Биологи поняли, как и зачем светятся обитатели глубин

Анализ ДНК, современные методы биохимического и биофизического анализа позволили биологам понять, как и зачем глубоководные жители начали светиться.

Доктор Уиддер из Ассоциации океанологических исследований (США) на страницах журнала Science приводит обзор самых последних исследований широко распространенного в океане явления — биолюминесценции, или свечения живых организмов, пишут «Известия».

По словам доктора Уиддера, большинство морских животных проводит всю свою жизнь в полумраке. Некоторые совершают ежедневные миграции из глубинных слоев к поверхности и наоборот. В таких условиях дополнительный источник освещения просто необходим.

Люминесценция помогает животным в поисках пищи. В одних случаях это просто светящийся фонарик, а в других — приманка. Свечение необходимо и для того, чтобы найти себе в темноте партнера. Но самая распространенная функция, считает доктор Уиддер, это защита от хищников. Свет, неожиданно появившийся из темноты, должен испугать их, а потом ослепить.

Одна из гипотез связывает появление люминесценции с необходимостью как-то противостоять действию свободных радикалов, накапливающихся в организме. Например, люциферин целентеразин — мощный антиоксидант. Когда животные стали мигрировать на большую глубину, где кислорода меньше, а значит, меньше опасность подвергнуться действию окислительного стресса и свободных радикалов, там защита от окислительного стресса большой роли не играла. В таких условиях естественный отбор благоприятствовал другим функциям люциферинов — способности светиться.

По словам ученого, анализ ДНК некоторых видов люминесцирующих животных, который провел доктор Стив Хеддок из Института подводных исследований в заливе Монтерей, раскрывает многие их тайны.

Результаты доктора Хеддока свидетельствуют о том, что люминесценция появлялась независимо у разных групп организмов в процессе эволюции как минимум 40 раз. Причем существуют примеры, когда у одного вида возникали разные виды люминесценции в разное время.

Например, у взрослых самок глубоководных рыб-удильщиков (Linophryne coronata) работают две системы свечения. Одна связана с бактериями, которые живут на их коже, а другая — с люминесценцией усиков, расположенных на подбородке.

Такое независимое дублирование одного и того же явления говорит о важности этого изобретения природы, считают эволюционисты. Еще одно доказательство тому, как это ни странно звучит, наличие глаз у обитателей самых глубоководных частей океана. Органы зрения нужны этим животным, по мнению доктора Уиддера, только для того, чтобы различать люминесцирующие объекты.

В основе люминесценции животных находится свечение молекул люциферинов. Они окисляются в присутствии ферментов и излучают энергию в виде света. Сейчас известно пять видов люциферинов.

«Животные могут выбрасывать эти молекулы прямо в воду, например, изо рта. Иногда люциферины находятся в специальных клетках — фотоцитах внутри организма», — говорит доктор Уиддер.

По словам ученого, животные, обладающие способностью светиться, обитают практически во всех частях Мирового океана, от полярных широт до тропических, от поверхности до дна. Спектр светящихся оттенков не отличается разнообразием. Поскольку, скорее всего, впервые биолюминесценция возникла в океане, самый распространенный цвет, которым светится большинство видов, это синий с длиной волны 475 нм (свет такой длины распространяется в воде на самые большие расстояния).

Ранее ученым удалось разгадать и объяснить все детали свечения светлячков. Это их романтическое свойство предназначено для привлечения половых партнеров и коммуникации между особями. Биолюминесценция обусловлена наличием в теле светлячка специального пигмента люциферина (от латинского lucifer, «несущий свет»), который, окисляясь под воздействием особого фермента, выделяет избыточную энергию в виде света. Причем в свет переходит около 87-98% энергии. Это очень высокий КПД (к примеру, у ламп накаливания КПД всего 5%, остальное переходит в тепло).