Riddles of Nature: Bioluminescence

2024 Outeur: Seth Attwood | [email protected]. Laas verander: 2023-12-16 15:56

Bioluminessensie is die vermoë van lewende organismes om met hul eie proteïene of met behulp van simbiotiese bakterieë te gloei.

Vandag is ongeveer 800 spesies van lig lewende wesens bekend. Die meeste van hulle woon in die see. Dit is bakterieë, eensellige flagellate alge, radiolariërs, swamme, planktoniese en aangehegte selenterate, sifonofore, seevere, ctenofore, stekelhuidagtiges, wurms, weekdiere, skaaldiere, visse.

Van die heldergloeiendste diere is pyrosome (vuurkewers). Onder varswater bioluminescerende spesies is die Nieu-Seelandse buikpotige weekdier Latia neritoides en 'n aantal bakterieë bekend. Onder aardse organismes gloei sekere soorte swamme, erdwurms, slakke, duisendpote en insekte.

Op die mikrokosmosvlak is 'n baie swak gloed, wat ons slegs met behulp van hoogs sensitiewe fotometers kan registreer, 'n newe-effek van die neutralisering van reaktiewe suurstofspesies deur ensieme, wat nodig is, maar giftig is vir selle, wat deelnemers aan die glukose oksidasie proses. Hulle verskaf ook die energie wat benodig word vir chemiluminesensie aan verskeie fosforproteïene.

Een van die eerste bakteriese lampe –’n fles met’n kultuur van ligbakterieë – is meer as honderd jaar gelede deur die Nederlandse plantkundige en mikrobioloog Martin Beijerinck vermaak. In 1935 het sulke lampe selfs die groot saal van die Parys Oseanologiese Instituut verlig, en tydens die oorlog het die Sowjet-mikrobioloog A. A. Egorova het ligbakterieë vir prosaïese doeleindes gebruik - om die laboratorium te verlig.

En jy kan 'n soortgelyke eksperiment uitvoer: sit rou vis of vleis op 'n warm plek, wag 'n week of twee, en kom dan snags op (van die windkant af!) En kyk wat gebeur - dit is waarskynlik dat die bakterieë wat woon die voedingsmedium sal gloei met 'n anderwêreldse lig. Bakterieë, hoofsaaklik van die genera Photobacterium en Vibrio, en meersellige planktoniese organismes (foto) gloei in die see, maar die hoofbron van lig is een van die grootste (tot 3 mm!) En komplekse eensellige organismes - flagellate alge van die nag lig.

By bakterieë word fosforproteïene deur die sel versprei; in eensellige eukariotiese (met 'n selkern) organismes is hulle geleë in vesikels omring deur 'n membraan in die sitoplasma. By meersellige diere word lig gewoonlik deur spesiale selle uitgestraal - fotosiete, dikwels gegroepeer in spesiale organe - fotofore.

Fotosiete van selenterate en ander primitiewe diere, sowel as fotofore wat werk as gevolg van simbiotiese fotobakterieë, gloei voortdurend of vir etlike sekondes ná meganiese of chemiese stimulasie. By diere met 'n min of meer ontwikkelde senuweestelsel beheer dit die werk van fotosiete, skakel hulle aan en af in reaksie op eksterne stimuli of wanneer die interne omgewing van die liggaam verander.

Benewens die intrasellulêre een, is daar by diepsee garnale, seekatte, inktvisse en inkvisse 'n sekretoriese tipe gloed: 'n mengsel van afskeidingsprodukte van twee verskillende kliere word uit die mantel of onder die dop uitgestoot en versprei in die water soos 'n blink wolk wat die vyand verblind.

Nog 'n klassieke voorbeeld van bioluminesensie is houtvrot. Dit is nie die boom self wat in hulle gloei nie, maar die miselium van gewone heuningswam.

En in die hoër swamme van die genus Mycena, wat ook op 'n verrottende boom groei, maar in warm streke soos Brasilië en Japan, gloei vrugliggame - wat gewoonlik sampioene genoem word (hoewel skimmels, giste en ander swamme ook sampioene is, net onderstes.). Een van die spesies van hierdie genus word M. lux-coeli genoem, "mycene - hemelse lig."

Die mees opvallende toepassing van bioluminessensie is die skepping van transgeniese plante en diere. Die eerste muis met die GFP-geen wat in chromosome ingevoeg is, is in 1998 geskep.

Gloeiende proteïene is nodig om tegnieke uit te werk om vreemde gene in die chromosome van verskeie organismes in te voer: as dit gloei, beteken dit dat die metode werk, jy kan dit gebruik om 'n teikengeen in die genoom in te voer. Die eerste ligvis - die transgeniese sebravis (Brachydanio rerio) en die Japannese medaka-rysvis (Orizias latipes) - het in 2003 te koop gegaan.

Gloeiende see

Diegene wat gelukkig genoeg is om snags tydens sy gloed in die see te swem, sal hierdie betowerende gesig vir 'n leeftyd onthou. Dikwels is die oorsaak van die gloed die flagellate alge van die naglig (Noctiluca). In sommige jare neem hulle getal soveel toe dat die hele see gloei. As jy ongelukkig is en jou op die verkeerde tyd aan die kus van warm see bevind, probeer om seewater in 'n fles te gooi en voeg 'n bietjie suiker daar by.

Noctyliste sal hierop reageer deur die aktiwiteit van die lusiferienproteïen te verhoog. Skud die water op en bewonder die blouerige gloed. En as jy ophou om te bewonder, kan jy onthou dat jy na een van die onopgeloste geheimenisse van die natuur kyk: die gebrek aan duidelikheid van die evolusionêre meganismes van die opkoms van die vermoë om te gloei in verskeie taksa is opgemerk in 'n aparte hoofstuk van " The Origin of Species" deur Darwin, en sedertdien was wetenskaplikes nie in staat om te werp op hierdie vraag is die lig van waarheid nie.

Luminessensie kon ontwikkel het in organismes wat in goeie ligtoestande leef, gebaseer op pigmentverbindings wat 'n ligbeskermende funksie verrig.

Maar die geleidelike ophoping van 'n eienskap - een foton per sekonde, twee, tien - beide vir hulle en hul nag- en diepsee-verwante kon nie natuurlike seleksie beïnvloed nie: so 'n swak gloed word nie eers deur die sensitiefste oë gevoel nie, en die Die voorkoms van klaargemaakte meganismes van intense gloed op die naakte plek lyk ook onmoontlik. En selfs die funksies van die gloed in baie spesies bly onverstaanbaar.

Hoekom gloei hulle?

Gloeiende bakteriese kolonies en swamme lok insekte wat kieme, spore of miselium versprei. Insekvretende larwes van die Nieu-Seelandse muskiet Arachnocampa weef 'n vangnet en verlig dit met hul eie liggaam en lok insekte.

Ligflitse kan roofdiere van jellievisse, kamjellie en ander hulpelose en saggeaarde wesens afskrik. Vir dieselfde doel gloei korale en ander koloniale diere wat in vlak water groei in reaksie op meganiese stimulasie, en hul bure, waaraan niemand geraak het nie, begin ook flikker. Diepsee-korale omskep die swak kortgolflengte-lig wat hulle bereik in bestraling met 'n langer golflengte, moontlik om die simbiotiese alge wat hul weefsels bewoon, toe te laat om te fotosinteer.

Visstok met gloeilamp

Die orde van hengelaars (Lophiiformes) is die mees uiteenlopende (16 families, meer as 70 genera en meer as 225 spesies) en, miskien, die interessantste van diepseevis. (Baie is bekend met seehengelaars, nie uit die dierkundehandboek nie, maar uit die spotprent "Finding Nemo").

Hengelwyfies is roofdiere met groot bekke, kragtige tande en 'n hoogs uitrekbare maag. Soms word dooie hengelaars op die oppervlak van die see aangetref en verstik vis meer as twee keer hul grootte: die roofdier kan dit nie vrylaat nie weens die struktuur van sy tande. Die eerste straal van die rugvin word omskep in 'n "hengelstok" (illicium) met 'n ligte "wurm" (eska) aan die einde. Dit is 'n slym-gevulde klier wat bioluminescerende bakterieë bevat. As gevolg van die uitbreiding van die wande van die are wat die escu met bloed voed, kan die vis arbitrêr die luminescentie van bakterieë veroorsaak wat 'n suurstoftoevoer hiervoor benodig, of dit stop, wat die vate vernou.

Gewoonlik vind die gloed plaas in die vorm van 'n reeks flitse, individueel vir elke spesie. Illicium in die spesie Ceratias holboelli is in staat om vorentoe te beweeg en terug te trek in 'n spesiale kanaal op die rug. Om prooi te lok, beweeg hierdie hengelaar die lig aas geleidelik na sy mond totdat dit die prooi insluk. En Galatheathauma axeli het die aas reg in die mond.

Die ligging van die fosfors en selfs die aard van die knip van die gloeiende kolle kan dien vir kommunikasie - byvoorbeeld om 'n maat te lok. En die wyfies van die Amerikaanse vuurvliegie Photuris versicolor, na paring, begin om "die Morse-kode" van wyfies van 'n ander spesie te klop, en lok hul mannetjies nie vir verliefde nie, maar vir gastronomiese doeleindes.

Aan die kus van Japan word massa-troues gevier deur die umitoharu (see vuurvliegies) - klein, 1-2 mm lank, skaaldiere van die genus Cypridina - en die inkvis Watasenia scintellans. Vatazenia-liggame van sowat 10 cm lank, tesame met tentakels, is besaai met fotofoor-pêrels en verlig 'n area van 25-30 cm in deursnee - stel jou voor hoe die see lyk met 'n hele skool van hierdie inkvisse!

By baie diepsee koppotiges is die liggaam geverf met 'n patroon van veelkleurige ligkolle, en die fotofore is baie kompleks, soos 'n soeklig wat net in die regte rigting skyn met weerkaatsers en lense (soms dubbel en gekleurd).

Baie diepsee planktoniese garnale het die vermoë om te gloei. Aan die ledemate, langs die kante en aan die ventrale kant van die liggaam het hulle tot 150 fotofore, soms bedek met lense. Die ligging en aantal fotofore vir elke spesie is streng konstant en in die donker van die seedieptes help mannetjies om wyfies te vind en almal saam - om in swerms te versamel.