Что такое биолюминесценция и как миллионы живых существ заставляют море светиться
Тёмный берег, волна накатывает на песок, и вдруг вспыхивают голубые искры. Это не оптический фокус и не отражение — свет производят живые организмы, а само явление называется биолюминесценцией. Разбираемся, что стоит за этим свечением, почему оно вспыхивает именно от прикосновения и где в мире его можно увидеть своими глазами.
Как устроен живой свет
Биолюминесценция — это способность живого организма производить свет самостоятельно, за счёт химической реакции внутри собственного тела, а не за счёт отражения чужого света, как это происходит, например, с Луной.
Она возникает, когда светящаяся молекула люциферин вступает в реакцию с кислородом в присутствии особого фермента — люциферазы. «Люциферин» и «люцифераза» — названия не одной конкретной пары веществ, а общее обозначение для целого семейства разных химических соединений, которое «изобрела» каждая группа организмов.
Разница в механизме свечения становится нагляднее, если сравнить биолюминесценцию со знакомой лампочкой. Обычная лампа накаливания производит свет, разогревая нить до высокой температуры, — и большая часть энергии в этом процессе уходит именно в тепло, а не в свет. В реакции люциферина с кислородом почти вся энергия превращается напрямую в световое излучение, а тепла выделяется крайне мало, поэтому такой свет называют холодным. Именно холодный характер этого свечения и объясняет, почему светящийся планктон в воде или светлячок в траве не обжигает то, к чему прикасается.
У многих морских организмов эта реакция не идёт непрерывно, а запускается от механического воздействия — например, толчка или удара. Светящееся вещество хранится в клетке в неактивном состоянии, и требуется приложить немного силы или давления, чтобы резко изменить условия внутри клетки и запустить саму реакцию. Именно поэтому вспышка возникает не сама по себе, а в ответ на прикосновение или сотрясение воды.
Явление биолюминесценции встречается намного чаще, чем кажется на первый взгляд. Виды используют разные химические вещества для этой реакции, а это значит, что способность производить свет возникала в ходе эволюции независимо друг от друга множество раз. Число известных случаев независимого появления биолюминесценции продолжает расти по мере новых исследований — уже известно как минимум о нескольких десятках таких случаев.
На суше подобная способность — редкость, ограниченная в основном светлячками и несколькими видами грибов. В океане же, напротив, биолюминесценция — обычное дело: как минимум 80% животных, обитающих на глубине от 200 до 1000 метров, способны светиться.
В Индийском океане нашли 149 новых видов морских обитателей
Почему светится именно море
Главная причина — темнота. Уже на глубине 200 метров солнечный свет практически перестаёт проникать в толщу воды, а ниже километра царит полная и постоянная тьма. Именно в этой части океана (так называемой пелагической зоне) большинство животных умеют светиться. Получается, что там, где солнечного света больше нет вообще, свет всё равно остаётся важен для выживания — просто его начинают производить сами обитатели.
Но дело не только в темноте, но и в масштабе самой среды. Открытый океан — самое большое обитаемое пространство на Земле, и в большей его части царит темнота. В такой среде тяжело искать себе пропитание и охотиться, а свет от биолюминесценции позволяет облегчить эту задачу и заметить пищу на расстоянии.
Также биолюминесценцию используют для того, чтобы подавать самые разные сигналы друг другу: с её помощью рыбы привлекают партнёра для размножения и предупреждают сородичей об опасности, а ещё слепят хищников, чтобы защититься от нападения.
7 удивительных млекопитающих моря: морские слоны, синие киты и редкие дельфины
Водоросли или организмы: кто светится на самом деле
То самое свечение, которое приписывают водорослям, на самом деле производят не водоросли, а динофлагелляты — протисты, группа одноклеточных организмов. Дело не во внешнем сходстве: разглядеть форму отдельной клетки невооружённым глазом всё равно невозможно, она слишком мала. Путают их с водорослями по другой причине — из-за того, какую роль играют в море.
Многие виды динофлагеллятов умеют фотосинтезировать — то есть получать энергию из солнечного света точно так же, как это делают растения. Вдобавок именно динофлагелляты составляют значительную часть фитопланктона, того самого микроскопического «растительного» слоя, который плавает у поверхности океана и служит основой всей морской пищевой цепи. Из-за этой функции их обычно и группируют вместе с настоящими водорослями, хотя формально они принадлежат к отдельному царству живых организмов.
Настоящие же растения сами по себе не светятся: ни одного вида с природной биолюминесценцией наука пока не описала. Единственный способ получить светящееся растение — вмешательство человека. Например, учёные встраивали в табак гены грибного фермента люциферазы, и после этого растение действительно начинало светиться видимым глазу светом. Но это лабораторный эксперимент, а не природное явление.
Загрязнение океана: морской мусор — катастрофа, которую мы почти не видим
Где можно увидеть биолюминесценцию
Чтобы заметить свечение своими глазами, нужно, чтобы совпало несколько условий:
- Безлунная ночь или новолуние — тогда лунный свет не перебивает слабое сияние организмов.
- Тёплая и спокойная вода — такие условия способствуют скоплению большого числа динофлагеллятов у поверхности.
- Движение — толчок веслом, шаг по кромке прибоя или всплеск волны — именно оно запускает вспышку.
Самое известное место на планете для наблюдения — залив Москито на острове Вьекес в Пуэрто-Рико: в 2006 году Книга рекордов Гиннесса официально признала его самым ярким биолюминесцентным заливом в мире. Свечение здесь настолько сильное благодаря особой форме бухты — узкий вход удерживает динофлагеллятов внутри, а окружающие мангровые заросли снабжают их питательными веществами. Похожие условия сложились и на пляже Ваадху на Мальдивах, который туристы окрестили «Морем звёзд»: там сотни тысяч светящихся клеток превращают прибрежную воду в мерцающее полотно.
Но морским планктоном список мест не ограничивается. В заливе Тояма в Японии с марта по июнь массово нерестится светящийся кальмар-светлячок — тысячи особей поднимаются к поверхности и подсвечивают воду голубым сиянием. А в пещерах Вайтомо в Новой Зеландии светятся вовсе не морские организмы, а личинки грибных комариков: они развешивают липкие светящиеся нити под сводом пещеры, превращая потолок в подобие звёздного неба.
До сих пор люди исследовали лишь около 20% глубин Мирового океана — и неизвестно, что можно встретить в загадочных водах по всему миру. Собрали 10 удивительных фактов о том, что уже известно человечеству.
Подпишитесь на «Рамблер» в Max! Будем на связи вопреки блокировкам и сбоям.