Какво е биолуминесценция и как се използва от хората и природата
Морето беше ярко осветено зад кораба, с еднороден и леко млечен цвят. Когато водата беше поставена в бутилка, тя генерира искри
Първият дневник на зоологическата градина на Чарлз Дарвин е написан, докато е бил на борда. Бийгъл на брега на Тенерифе, на 6 януари 1832 г. Това, което Дарвин видя, всъщност бяха биолуминесцентни морски създания, произвеждащи светлина, която трептеше в отговор на физически смущения.
Биолуминесценцията, производството и излъчването на светлина от живите организми, се превърна в задънена улица за Дарвин. Той се опита да обясни защо това явление се е случило при отделни видове по привидно случаен начин. Но сега знаем, че биолуминесценцията се е развила независимо поне 40 пъти на сушата и в морето.
Дарвин не е първият, който изследва биолуминесценцията. Гръцкият философ Аристотел отбелязва, че биолуминесценцията е вид "студена" светлина - тъй като тя не произвежда топлина - около 350 г. пр. Н. Е. Изследователите са установили, че тази форма на хемилуминесценция произвежда синьо-зелена светлина в резултат на окисляването на съединение, наречено луциферин ("донасяне на светлина") от ензим, наречен луцифераза.
Повече от 75% от дълбоките създания произвеждат собствена светлина. Например рибите използват биолуминесцентни примамки, подобни на въдиците, за да привличат плячка в големите си усти. Интригуващо е, че светлината на риболовните риби (Lophiiformes) всъщност се произвежда от Photobacterium, бактерия, която живее в симбиоза с рибата в нейния мащаб.
Хавайските калмари - Euprymna scolopes - които живеят в плитки води, също имат симбиотична връзка с биолуминесцентна бактерия, Aliivibrio fischeri. През нощта тези бактерии започват да светят и калмарите използват светлината си, за да се маскират в нощното небе. Тази стратегия за контраосветление е подобна на мантия от невидимост.
На разсъмване калмарите изхвърлят около 95% от ярките бактерии от своите леки органи и хранят останалите 5% с достатъчно хранителни вещества, за да растат през целия ден. Критичната маса се достига отново с настъпването на вечерта, след което светлината се включва отново.
Изследването на тази бактерия доведе до откриването на микробиологични феномени, наречени "кворум сензор". Този "химичен език" се използва от Aliivibrio fischeri за преброяване на съседите си. По този начин се гарантира, че при трансформирането на биолуминесцентни гени няма загуба на енергия, преди да има достатъчно клетки в леките органи на калмарите (обикновено около 10 милиона клетки на милилитър).
По-близо до повърхността на морето, биолуминесценцията се генерира от планктон, наречен Noctiluca scintillans, известен като "голямата искра". Този микроскопичен организъм произвежда светкавични светкавици в отговор на физически смущения, когато вълните се разбиват на брега или когато камъкът е хвърлен във водата. Биолуминесцентната реакция в отговор на дразнители се нарича ефект на „алармена кражба“. Когато е нападнат от хищник, колективната светкавична светкавица плаши нападателя и маркира неговата позиция, предупреждавайки хищници от по-висок ранг.
Биолуминесценция и хора
През цялата история хората са изобретили гениални начини да използват биолуминесценцията в своя полза. Ярките полета са били използвани от племената, за да осветяват пътя през гъсти джунгли, например, докато светулките са били използвани от миньорите като ранна предпазна лампа. Може би вдъхновени от тези приложения, изследователите се връщат към биолуминесценцията като потенциална форма на зелена енергия. В недалечното бъдеще традиционните улични лампи могат да бъдат заменени с дървета и биолуминесцентни сгради.
Днес биолуминесценцията от Aliivibrio fischeri се използва за наблюдение на токсичността на водата. Когато е изложен на замърсители, производството на светлина от бактериалната култура намалява, което сигнализира за възможното присъствие на замърсител.
Биолуминесценцията играе важна роля дори във войната. Биолуминесцентните организми помогнаха да потопи последния германски кораб в Германия по време на Втората световна война през ноември 1918 г. Съобщава се, че подводницата е плавала през биолуминесцентно цвете, оставяйки ярко треперене, последвано от съюзници.
Но имаше и защитна роля. След една от най-кървавите битки на американската гражданска война в Шило, раните на някои от ранените войници започнаха да блестят. Тези ярки рани заздравяват по-бързо и по-чисто и феноменът става известен като „Ангелският блясък“. Сиянието вероятно е причинено от Photorhabdus luminescens, бактерия, която живее в почвата и отделя антимикробни съединения, като по този начин предпазва войниците от инфекция.
Медицинските приложения на биолуминесценцията обаче са тези, които са привлекли най-голям ентусиазъм. През 2008 г. бе присъдена Нобелова награда за химия за откриването и разработването на зелен флуоресцентен протеин (GFP). GFP се намира естествено в кристалната медуза Aequorea victoria, която за разлика от описания досега механизъм на биолуминесценция е флуоресцентен. Това означава, че протеинът трябва да се възбуди от синята светлина, преди да излъчи характерната зелена светлина. От откриването си GFP е генетично въведен в различни клетъчни типове и дори животни, за да хвърли светлина върху важни аспекти на клетъчната биология и динамиката на заболяванията.
Еволюционният процес, който завърши с биолуминесценция, отне милиони години, но неговите научни приложения продължават да революционизират съвременния ни свят.