Hádanky přírody: Bioluminiscence

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

Bioluminiscence je schopnost živých organismů zářit vlastními proteiny nebo pomocí symbiotických bakterií.

Dnes je známo asi 800 druhů světélkujících živých tvorů. Většina z nich žije v moři. Jedná se o bakterie, jednobuněčné bičíkaté řasy, radiolariány, houby, planktonní a připojené koelenteráty, sifonofory, mořské peří, ctenofory, ostnokožce, červy, měkkýše, korýše, ryby.

Některá z nejjasněji zářících zvířat jsou pyrozomy (ohniví brouci). Ze sladkovodních bioluminiscenčních druhů je znám novozélandský plž Latia neritoides a řada bakterií. Mezi suchozemskými organismy září některé druhy hub, žížaly, plži, mnohonožky a hmyz.

Na úrovni mikrokosmu je velmi slabá záře, kterou zaregistrujeme pouze pomocí vysoce citlivých fotometrů, vedlejším efektem neutralizace reaktivních forem kyslíku enzymy, které jsou nezbytné, ale toxické pro buňky, které jsou účastníky proces oxidace glukózy. Dodávají také energii potřebnou pro chemiluminiscenci různým fosforovým proteinům.

Jednu z prvních bakteriálních lamp – baňku s kulturou svítících bakterií – bavil před více než sto lety nizozemský botanik a mikrobiolog Martin Beijerinck. V roce 1935 dokonce takové lampy osvětlovaly velký sál pařížského oceánologického institutu a za války sovětský mikrobiolog A. A. Egorová použila svítící bakterie k prozaickým účelům – k osvětlení laboratoře.

A můžete provést podobný experiment: dejte syrovou rybu nebo maso na teplé místo, počkejte týden nebo dva a pak v noci přijďte (z návětrné strany!) A uvidíte, co se stane - je pravděpodobné, že bakterie obývající živná půda bude zářit nadpozemským světlem. V moři září bakterie především rodů Photobacterium a Vibrio a mnohobuněčné planktonní organismy (na obrázku), ale hlavním zdrojem světla je jeden z největších (až 3 mm!) a složitých jednobuněčných organismů - bičíkaté řasy noci světlo.

U bakterií jsou fosforové proteiny rozptýleny po celé buňce, u jednobuněčných eukaryotických (s buněčným jádrem) organismů jsou umístěny ve váčcích obklopených membránou v cytoplazmě. U mnohobuněčných živočichů světlo obvykle vyzařují speciální buňky – fotocyty, často seskupené do zvláštních orgánů – fotoforů.

Fotocyty koelenterátů a dalších primitivních zvířat, stejně jako fotofory, které fungují díky symbiotickým fotobakteriím, svítí nepřetržitě nebo několik sekund po mechanické nebo chemické stimulaci. U zvířat s více či méně vyvinutým nervovým systémem řídí práci fotocytů, zapíná a vypíná je v reakci na vnější podněty nebo při změně vnitřního prostředí těla.

Kromě intracelulárního existuje u hlubinných krevet, chobotnic, sépií a olihní sekreční typ záře: směs sekrečních produktů dvou různých žláz je vypuzována z pláště nebo zpod krunýře a šíří se v voda jako zářící mrak, oslepující nepřítele.

Dalším klasickým příkladem bioluminiscence je hniloba dřeva. Nezáří v nich samotný strom, ale mycelium obyčejné medonosné houby.

A ve vyšších houbách rodu Mycena, rostoucích také na trouchnivějícím stromě, ale v teplých oblastech jako Brazílie a Japonsko září plodnice - to, čemu se obvykle říká houby (ačkoli plísně, kvasinky a další houby jsou také houby, jen nižší). Jeden z druhů tohoto rodu se nazývá M. lux-coeli, "mykén - nebeské světlo."

Nejvýraznější aplikací bioluminiscence je vytváření transgenních rostlin a zvířat. První myš s genem GFP vloženým do chromozomů byla vytvořena v roce 1998.

Svítící proteiny jsou potřeba k vypracování technik pro zavádění cizích genů do chromozomů různých organismů: pokud svítí, znamená to, že metoda funguje, můžete ji použít k zavedení cílového genu do genomu. První světélkující ryba - transgenní zebřička (Brachydanio rerio) a japonská medaka rýžová (Orizias latipes) - se začaly prodávat v roce 2003.

Zářící moře

Ti, kteří mají to štěstí, že si v noci zaplavou v moři během jeho záře, si tento okouzlující pohled zapamatují na celý život. Nejčastěji jsou příčinou záře bičíkaté řasy nočního světla (Noctiluca). V některých letech se jejich počet zvýší natolik, že celé moře září. Pokud máte smůlu a ocitnete se na březích teplých moří v nevhodnou dobu, zkuste nalít mořskou vodu do zavařovací sklenice a přidat tam trochu cukru.

Noctylisté na to zareagují zvýšením aktivity luciferinového proteinu. Protřepejte vodu a obdivujte namodralou záři. A když se zastavíte obdivovat, můžete si vzpomenout, že se díváte na jednu z nevyřešených záhad přírody: nejasnost evolučních mechanismů vzniku schopnosti zářit u různých taxonů byla zaznamenána v samostatné kapitole „ The Origin of Species“od Darwina a od té doby vědci nebyli schopni tuto otázku položit, je světlem pravdy.

Luminiscence se mohla vyvinout v organismech žijících v dobrých světelných podmínkách na bázi pigmentových sloučenin, které plní funkci ochrany před světlem.

Ale postupné hromadění vlastnosti - jeden foton za sekundu, dva, deset - jak pro ně, tak pro jejich noční a hlubokomořské příbuzné nemohlo ovlivnit přirozený výběr: tak slabou záři nepocítí ani ty nejcitlivější oči. vzhled hotových mechanismů intenzivní záře na nahém místě také vypadá nemožně. A dokonce i funkce záře u mnoha druhů zůstávají nepochopitelné.

Proč svítí?

Zářící bakteriální kolonie a houby přitahují hmyz, který šíří choroboplodné zárodky, spory nebo mycelium. Hmyzožravé larvy novozélandského komára Arachnocampa pletou odchytovou síť a osvětlují ji vlastním tělem, čímž lákají hmyz.

Záblesky světla mohou vyděsit predátory od medúz, česat želé a dalších bezmocných a jemných tvorů. Za stejným účelem koráli a další koloniální živočichové rostoucí v mělké vodě v reakci na mechanickou stimulaci září a jejich sousedé, kterých se nikdo nedotkl, se také začnou mihat. Hlubokomořské korály přeměňují slabé krátkovlnné světlo, které se k nim dostane, na záření s delší vlnovou délkou, což možná umožňuje symbiotickým řasám obývajícím jejich tkáně fotosyntézu.

Rybářský prut s žárovkou

Řád ďasů (Lophiiformes) je nejrozmanitější (16 čeledí, přes 70 rodů a přes 225 druhů) a možná nejzajímavější z hlubinných ryb. (Mnozí znají mořské rybáře nikoli z učebnice zoologie, ale z karikatury "Hledá se Nemo").

Rybářky jsou dravci s velkými ústy, silnými zuby a vysoce roztažitelným žaludkem. Někdy se na hladině moře najdou mrtví ďasové, kteří se dusí rybami více než dvakrát většími, než jsou: dravec je nemůže uvolnit kvůli struktuře svých zubů. První paprsek hřbetní ploutve se promění v „rybářku“(illicium) se svítícím „červíkem“(eska) na konci. Je to žláza naplněná hlenem, která obsahuje bioluminiscenční bakterie. Díky expanzi stěn tepen, které escu krmí krví, mohou ryby svévolně způsobit luminiscenci bakterií, které k tomu potřebují přísun kyslíku, nebo jej zastavit a zužovat cévy.

Obvykle se záře vyskytuje ve formě série záblesků, individuálních pro každý druh. Illicium u druhu Ceratias holboelli se dokáže pohybovat dopředu a zatahovat do speciálního kanálu na zádech. Tento rybář, který láká kořist, postupně posouvá svítící návnadu do tlamy, dokud kořist nepolkne. A Galatheathauma axeli má návnadu přímo v tlamě.

Umístění luminoforů a dokonce i povaha blikání svítících bodů může sloužit ke komunikaci – například k přilákání partnera. A samičky světlušky americké Photuris versicolor po spáření začnou „mlátit morseovku“samic jiného druhu a lákají své samce nikoli pro milostné, ale pro gastronomické účely.

U pobřeží Japonska slaví hromadné svatby umitoharu (mořské světlušky) - drobní, 1-2 mm dlouzí, korýši rodu Cypridina - a chobotnice Watasenia scintellans. Těla Vatazenia o délce asi 10 cm spolu s chapadly jsou poseta fotoforickými perlami a osvětlují oblast o průměru 25-30 cm - představte si, jak vypadá moře s celou hejnem těchto chobotnic!

U mnoha hlubokomořských hlavonožců je tělo natřeno vzorem různobarevných světelných skvrn a fotofory jsou velmi složité, jako světlomet svítící pouze správným směrem s reflektory a čočkami (někdy dvojitými a barevnými).

Mnoho hlubinných planktonických krevet má schopnost zářit. Na končetinách, po stranách a na ventrální straně těla mají až 150 fotoforů, někdy pokrytých čočkami. Umístění a počet fotoforů pro každý druh je přísně konstantní a v temnotě oceánských hlubin pomáhá samcům najít samice a všichni dohromady - shromáždit se v hejnech.