Биолюминесценция это означает что означает
Биолюминесценция
Полезное
Смотреть что такое «Биолюминесценция» в других словарях:
биолюминесценция — биолюминесценция … Орфографический словарь-справочник
Биолюминесценция — обыкновенного светляка Биолюминесценция способность живых организмов светиться, достигаемая самостоятельно или с помощью симб … Википедия
БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ — [от био. лат. lumen (luminis) свет и escent суффикс, означающий слабое действие], биологическое свечение, способность организмов к свечению в результате внутренних химических реакций (метаболизм люциферина). Биологическое значение… … Экологический словарь
БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ — (от био. и люминесценция) свечение живых организмов (некоторых бактерий, грибов, беспозвоночных, рыб), обусловленное ферментативным окислением особых веществ (у значительного числа видов люциферинов). Биолюминесценция вид хемилюминесценции … Большой Энциклопедический словарь
БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ — (от био. и лат. lumen свет, escent суффикс, означающий слабое действие), видимое свечение живых организмов, связанное с процессами их жизнедеятельности и обусловленное у значит, числа видов ферментативным окислением особых веществ люциферияов.… … Биологический энциклопедический словарь
биолюминесценция — видимое свечение живых организмов (бактерий, грибов, беспозвоночных и др.). В основе Б. лежит ферментативное окисление особых веществ – люциферинов. Для осуществления Б. (напр., у светляков) помимо люциферина и фермента люциферазы необходимы… … Словарь микробиологии
БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ — (от био. и люминесценция), свечение живых организмов (например, некоторых бактерий, морских организмов, светляков), обусловленное окислением содержащихся в них особых веществ люциферинов. Один из видов хемилюминесценции … Современная энциклопедия
БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ — БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ, видимое свечение, сопровождаемое очень малым выделением тепла у некоторых живых организмов. Биологические функции явления различны. Оно служит для освещения и приманки добычи (например, у глубоководных рыб), для предостережения … Научно-технический энциклопедический словарь
БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ — люминесценция организмов, связанная с процессами их жизнедеятельности. Наблюдается у бактерий, грибов, простейших, насекомых и т. д. Частный случай хемилюминесценции. Возникает при окислении кислородом воздуха специфич. в в л ю ц е ф и р и н о в… … Физическая энциклопедия
биолюминесценция — сущ., кол во синонимов: 1 • свечение (17) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
Биолюминесценция: определение, объяснение, примеры | Биологический словарь
Определение биолюминесценции
Биолюминесценция (показана ниже) относится к организмам, которые производят и испускают свет как форму хемилюминесценции. Этот свет может быть произведен как самими организмами, так и через симбиотические штаммы бактерий. Биолюминесценция возникает в результате химической реакции, которая происходит между светоизлучающими молекула называется люциферин и фермент, называемый люциферазой. В целом, люциферин и люцифераза различаются между вид и биолюминесценция развивалась независимо у нескольких видов для разных целей.
Эволюционная функция биолюминесценции
Есть две доминирующие теории относительно эволюционной функции биолюминесценции:
Примеры функций биолюминесценции
Поскольку биолюминесценция развивалась независимо многократно у разных видов, она имеет разные функции у каждого вида и в зависимости от окружающей среды.
маскировка
У многих видов, обитающих в глубоких водах морей и океанов мира, биолюминесценция используется для маскировки против просвета. Это достигается с помощью фоторецепторов в специализированных световых органах, которые соответствуют количеству света в окружающей среде, эффективно маскируя организм на заднем плане, если смотреть сверху. Например, некоторые виды кальмаров используют этот механизм биолюминесценции.
Оборона
Во многих видах фитопланктон Биолюминесценция используется в качестве защиты от хищников. Поскольку потенциальные хищники высвобождают любые виды фитопланктона, которые излучают свет, считается, что эта черта эволюционировала, чтобы отвлечь хищников, которые не хотят привлекать хищников сами по себе. Это дополнительно поддерживается черными желудок подкладка наблюдается у хищных рыб, обитающих в более глубоких водах, что предотвращает свечение от любых биолюминесцентных организмов, которые они потребляли. Некоторые виды кальмаров используют биолюминесцентные химические выделения, похожие на производство чернил. Другие виды кальмаров автоматически переносят биолюминесцентные конечности, которые отвлекают хищников, в то время как организм может спасаться бегством.
Привлечение добычи
Некоторые виды грибных комаров обитают в пещерной среде, и их личинки используют биолюминесценцию, чтобы поймать добычу с помощью висячих шелковых сетей, которые излучают синий или зеленый цвет. Такое свечение даже регулируется циркадными ритмами и включается и выключается в определенное время дня.
Визуализация добычи
Некоторые виды, обнаруженные в океанских глубинах, используют красную биолюминесценцию для визуализации видов добычи красного цвета, которые обычно невидимы в более глубоких водах. У видов, таких как рыба-дракон, их глаза нечувствительны к красной биолюминесценции, которую они производят, вместо этого визуализируя свою добычу как сине-зеленый цвет из-за присутствия специализированного пигмента сетчатки.
Привлечение товарищей
Многие виды насекомых (например, светлячки и жуки-щелкуны) используют биолюминесценцию для привлечения потенциальных партнеров. Точно так же многие ракообразные используют люминесценцию, чтобы предоставить визуальный сигнал потенциальным партнерам, которых они приближают к производству феромонов. Многие виды используют биолюминесценцию, чтобы привлечь добычу, подражая другим видам. Некоторые глубоководные обитающие рыбы (например, морские рыбы) имеют придаток, содержащий биолюминесцентный бактерии что он использует для привлечения добычи. Некоторые виды светлячков используют вспышки других видов, чтобы привлечь самцов в качестве добычи.
Предупреждение
Многие виды используют биолюминесценцию как предупреждение для потенциальных хищников, что они не пригодны для потребления. Многие виды личинок насекомых, медуз и червей проявляют эту особенность как механизм отвлечения хищников.
связь
Одной из распространенных функций биолюминесценции у бактерий и грибов является связь клетка плотность и расположение близлежащих бактериальных колоний. Такие гены регулируются концентрацией секретируемых молекул в окружающей среде.
викторина
1. Что из перечисленного НЕ является функцией биолюминесценции:A. Привлекать товарищейB. Сдерживать хищниковC. маскировкаD. ПредупреждениеE. Все вышеперечисленное является функцией биолюминесценции
Ответ на вопрос № 1
Е верно. Биолюминесценция используется для привлечения партнеров путем сигнализации местоположения, сдерживания хищников с помощью химических выделений или сигнализации, что они неприятны. Многие организмы также используют биолюминесценцию, чтобы замаскировать ее под действием люминесценции.
2. Какие два компонента необходимы для биолюминесценции?A. Люциферин и люциферазаB. Иллюмин и иллюминацияC. Люминин и люминазаD. Люминин и Люцифераза
Ответ на вопрос № 2
верно. Биолюминесценция возникает в результате химической реакции, которая происходит между светоизлучающей молекулой, называемой люциферином, и ферментом, называемым люциферазой.
В общем смысле, основная химическая реакция в биолюминесценции вовлекает светоизлучающую молекулу и фермент, обычно называемый люциферин и люцифераза, соответственно. Поскольку это общие названия, люциферины и люциферазы часто различают по виду или группе, например светлячок люциферин. Во всех описанных случаях фермент катализирует то окисление люциферина.
У некоторых видов люцифераза требует других кофакторы, такие как кальций или магний ионы, а иногда и молекулы-носители энергии аденозинтрифосфат (АТФ). В эволюция, люциферины мало различаются: в частности, один, коэлентеразин, встречается у 11 различных животных типхотя в некоторых из них животные получают его с пищей. И наоборот, люциферазы широко различаются у разных видов, что свидетельствует о том, что биолюминесценция возникала более 40 раз в эволюционная история.
Обе Аристотель и Плиний Старший упоминал, что влажное дерево иногда светится. Много веков спустя Роберт Бойл показали, что в этом процессе участвует кислород как в древесине, так и в светлячках. Только в конце девятнадцатого века биолюминесценция была исследована должным образом. Это явление широко распространено среди групп животных, особенно в морской среде. На суше встречается у грибов, бактерий и некоторых групп беспозвоночные, включая насекомые.
Использование биолюминесценции животными включает: встречное освещение камуфляж, мимикрия других животных, например, чтобы заманить добычу, и сигнализация другим особям того же вида, например, для привлечения партнеров. В лаборатории системы на основе люциферазы используются в генной инженерии и биомедицинских исследованиях. Исследователи также изучают возможность использования биолюминесцентных систем для уличного и декоративного освещения, создана биолюминесцентная установка. [1]
Содержание
История
До разработки лампа безопасности для использования в угольных шахтах сушеные рыбные шкуры использовались в Великобритании и Европе как слабый источник света. [2] Этот экспериментальный вид освещения позволил избежать использования свечей, которые могли вызвать искровые взрывы. рудничный газ. [3] Еще одним безопасным источником освещения в шахтах были бутылки со светлячками. [4] В 1920 году американский зоолог Э. Ньютон Харви опубликовал монографию, Природа света животных, подводя итоги ранних работ по биолюминесценции. Харви отмечает, что Аристотель упоминает свет, производимый мертвой рыбой и мясом, и что и Аристотель, и Плиний Старший (в его Естественная история) упомянул свет из влажного дерева. Он также отмечает, что Роберт Бойл экспериментировали с этими источниками света и показали, что и им, и светлячку требуется воздух для получения света. Харви отмечает, что в 1753 г. Дж. Бейкер идентифицировал жгутиконосцев. Noctiluca «как светящееся животное» «видимое невооруженным глазом», [5] и в 1854 г. Иоганн Флориан Хеллер (1813–1871) идентифицировали нити (гифы) грибов как источник света в валежной древесине. [6]
Таки, в его посмертном 1818 г. Рассказ об экспедиции в Заир, описал отлов животных, ответственных за свечение. Он упоминает пеллюцидов, ракообразных (которым он приписывает молочную белизну воды) и раковые образования (креветки и крабы). Под микроскопом он описал «свойство свечения» мозга, напоминающее «блестящий аметист размером с большую булавочную головку». [7]
Чарльз Дарвин заметил биолюминесценцию в море, описав ее в своем Журнал:
Во время плавания в этих широтах одной очень темной ночью море представляло изумительное и прекраснейшее зрелище. Дул свежий ветерок, и каждая часть поверхности, которая днем казалась пеной, теперь светилась бледным светом. Судно прогнало перед носом две волны жидкого фосфора, а вслед за ним последовал молочный поезд. Насколько хватал глаз, гребень каждой волны был ярким, и небо над горизонтом, в отраженном свете этого багрового пламени, не было таким темным, как над остальным небом. [8]
Дарвин также наблюдал светящуюся «медузу из рода Dianaea». [8] и отметил, что «когда волны вспыхивают ярко-зелеными искрами, я полагаю, что это обычно происходит из-за мельчайших ракообразных. Но не может быть никаких сомнений в том, что очень многие другие пелагические животные, когда они живы, фосфоресцируют». [8] Он предположил, что «нарушенное электрическое состояние атмосферы» [8] вероятно был ответственным. Дэниел Поли отмечает, что Дарвину «повезло с большинством его догадок, но не здесь», [9] отмечая, что биохимия была слишком мало известна, и что сложная эволюция вовлеченных морских животных «была бы слишком сложной для утешения». [9]
Биолюминесценция привлекла внимание ВМС США в Холодная война, поскольку подводные лодки в некоторых водах могут создавать достаточно яркий след, чтобы их можно было обнаружить; немецкая подводная лодка была потоплена в Первая мировая война, будучи обнаруженным таким образом. Военно-морской флот был заинтересован в том, чтобы предсказать, когда такое обнаружение станет возможным, и, следовательно, направить свои подводные лодки, чтобы избежать обнаружения. [11]
Среди анекдотов о навигации с помощью биолюминесценции есть один, рассказанный Аполлон-13 космонавт Джим Ловелл, который, будучи летчиком ВМФ, вернулся на свой авианосец USS Шангри-Ла когда его навигационные системы вышли из строя. Выключив свет в своей каюте, он увидел светящийся след корабля и смог подлететь к нему и благополучно приземлиться. [12]
В Французский фармаколог Рафаэль Дюбуа проводил работы по биолюминесценции в конце девятнадцатого века. Он учился жуки-щелкуны (Пирофор) и морской двустворчатый моллюск Pholas dactylus. Он опроверг старую идею о том, что биолюминесценция происходит от фосфора, [13] [а] и продемонстрировал, что процесс был связан с окислением определенного соединения, которое он назвал люциферин, по фермент. [15] Он послал Харви сифоны из консервированного в сахаре моллюска. Харви заинтересовался биолюминесценцией в результате посещения южной части Тихого океана и Японии и наблюдения там за фосфоресцирующими организмами. Он изучал это явление много лет. Его исследование было направлено на то, чтобы продемонстрировать, что люциферин и ферменты, которые воздействуют на него, производя свет, взаимозаменяемы между видами, показывая, что все биолюминесцентные организмы имели общего предка. Однако он обнаружил, что эта гипотеза ошибочна, поскольку разные организмы сильно различаются по составу светопродуцирующих белков. Следующие 30 лет он потратил на очистку и изучение компонентов, но это выпало на долю молодого японского химика. Осаму Шимомура первым получить кристаллический люциферин. Он использовал морской светлячок Vargula hilgendorfii, но прошло еще десять лет, прежде чем он открыл структуру химического вещества и опубликовал свою статью 1957 года. Кристаллический ципридина люциферин. [16] Шимомура, Мартин Чалфи, и Роджер Ю. Цзянь выиграл 2008 Нобелевская премия по химии за открытие и разработку в 1961 г. зеленый флуоресцентный белок как инструмент биологических исследований. [17]
Харви написал подробный исторический отчет обо всех формах люминесценции в 1957 году. [18] Недавно была опубликована обновленная книга по биолюминесценции, охватывающая также двадцатый и начало двадцать первого века. [19] [20]
В 2016 году глубоководные биолюминесцентные кораллы были впервые запечатлены в цветном HD-видео. [21]
Эволюция
Э. Н. Харви (1932) был одним из первых, кто предположил, как могла возникнуть биолюминесценция. [22] В этой ранней статье он предположил, что протобиолюминесценция могла возникнуть из белков дыхательной цепи, которые содержат флуоресцентные группы. Эта гипотеза с тех пор была опровергнута, но она действительно вызвала значительный интерес к истокам этого явления. Сегодня преобладают две гипотезы (обе относительно морской биолюминесценции), выдвинутые Селигер (1993) и Rees et al. (1998). [23] [24]
Теория Селигера определяет ферменты люциферазы как катализатор эволюции биолюминесцентных систем. Это предполагает, что первоначальная цель люцифераз заключалась в создании оксигеназ со смешанными функциями. По мере того, как ранние предки многих видов перемещались в более глубокие и темные воды, естественный отбор способствовал развитию повышенной чувствительности глаз и усилению визуальных сигналов. [25] Если бы отбор благоприятствовал мутации фермента оксигеназы, необходимой для разрушения молекул пигмента (молекулы, часто связанные с пятнами, используемыми для привлечения партнера или отвлечения хищника), это могло бы в конечном итоге привести к внешнему свечению в тканях. [23]
Rees et al. (1998) используют данные, полученные из морского люциферина коэлентеразина, чтобы предположить, что отбор, действующий на люциферины, мог возникнуть из-за давления, направленного на защиту океанических организмов от потенциально вредных активных форм кислорода (АФК) (например, H2О2 и O2 − ). Функциональный сдвиг от антиоксидантной к биолюминесценции, вероятно, произошел, когда сила отбора для антиоксидантной защиты снизилась по мере того, как ранние виды продвигались дальше вниз по толщине воды. На большей глубине воздействие АФК значительно ниже, как и эндогенное производство АФК через метаболизм. [24]
Поначалу популярная теория Селигера подверглась сомнению, особенно в связи с биохимическими и генетическими доказательствами, которые исследует Рис. Однако остается ясным то, что биолюминесценция развивалась независимо по крайней мере 40 раз. [26] Биолюминесценция у рыб началась по крайней мере с Меловой период. Известно, что около 1500 видов рыб являются биолюминесцентными; способность развивалась независимо как минимум 27 раз. Из них 17 связаны с поглощением биолюминесцентных бактерий из окружающей воды, в то время как в других естественный свет возник в результате химического синтеза. Эти рыбы стали удивительно разнообразными в глубинах океана и управляют своим светом с помощью своей нервной системы, используя его не только для приманки добычи или укрытия от хищников, но и для общения. [27] [28]
Общим для всех биолюминесцентных организмов является то, что реакция «люциферина» и кислорода катализируется люциферазой с образованием света. [29] МакЭлрой и Селигер в 1962 году предположили, что биолюминесцентная реакция развивалась для детоксикации кислорода параллельно с фотосинтезом. [30] Сегодня у биолюминесценции другие цели.
Дэвис и др. (2016) доказали, что биолюминесценция развивалась независимо 27 раз в 14 кладах рыб с лучевыми плавниками. Биолюминесценция присутствует не только у рыб с плавниковыми плавниками, но и у бактерии, динофлагелляты, радиолярии, гребневики, книдарийцы, моллюски, ракообразные, иглокожие и оболочки. Чаще всего встречается среди рыб, кальмаров и зоопланктон. Однако не каждый организм обладает врожденной способностью излучать биолюминесценцию. Некоторые организмы адаптировались вместе с биолюминесцентными симбионтами. Эти организмы развили симбиотические отношения, обычно с бактериями, чтобы иметь возможность использовать биолюминесценцию в морских глубинах.
Химический механизм
Вместо люциферазы медузы Aequorea victoria использует другой тип белка, называемый фотобелок, в данном случае конкретно экуорин. [34] Когда добавляются ионы кальция, быстрое катализ создает короткую вспышку, совершенно непохожую на продолжительное свечение люциферазы. На втором, гораздо более медленном этапе, люциферин регенерируется из окисленной (оксилюциферин) формы, что позволяет ему рекомбинировать с экворином для подготовки к последующей вспышке. Фотобелки, таким образом, ферменты, но с необычной кинетикой реакции. [35] Кроме того, часть синего света, выделяемого экворином при контакте с ионами кальция, поглощается зеленый флуоресцентный белок, который, в свою очередь, дает зеленый свет в процессе, называемом резонансная передача энергии. [36]
В целом биолюминесценция возникала более 40 раз за историю эволюции. [31] В эволюция, люциферины имеют тенденцию мало различаться: в частности, один, коэлентеразин, это светоизлучающий пигмент для девяти тип (группы очень разных организмов), в том числе полицистин радиолярии, Cercozoa (Феодария), простейшие, гребешки, книдария в том числе медуза и кораллы, ракообразные, моллюски, стрела черви и позвоночные (рыба с плавниками). Не все эти организмы синтезируют коелентеразин: некоторые из них получают его с пищей. [31] И наоборот, ферменты люциферазы широко различаются и имеют тенденцию быть разными у каждого вида. [31]
Распределение
Не морская биолюминесценция распространена менее широко, два наиболее известных случая относятся к светлячки и светлячки. Прочие беспозвоночные, включая насекомых личинки, кольчатые червя и паукообразные обладают биолюминесцентными способностями. Некоторые формы биолюминесценции ярче (или существуют только) ночью, после циркадный ритм.
Пелагическая зона
Биолюминесценция широко распространена в пелагиали, с наибольшей концентрацией на глубинах, лишенных света и поверхностных вод ночью. Эти организмы участвуют в суточной вертикальной миграции из темных глубин к поверхности в ночное время, рассредоточивая популяцию биолюминесцентных организмов по пелагической водной толще. [40] Распространение биолюминесценции по разным глубинам в пелагиали объясняется давлением отбора, вызванным хищниками, и отсутствием мест, где можно спрятаться в открытом море. [40] На глубинах, куда никогда не проникает солнечный свет, часто ниже 200 м, важность биолюминесценции очевидна в сохранении функциональных глаз для организмов для обнаружения биолюминесценции. [40] Он также загнал организмы, способные использовать биолюминесценцию для общения, а также оптически скрывать, на более глубокие глубины, где свет становится все более ограниченным.
Бактериальные симбиозы
Организмы часто сами производят биолюминесценцию, но редко они создают ее из внешних явлений. Однако бывают случаи, когда биолюминесценция производится бактериальными симбионтами, которые находятся в симбиотических отношениях с организмом-хозяином. Хотя многие светящиеся бактерии в морской среде являются свободноживущими, большинство из них находится в симбиотических отношениях, в которых в качестве хозяев участвуют рыбы, кальмары, ракообразные и т. Д. Самые яркие бактерии обитают в морском море, с Фотобактерии и Вибрион родов, доминирующих в морской среде. [41]
В симбиотических отношениях бактерии извлекают выгоду из источника питания и убежища для роста. Хозяева получают этих бактериальных симбионтов либо из окружающей среды, либо из окружающей среды. нерест, или светящиеся бактерии эволюционируют вместе со своим хозяином. [42] Коэволюционные взаимодействия предполагаются, поскольку анатомические адаптации организмов-хозяев стали специфичными только для определенных светящихся бактерий, чтобы удовлетворить экологическую зависимость биолюминесценции. [43]
Бентическая зона
Биолюминесценция широко изучается среди видов, обитающих в мезопелагиали, но бентосная зона на мезопелагических глубинах остается широко неизвестным. Бентические среды обитания на глубинах за пределами мезопелагиали также плохо изучены из-за тех же ограничений. В отличие от пелагической зоны, где излучение света в открытом море не нарушается, появление биолюминесценции в придонной зоне менее распространено. Это было связано с блокировкой излучаемого света рядом источников, таких как морское дно, а также неорганические и органические структуры. [44] Визуальные сигналы и общение, которые преобладают в пелагической зоне, такие как противоосвещение, могут не работать или не иметь отношения к бентической сфере. [44] Биолюминесценция у батиальных бентосных видов до сих пор остается малоизученной из-за трудностей сбора видов на этих глубинах. [44]
Использование в природе
Биолюминесценция выполняет несколько функций в разных таксонах. Стивен Хэддок и другие. (2010) перечисляют в качестве более или менее определенных функций у морских организмов следующие: защитные функции испуга, противодействие освещению (маскировка), неверное направление (дымовая завеса), отвлекающие части тела, охранная сигнализация (облегчение наблюдения хищникам высшим хищникам) и предупреждение для отпугивания поселенцев; наступательные функции заманивания, оглушения или запутывания добычи, освещения добычи и привлечения / узнавания партнера. Исследователям гораздо легче обнаружить способность определенного вида излучать свет, чем анализировать химические механизмы или доказывать, какую функцию выполняет свет. [31] В некоторых случаях функция неизвестна, например, с видами трех семейств дождевых червей (Олигохета), Такие как Диплокардия длинная где целомическая жидкость излучает свет, когда животное движется. [45] У названных организмов достаточно хорошо установлены следующие функции.
Противосветовой камуфляж
У многих глубоководных животных, в том числе у нескольких Кальмар видов, бактериальная биолюминесценция используется для камуфляж к встречное освещение, в котором животное соответствует верхнему свету окружающей среды, если смотреть снизу. [46] У этих животных фоторецепторы управляют освещением в соответствии с яркостью фона. [46] Эти световые органы обычно отделены от ткани, содержащей биолюминесцентные бактерии. Однако у одного вида Сколопы Euprymna, бактерии являются неотъемлемой частью светового органа животного. [47]
Привлечение
Биолюминесценция используется по-разному и для разных целей. Перистый осьминог Stauroteuthis syrtensis использует излучает биолюминесценцию из своих присосок подобных структур. [48] Считается, что эти структуры произошли от того, что более известно как присоски осьминога. У них нет той же функции, что и у обычных присосок, потому что у них больше нет никаких навыков обращения или борьбы из-за эволюции фотофоры. Размещение фотофоров находится в пределах досягаемости ротовой полости животных, что заставляет исследователей предположить, что они используют биолюминесценцию для захвата и заманивания добычи. [49]
А грибной комар из Новой Зеландии, Arachnocampa luminosa, обитает в пещерах, где нет хищников, и его личинки излучают голубовато-зеленый свет. [50] Они мотают шелковые нити, которые светятся и привлекают летающих насекомых, и накручивают свои лески, когда добыча запутывается. [51] Аналогичную функцию выполняет биолюминесценция личинок другого грибного комара из Северной Америки, обитающего на берегах ручья и под навесами. Орфелия фултони строит липкую паутину и излучает темно-синий свет. Он имеет встроенные биологические часы и даже в полной темноте включает и выключает свет в циркадный ритм. [20]
Светлячки использовать свет, чтобы привлечь товарищи. Две системы задействованы в зависимости от вида; в одном из них самки излучают свет своим брюшком, чтобы привлечь самцов; с другой стороны, летающие самцы излучают сигналы, на которые реагируют иногда сидячие самки. [45] [52] Щелкунчики излучают оранжевый свет от живота при полете и зеленый свет от грудной клетки, когда они потревожены или передвигаются по земле. Первый, вероятно, является сексуальным аттрактантом, но второй может быть защитным. [45] Личинки жука-щелкуна Pyrophorus nyctophanus живут в поверхностных слоях термитников в Бразилии. Они освещают холмы, излучая яркое зеленоватое свечение, которое привлекает летающих насекомых, которыми они питаются. [45]
В морской среде использование люминесценции для привлечения партнера в основном известно среди остракоды, маленькие креветки ракообразные, особенно в семье Cyprididae. Феромоны может использоваться для связи на большом расстоянии, при этом биолюминесценция используется на близком расстоянии, чтобы позволить товарищам «вернуться домой». [31] А полихета червь Бермудский огненный червь создает краткую демонстрацию, через несколько ночей после полнолуния, когда самка загорается, чтобы привлечь самцов. [53]
Защита
Защитные механизмы биолюминесцентных организмов могут иметь множество форм; пугающая добыча, противосвет, дымовая завеса или неверное направление, отвлекающие части тела, охранная сигнализация, жертвенная бирка или блеклая окраска. Семейство креветок Oplophoridae Dana использует свою биолюминесценцию как способ напугать преследующего их хищника. [54] Acanthephyra purpureaиз семейства Oplophoridae использует свои фотофоры для излучения биолюминесценции, а также способен выделять ее в присутствии хищника. Этот секреторный механизм характерен для рыб, которые чаще являются добычей, чем хищниками. [55]
Много головоногие моллюски, в том числе не менее 70 роды из Кальмар, являются биолюминесцентными. [31] Некоторые кальмары и маленькие ракообразные использовать биолюминесцентные химические смеси или бактериальные суспензии так же, как и многие кальмары чернила. Облако люминесцентного материала выбрасывается, отвлекая или отпугивая потенциального хищника, а животное убегает в безопасное место. [31] Глубоководный кальмар Octopoteuthis deletron май аутотомия части его рук, которые светятся и продолжают подергиваться и мигать, отвлекая хищника, пока животное убегает. [31]
Динофлагелляты может использовать биолюминесценцию для защиты от хищники. Они светятся, когда обнаруживают хищника, возможно, делая самого хищника более уязвимым, привлекая внимание хищников с более высоких трофических уровней. [31] Выпас веслоногих ракообразных высвобождает любые мигающие клетки фитопланктона, не повреждая их; если бы их съели, они заставили бы рачков светиться, привлекая хищников, так что биолюминесценция фитопланктона является защитной. Проблема сияющего содержимого желудка решена (и объяснение подтверждается) у хищных глубоководных рыб: их желудки имеют черную подкладку, способную не пропускать свет от любой биолюминесцентной добычи, которую они проглотили, от привлечения более крупных хищников. [9]
В морской светлячок это небольшое ракообразное, живущее в донных отложениях. В состоянии покоя он излучает тусклое свечение, но когда его потревожить, он улетает, оставляя облако мерцающего синего света, сбивающее с толку хищника. Во время Второй мировой войны его собирали и сушили для использования японскими военными в качестве источника света во время тайных операций. [16]
Предупреждение
Коммуникация
Общение в виде проверка кворума играет роль в регулировании люминесценции у многих видов бактерий. Небольшие внеклеточно секретируемые молекулы стимулируют бактерии включать гены для производства света, когда плотность клеток, измеряемая по концентрации секретируемых молекул, высока. [31]
Пиросомы колониальные оболочки и каждый зооид имеет пару люминесцентных органов по обе стороны от входного сифона. Под воздействием света они включаются и выключаются, вызывая ритмичное мигание. Между зооидами нет нервных путей, но каждый реагирует на свет, производимый другими особями, и даже на свет от других близлежащих колоний. [61] Связь посредством излучения света между зооидами позволяет координировать усилия колонии, например, при плавании, когда каждый зооид обеспечивает часть движущей силы. [62]
Некоторые биолюминесцентные бактерии заражают нематоды которые паразитируют Чешуекрылые личинки. Когда эти гусеницы умирают, их светимость может привлечь хищников к мертвому насекомому, тем самым способствуя распространению как бактерий, так и нематод. [45] Похожая причина может быть причиной многих видов грибов, излучающих свет. Виды в родах Армиллярия, Микена, Омфалот, Панеллус, Pleurotus и другие делают это, излучая обычно зеленоватый свет от мицелий, колпачок и жабры. Это может привлечь ночных летающих насекомых и способствовать распространению спор, но могут быть задействованы и другие функции. [45]
Мимикрия
Биолюминесценция используется различными животными для имитировать другие виды. Многие виды глубоководная рыба такой как удильщик и рыба-дракон использовать агрессивная мимикрия привлекать добыча. У них есть придаток на их головах называется Esca который содержит биолюминесцентные бактерии, способные производить длительное свечение, которым рыба может управлять. Светящуюся эску болтают или машут руками, чтобы заманить мелких животных на расстояние досягаемости рыб. [31] [64]
В резак акула использует биолюминесценцию, чтобы замаскировать нижнюю сторону за счет противосветления, но небольшое пятно возле грудных плавников остается темным, выглядя как маленькая рыба для крупных хищных рыб, таких как тунец и скумбрия плавание под ним. Когда такие рыбы подходят к приманке, их кусает акула. [65] [66]
женский Photuris светлячки иногда имитируют световой узор другого светлячка, Фотин, чтобы привлечь его самцов в качестве добычи. Таким образом они получают как пищу, так и защитные химические вещества, названные люцибуфагины, который Photuris не может синтезировать. [67]
Южноамериканские гигантские тараканы из рода Lucihormetica считались первым известным примером защитной мимикрии, испускания света в имитации биолюминесцентных ядовитых жуков-щелкунов. [68] Однако это утверждение было подвергнуто сомнению, и нет убедительных доказательств того, что тараканы являются биолюминесцентными. [69] [70]
Освещение
В то время как большая часть морской биолюминесценции имеет цвет от зеленого до синего, иногда стрекозы в родах Аристостомия, Пахистомии и Малакостей испускают красное свечение. Эта адаптация позволяет рыбе видеть добычу с красным пигментом, которая обычно отсутствует в глубоководной среде океана, где красный свет отфильтрован водяным столбом. [71]
Черная рыба-дракон (также называемая отвисшей челюстью северного стоп-сигнала) Malacosteus niger вероятно, единственная рыба, излучающая красное свечение. Его глаза, однако, нечувствительны к этой длине волны; он имеет дополнительный пигмент сетчатки, который при освещении светится сине-зеленым светом. Это предупреждает рыбу о присутствии добычи. Считается, что дополнительный пигмент ассимилируется из хлорофилл производные, найденные в копеподы которые являются частью его диеты. [72]
Ученые перенесли биолюминесценцию грибов на растения табака, заставив их светиться на протяжении всего жизненного цикла без каких-либо внешних химических веществ. [73]
Биотехнологии
Биология и медицина
Биолюминесцентные организмы являются мишенью для многих областей исследований. Люциферазные системы широко используются в генная инженерия так как репортерные гены, каждый из которых дает разный цвет за счет флуоресценции, [74] [75] и для биомедицинских исследований с использованием биолюминесцентная визуализация. [76] [77] [78] Например, ген люциферазы светлячков был использован еще в 1986 году для исследований с использованием трансгенных растений табака. [79] Вибрион симбиоз бактерий с морские беспозвоночные такой как Кальмар гавайский бобтейл (Сколопы Euprymna), являются ключевыми экспериментальные модели для биолюминесценции. [80] [81] Биолюминесцентное активированное разрушение экспериментальное лечение рака. [82] Смотрите также оптогенетика который включает использование света для управления клетками в живой ткани, обычно нейронами, которые были генетически модифицированы для экспрессии светочувствительных ионных каналов.
Легкое производство
Структуры фотофорысветопродуцирующие органы у биолюминесцентных организмов исследуются промышленные дизайнеры. Возможно, однажды искусственная биолюминесценция может быть использована для уменьшения потребности в уличном освещении или в декоративных целях, если станет возможным производить свет, который будет одновременно достаточно ярким и может поддерживаться в течение длительного времени по приемлемой цене. [11] [83] [84] Ген, образующий хвосты светлячки горчичным растениям добавлено сияние. При прикосновении растения слабо светятся в течение часа, но чтобы увидеть это свечение, необходима чувствительная камера. [85] Университет Висконсина-Мэдисона исследует использование генно-инженерных биолюминесцентных Кишечная палочка бактерии, для использования в качестве биолюминесцентные бактерии в лампочка. [86] В 2011, Philips запустила микробиологическую систему для домашнего освещения. [87] [88] An iGEM команда из Кембриджа (Англия) приступила к решению проблемы, связанной с потреблением люциферина в реакции производства света, путем разработки части генетической биотехнологии, которая кодирует регенерирующий фермент люциферин из североамериканского светлячка; этот фермент «помогает усилить и поддерживать световой поток». [89] В 2016 году французская компания Glowee начала продавать биолюминесцентные лампы, ориентируясь на витрины магазинов и муниципальные уличные указатели в качестве своих основных рынков. [90] Во Франции действует закон, запрещающий розничным торговцам и офисам освещать окна с 1 до 7 часов утра, чтобы минимизировать потребление энергии и загрязнение окружающей среды. [91] [92] Glowee надеялась, что их продукт обойдет этот запрет. Они использовали бактерии под названием Aliivibrio fischeri которые светятся в темноте, но максимальный срок службы их продукта составил три дня. [90] В апреле 2020 года ученые сообщили о том, что генетически модифицированные растения светятся намного ярче, чем это было возможно ранее, благодаря вставке генов биолюминесцентный гриб Neonothopanus nambi. Свечение является самоподдерживающимся, работает за счет преобразования растений. кофейная кислота в люциферин и, в отличие от ранее использовавшихся генов бактериальной биолюминесценции, имеет высокий световой поток, видимый невооруженным глазом. [93] [94] [95] [96] [97]