Благодаря изучению морских глубин, ученые смогли познакомиться с уникальными глубоководными существами, обладающими феноменальными способностями. К их числу, например, можно отнести рыб – удильщиков. Жизнь в полной темноте наложила на них свой отпечаток. На теле этих рыб имеется отросток, на конце которого находится колба, заполненная биолюминисцентными бактериями. Они то, как раз, и светятся.

Но, как оказалось, светиться могут и другие рыбы, живущие на больших глубинах. Этот эффект получил название биофлюоресценции. К числу таких морских обитателей можно отнести: ската, мурену, морскую иглу, рыбу – камень, рыбу – хирург и целый ряд других. Свечение их тел имеет несколько иную природу. Оно обусловлено особой структурой их кожного покрова. Под воздействием световых лучей, относящихся к синему световому спектру, их тела начинают светиться, приобретая неоновый, красный, желтый, оранжевый и иные световые оттенки. Это явление ученые и называют биофлюоресценцией.

Основное его отличие от биолюминисценции состоит в том, что здесь отсутствуют химические реакции, вызывающие свечение. Эффект свечения, в данном случае, имеет несколько иную природу. В данном случае тела живых организмов поглощают синие световые лучи, трансформируют их в лучи иного спектра, и излучают в окружающее пространство.

За этот процесс отвечают флюоресцентные молекулы, расположенные в кожном покрове живых существ. Именно они, как раз, и поглощают лучи синего светового спектра. При столкновении световых фотонов с этими молекулами, происходит их возбуждение, сопровождающееся выделением большого количества энергии, которую накапливают электроны флюоресцентных молекул. В таком состоянии они долго находиться не могут, и будут стараться избавиться от избыточной энергии, чтобы перейти в нормальное состояние. Это, в конечном итоге, и происходит. Энергия высвобождается, и в виде световых фотонов уходит в окружающее пространство, вызывая свечение, но уже совершенно иного светового спектра. В зависимости от энергетического уровня излучаемых фотонов, тело живого существа будет приобретать различные цветовые оттенки.

Получается, что живущие в океане рыбы, обладающие эффектом биофлюоресценции, поглощают световые лучи синего спектра. Возникает вполне логичный вопрос, почему только синего? Все дело в том, что световые лучи красного и инфракрасного спектра поглощаются верхними слоями воды, поэтому на глубину проникают, в основном, лучи синего и зеленого спектров. Ученые выяснили, что на глубине более 100 метров присутствуют только синие световые лучи, которые и поглощаются телами глубоководных рыб.

Кто из нас не читал повесть Артура Конан Дойля "Собака Баскервилей", в которой рассказывается о светящейся собаке-убийце, преследовавшей семью Баскервилей. Кровь стынет в жилах и становится очень страшно...

Когда наступает ночь и около замка снова слышится страшный вой, а затем неожиданно появляется огромное страшное существо - значит, снова в семье Баскервилей кто-то будет убит. Впрочем, читая это, мы понимали, что светящаяся в темноте собака - это плод фантазии Конан Дойля, в реальности этого просто не может быть. Но мы ошибались. Прошли годы, и ученые разных стран научились выводить светящихся в темноте животных: свиней, мышей, кошек, собак, кроликов, рыб и обезьян.

Подобные эксперименты проводятся не ради шутки или прикола, а для изучения развития болезней и для нахождения наиболее оптимальных методов их лечения.

Свиньи, например, по многим параметрам схожи с человеком: по размеру сердца и кровеносной системы, по уровню гемоглобина в крови, по количеству эритроцитов и группам крови, по процессам пищеварения. И даже кожа хрюшек похожа на человеческую! Потрясающее количество сходств! Обезьяны, якобы наши предки, и те имеют гораздо меньшее количество генетических совпадений с человеком. Как же этим не воспользоваться!

Первыми светящихся свиней вывели ученые Китая. Они ввели в тело свиноматки, а точнее, в эмбрион, флюоресцентный протеин, взятый у медузы, способной светиться в темноте. Опыт удался, и в итоге родились очаровательные светящиеся поросята, при дневном освещении имеющие зеленоватый оттенок кожи, глаз, пятачков, зубов, копыт и даже всех внутренних органов, а если на них направить ультрафиолетовый свет, то они засияют, как огоньки!

Свечение на клеточном уровне, без вреда для организма животного, позволяет следить за всеми происходящими в организме процессами. Из оборудования нужен только микроскоп с ультрафиолетовой подсветкой.

Этот метод используется при наблюдении за организмом после пересадки стволовых клеток, которые обладают способностью превращаться в клетки органа, в который их пересадили. Введение клеток светящихся свиней позволяет по свечению проследить весь их путь в организме.

Схожесть организма свиньи и человека, возможно, в будущем позволит выращивать свиней-доноров для пересадки органов нуждающимся людям, но пока это не совсем получается. Ученые не смогли вывести свинью, генетически схожую с человеком, поэтому при пересадке тканей происходит отторжение.

Также проблема в том, что здоровых светящихся свиней очень мало, а вырастить их сложно. Поросятки зачастую либо рождаются мертвыми, либо с серьезными патологиями. Ученые надеются, что светящиеся свиньи могут приносить потомство, которое также может светиться. Да и еще нужно выяснить, не заразят ли светящиеся хрюшки-доноры людей какой-нибудь своей "свинской" болезнью.

Подобные эксперименты проводятся и с другими животными: кошками, обезьянами и т.д. В их организм "запускается" болезнь, которой может болеть и человек, а затем, наблюдая по свечению за развитием болезни, животное пытаются вылечить, применяя те или иные технологии и лекарства. Если животное выздоравливает, значит, найденное средство в будущем может помочь и человеку.

Протеин из медуз использовался и в экспериментах с малярийными комарами: удалось вывести комаров-самцов со светящимися половыми органами, которые не могут размножаться. Их отсортировали от самок (у тех ничего не светится) и выпустили на свободу. В результате замещения обычных малярийных комаров-самцов светящимися произошло сокращение их популяции.

Истории изучения светящихся в темноте живых существ уже больше трёх сотен лет. И это только собственно научному подходу, а не наблюдениям за чудесами живой природы. Первые свидетельства о загадочном свечении, в частности, морских вод, принадлежат ещё Аристотелю и Плинию Старшему .

Вплоть до конца 19 века и даже в начале двадцатого столетия в судовых журналах встречаются записи моряков о завораживающем свечении морской воды, особенно на южных широтах. Не оставляли без внимания это явление и путешественники, среди которых были и учёные-натуралисты, к примеру, Чарльз Дарвин в своем известном «Путешествии на корабле "Бигль"».

Художники, которым доводилось наблюдать биолюминесценцию (именно так называется это явление), стремились запечатлеть это зрелище с помощью красок - ведь цифровых фотоаппаратов тогда просто не было. До нас дошла замечательная цветная гравюра голландского живописца Морица Эсхера, на которой изображена стая резвящихся в светящемся море дельфинов. Художнику удалось передать впечатление, что само море вспыхивает и сверкает.

Первый опыт изучения явления биолюминесценции был предпринят в 1668 году. Роберт Бойль (его фамилия многим известна из уроков физики в связи с законом Бойля-Мариотта) изучал процессы горения и обнаружил сходство между горением обычного каменного угля и свечением гнилушек: при отсутствии кислорода свечение в обоих случаях исчезает.

Первым же, кто занялся основательным изучением механизмов органического свечения, стал Рафаэль Дюбуа. Он в 1887 году поставил серию опытов с экстрактами из светящихся жуков Pyrophorus. Главным результатом проделанной им работы за свечение были ответственны две фракции: низкомолекулярная (была названа люцеферином) и белковая (люцифераза), по-разному реагирующие на изменение температурного режима.

В 20-ые годы прошлого века Эдмунд Ньютон Харви из Принстонского университета начал работы по изучению биолюминесценции ракообразных. Он сумел выявить и подробно описать особенности люцеферина и люцеферазы моллюсков и ракообразных. Активное изучение механизмов биолюминесценции продолжаются и сегодня. В частности, не до конца исследовано свечение планктона, хотя многое в этой области уже прояснилось.

Механизмы биолюминесценции

Не трудно догадаться, что само по себе живое существо светиться не может. Должны происходить некие процессы, в результате которых появляется этот загадочный, почти мистический свет.

Если не вдаваться в подробности физико-химических реакций, протекающих в организмах светлячков, различных ракообразных, головоногих и рыб, то получается следующая картина. Биолюминесценция возникает в результате ряда сложных процессов, в числе которых - окисление люциферина. Выделяемая при этом энергия не рассеивается в виде тепла, а преобразуется в световое излучение.

Чтобы процессы, вызывающие свечение, активизировались, молекула люциферина должна быть выведена из состояния покоя. На яркость и продолжительность свечения влияет также окружающая молекулы среда. При отсутствии кислорода свечение не возникнет.

Какие животные светятся в темноте

Светляки. Это семейство наземных жуков, ведущих ночной образ жизни. Днём они прячутся в траве и на деревьях. В семействе насчитывается примерно 2 тысячи видов, обитающих практически на всех континентах (кроме Антарктиды , естественно). Из животных, обитающих на суше, только светляки и имеют органы свечения, расположенными в хвостовой части их тела. Все прочие светящиеся организмы обитают в морях и океанах.

Светящийся планктон. Основную массу планктона составляют маленькие рачки, но светятся не они или не только они. Воду морскую превращают в звёздную россыпь простейшие, которые называются динофлагелляты. Свечение вызывают импульсы от движения водных масс, выводящие этих одноклеточных из состояния покоя.

Беспозвоночные. В качестве примера приведём такой любопытный вид как Гребневики. Тело этих существ похоже на мешочек, на одном конце которого располагается рот, а на другом органы равновесия. У них нет стрекательных клеток, поэтому пищу гребневики захватывают ртом или ловчими щупальцами. Питаются планктоном или более мелкими гребневиками.

Кальмары. В южных морях обитает несколько видов кальмаров, среди которых есть и небольшие по размеру и даже огромные. В частности, гигантский кальмар. Этот вид оставался плохо изученным вплоть до начала 2000-ых годов. Первые снимки живого гигантского кальмара в естественной среде были получены 30 сентября 2004 японскими учеными Цунеми Кубодера и Киочи Мори.

Морское перо. Эти живые организмы относятся к группе перистых известковых полипов. Распространены в тропических и субтропических водах Атлантического океана и Средиземного моря. Селятся колониями на песчаном или илистом морском дне. Насчитывается примерно 300 видов перьев. Свечение возникает как реакция на внешние раздражители.

Биолюминесценция выполняет у различных видов следующие функции:

• привлечение добычи или партнёров
• предупреждение или угроза
• отпугивание или отвлечение
• маскировка на фоне естественных источников света

До сих пор есть немало случаев, когда функция биолюминесценции в жизни отдельных светящихся организмов определена не до конца или не изучена вовсе.

• Чарльз Дарвин «Путешествие на корабле "Бигль"»
• Свободная электронная энциклопедия Википедия, раздел "Биолюминесценция".
• Свободная электронная энциклопедия Википедия, раздел "Светляки".
• Свободная электронная энциклопедия Википедия, раздел "Гигантский кальмар".
• Журнал "Наука и жизнь", №1, 2001. Поиски гигантского кальмара.

Люминесценция - это излучение видимого света и света в диапазонах от ультрафиолетового до инфракрасного.
В природе явление люминесценции известно с давних пор. Изучение его привело к открытию рентгеновских лучей и радиоактивности.
Некоторые животные обладают системами, позволяющими им производить люминесцентный свет с целью сбить с толку или испугать врага.

Вы знаете, откуда пошли сказки о Жар – птицах и нечистой силе? Да-да-да, нам знакомо это явление – люминесценция!
Те, кто бывал в тропиках, могли наблюдать поистине удивительные подводные свечения. А при определённом стечении обстоятельств некоторые видели светящихся в темноте птиц, рыб и даже людей!

В прежние века люди приходили в трепет от увиденного. Они принимали светящихся холодным огнём пернатых за летящих бесов. Об этом явлении слагались мифы и сочинялись сказки. Вот один из таких мифов.
В летописи собора, находящегося в Старой Ладоге рассказывается о том, что дьяк Фёдор осенним вечером 1864 года шёл вдоль обрыва над рекой Волхов и услышал шум крыльев, похожий на тот, что издают утки. Но каков же был ужас, испытанный Фёдором, когда он увидел летящего прямо на него беса! Ещё страшнее стало дьячку, когда бес обернулся гусем. Разумеется, сначала никто не поверил рассказам Фёдора, но через несколько дней «бесы» появились и перед другими людьми. Самые отважные пытались поймать этих Жар – птиц, но усилия их успехом не увенчались. А поздней осенью « нечистая сила» исчезла.

В районе Архангельска и по сей день встречаются светящиеся птицы. В основном это утки и гуси. Случались такие встречи и в Подмосковье. Один из охотников как-то раз подстрелил такую птицу, и, положив её в свою охотничью сумку, с удивлением понял, что его руки тоже начали мерцать странным светом. Но свечение прекратилось, пока он донёс свой трофей до дома.
Учёные объясняют подобное явление довольно просто. По мнению орнитологов, на перьях многих птиц селятся особые микроорганизмы, которые и создают удивительный эффект свечения.

Полосы на воде, фосфоресцирующие холодным светом, можно увидеть во время ночной теплоходной прогулки по Чёрному морю в районе города Сочи. Представьте себе огромное звёздное небо, вдалеке- огоньки прибрежных посёлков с возвышающимися над ними горделивыми вершинами гор и постепенно разгорающуюся вокруг теплохода воду, которая начинает всё больше и больше переливаться голубоватым светом! Гребни волн начинают полыхать удивительным светом, в этих всполохах радостно играют дельфины. Поистине, это великолепное зрелище!

А создают его морские микроорганизмы. Светиться могут медузы, некоторые виды кальмаров и рыб, креветки.
Светящихся кальмаров «открыли» французские учёные в 1834 г. У такого кальмара 10 щупалец, и водится он чаще всего в Индийском океане и у побережья Южной Африки. Явление такого свечения называется хемолюминесценция – это переход химической энергии в свет без затрат на тепло.
А вот явление светящихся гигантских колёс в тропических морях до сих пор остаются загадкой. Колёса эти в диаметре достигают нескольких метров, они вращаются и движутся над водой, приводя очевидцев в священный трепет. Очевидцев этого фантастического зрелища много, а вот сфотографировать колёса не удалось пока никому.

Светлячки

Кто из вас не встречал крохотных светлячков, мерцающих в траве зелёными огоньками? В Крыму такие светлячки нередки и достигают размера с ноготь на мизинце ребёнка. Впервые увидев в ночи такой огонёк, легко можно принять его за глаз хищника. Ещё бы! У страха ведь глаза велики!
Бывает, что тропические светлячки собираются огромными группами и рассаживаются на дереве, по несколько на каждом листике. Их свет виден на расстоянии полутора – двух километров! Причём они одновременно «включают и гасят» свои «фонарики».
Интересно, что однажды такие вот светлячки спасли Кубу от захватчиков! В 18 веке на острове высадилась морская экспедиция, но ночью колонизаторы увидели в лесу мириады светящихся огней. Англичане решили, что силы неприятеля слишком велики, нужно спасаться бегством, пока не поздно.

Слайд 2

Биолюминесценция - способность живых организмов светиться, достигаемая самостоятельно или с помощью симбионтов. Свет создаётся у более высоко развитых организмов в специальных светящихся органах (например, в фотофорах рыб), у одноклеточных эукариот - в особых органоидах, а у бактерий - в цитоплазме. Как выяснилось в природе не существует светящихся растений, но есть светящиеся бактерии и грибы. ЧТО ТАКОЕ БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ? Грибы Бактерии

Слайд 3

ЧТО ТАКОЕ БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ? Само название «биолюминесценция» буквально означает «слабое живое свечение». Биолюминесценция основывается на химических процессах, при которых освобождающаяся энергия выделяется в форме света.Коэффициент полезного действия живого свечения фантастически велик: он достигает 80-90%. Медуза Рыбы Светлячок

Слайд 4

ЧТО ТАКОЕ БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ? От энергии светового кванта (фотона) зависит частота испускаемого света, то есть его цвет. Кораллы Анчоусы

Слайд 5

ЧТО ТАКОЕ БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ? Среди наземных животных способность к свечению является скорее исключением из правил, но среди морских животных она распространена широко. По числу светящихся видов среди беспозвоночных лидируют кишечнополостные (мягкие кораллы, морские перья, глубоководные медузы) и головоногие моллюски (кальмары и каракатицы), а среди хордовых - оболочники (сальпы и огнетелки), а также рыбы. Сальпа Кальмар

Слайд 6

ЧТО ТАКОЕ БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ? 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. Latia neritoides Светящаяся улитка Светлячок

Слайд 7

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ Эта история началась 4 января 1761 г., когда датский военный корабль вез из Копенгагена в Смирну научную экспедицию, одним из участников которой был зоолог Форскол. Однажды в начале марта, когда корабль плыл по Северному морю, пассажиры заметили в воде странное свечение. Причиной оказались медузы, «способные светиться внутри».

Слайд 8

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ Если медуз тревожили, они ярко светились зеленым фосфорическим светом. Форскол заспиртовал несколько экземпляров медуз и записал по-латыни в своем походном дневнике: «при раздражении и гибели светятся».

Слайд 9

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ Свечение моря на протяжении веков оставалось одной из величайших загадок океана. Ученые пытались объяснить этот феномен и свечением содержащегося в воде фосфора, и электрическими разрядами, возникающими при трении молекул воды и соли, и тем, что ночной океан отдает поглощенную днем энергию Солнца. В настоящее время установлено, что свечение моря вызвано биологическими причинами, главной из которых является массовое размножение некоторых биолюминесцентных видов организмов, составляющих значительную часть планктона Мирового океана. Биолюминесцентный планктон Гребневик

Слайд 10

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ У бактерий люминофорные белки рассеяны по всей клетке, у одноклеточных эукариотических организмов они находятся в окруженных мембраной пузырьках в цитоплазме. У многоклеточных животных свет обычно излучают специальные клетки – фотоциты. Фотоциты кишечнополостных и других примитивных животных светятся непрерывно или в течение нескольких секунд после механического или химического раздражения. У животных с развитой нервной системой она управляет работой фотоцитов, включая и выключая их в ответ на внешние раздражители или при изменении внутренней среды организма. Фонареглаз Шишечник

Слайд 11

БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ У ГЛУБОКОВОДНЫХ РЫБ 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. Удильщик

Слайд 12

ИНТЕРЕСНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ Световые вспышки отпугивают хищников от медуз, гребневиков и других беспомощных и нежных созданий. Кораллы и другие колониальные животные светятся в ответ на механическое раздражение, а их соседи, которых никто не трогал, тоже начинают мерцать.

Слайд 13

ИНТЕРЕСНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ Насекомоядные личинки новозеландских комаров Arachnocampa плетут ловчую сеть и подсвечивают ее собственным телом, привлекая насекомых.

Слайд 14

ИНТЕРЕСНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ В Бразилии и Уругвае водятся красновато-коричневые светлячки с рядами ярко-зеленых огоньков вдоль туловища и ярко-красной лампочкой на голове. Известны случаи, когда врачи производили операции при свете светлячков, насыпанных в бутылку.

Слайд 15

ИНТЕРЕСНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ Самое яркое применение биолюминесценции – создание трансгенных растений и животных. Первую мышь с геном GFP, внедренным в хромосомы, создали в 1998 году. Первых светящихся рыб создал тайваньский ученый доктор Гун (Zhiyuan Gong) в 2001 г.

Посмотреть все слайды