением удочки — она находится в спинном канале и может выдвигаться и задвигаться, направляя следующую за ней жертву прямо в рот удильщика. Есть виды, у которых удочка располагается в ротовой полости.

Жизнь в толще воды требует немаленьких затрат энергии, поэтому удильщик не тратит ее на лишние телодвижения, а предпочитает дожидаться жертвы лежа на дне. Незаметным его делает окраска, сливающаяся с окружающей средой, и похожая на поверхность камня бородавчатая кожа.

Светящаяся прожорливая рыба съедает все, что попадает к ней в рот, но здесь есть проблема – объем желудка гораздо меньше объема пасти. Если в рот попадает крупная добыча, проглотить ее удильщик не может и выплюнуть тоже – не дают кривые зубы, загнутые внутрь.

Удильщики интересны еще одной особенностью – самцы, размеры которых существенно меньше размеров самок (16-40 мм против 5-100см) иногда выбирают паразитический образ жизни, не желая заниматься ничем, кроме процесса размножения.

Для того, чтобы без затрат получать пищу, они прогрызают кожу самки и оставаясь в таком положении длительное время буквально срастаются с ней органами и кровеносной системой. В результате их организм перестает выполнять какие-либо функции кроме одной – репродуктивной.

Бывает, что на теле самки одновременно находится несколько самцов и ей не нужно тратить время на поиски половых партнеров.

Оставьте комментарий