Животные светятся в темноте

Что за вещество светится во всеразличных игрушках зеленоватым светом в темноте после «зарядки» на свету?

Naeel Maqsudov 3269 3 года назад Эксперт TQ по темам: IT, телеком, телефония, базы данных, интеграционные решения, естествознание, образование. АВТОР ВОПРОСА ОДОБРИЛ ЭТОТ ОТВЕТ

Это один из видов люминофоров — фотолюминофор. Люминофоры светятся, а фотолюминофоры обладают послесвечением. Есть и природные минералы с такими свойствами, и синтетически получаемые вещества. Их основу составляют сульфат кальция, сульфат бария, сернистый цинк, сернистая медь, некоторые соли висмута… Он химического состава зависит цвет. Чаще всего он зелёный, но может быть также жёлтым и даже красным.

Не вдаваясь в детали, суть явления в том, что при даже довольно слабом воздействии снаружи электроны в их атомах переходят на высокие энергетические уровни и не сразу могут вернуться обратно, а когда всё-таки возвращаются, то естественно происходит излучение кванта света. Этот отложенный во времени эффект мы и наблюдаем как послесвечение.

Краску с такими минералами наносили на ёлочные игрушки. Люминофоры добавляли в пластик из которого отливали фигурки. С детства помню стоящие в серванте фигурки оленя и орла. Распространённое явление в СССР. Почему-то мне говорили, что там фосфор. 🙂

Сейчас в детских игрушках используют совершенно безвредные люминофоры, а раньше раньше применялись не только соли тяжёлых металлов и ядовитые соединения, но даже соединения радиоактивных изотопов, например, радия-220. Излучение в пределах всех норм, но излучение подзаряжает люминофор, и его послесвечение может превышать 12 часов. Например, на стрелках приборов в самолётах применялись такие люминофоры.

Какие бывают светящиеся животные?

Если нам предложат вспомнить какое-нибудь светящееся животное, то, скорее всего, мы назовем жучка-светлячка. Но на самом деле, способностью светиться в темноте обладает не только он один. Особенно богаты на таких обитателей моря и океаны.

Разновидности морских светящихся животных

На берегу Черного моря часто можно увидеть захватывающее природное зрелище. На водной поверхности с мелкой рябью вдруг сверкает полоска света, за ней идет вторая, потом третья… Кто зажигает эти красочные огоньки?

Ученые давно выяснили, что все дело в миллиардах микроскопических организмов — инфузорий ночесветок, которые в великом множестве водятся в морских водах. Внутри каждой инфузории есть несколько желтых шариков — именно они и являются источником света.

Если с поверхности моря погрузиться вглубь, то мы откроем еще больше светящихся животных.

1. Медузы, раскинувшие свои студенистые тела-зонтики, могут светиться разными цветами: желтым, голубым, зеленым и красным.
2. Есть “светлячки” и среди рыб. У кого-то светятся глаза, у кого-то прямо на морде вырос нарост, излучающий свет, словно лампочка, у третьей (рыба — удильщик) к нижней челюсти прикреплен шнур со светящимся концом. Еще есть рыбы, которые светятся всем телом, благодаря особым органам, расположенным вдоль него, например, рыба — топорик.
3. Светящиеся морские животные есть даже в самых глубоководных впадинах, куда не проникает ни одного луча света извне. На самом дне, среди камней можно увидеть светящихся моллюсков и червей. Их тела, словно алмазной пылью, усеяны крапинками и пятнами, излучающими свечение. На уступах скал в окружении света лежат морские звезды, а глубоководный рак освещает себе путь огромными глазами.
4. В подводном мире можно встретить и испускающие свет кораллы и полипы, например, Морское перо и обычная веточка красных кораллов.

Разновидности светящихся животных, обитающих на суше

На суше способностью светиться в темноте обладают, в основном, жуки. Так, в одной только Европе их насчитывается шесть видов, объединенных в одно большое семейство “лампирид” или светляков. Жуки — светлячки могут устроить очень красочное зрелище, когда в темное время суток облепят какое-нибудь дерево или кустарник.

Есть светящиеся особи и среди наземных микроорганизмов — светящиеся бактерии. Они могут жить как сами по себе, так и паразитировать на трупах животных или гнилых пнях.

Почему светятся животные?

Примером того, каким образом некоторые животные излучают свет, может послужить головоногий моллюск. В его коже расположены маленькие твердые образования овальной формы. Их передняя прозрачная часть выступает из кожных покровов наружу и работает как хрусталик человеческого глаза. Задняя часть образования находится в толще кожи, как бы завернутая в черную мантию из пигментных клеток.

Под этой мантией расположены еще несколько рядов серебристых клеток, которые являются средней частью светящегося органа моллюска. А еще ниже есть сложные клетки, похожие на нервные окончания сетчатки глаза млекопитающего. Именно они выстилают всю внутреннюю поверхность овального образования (тельца) и выпускают наружу свет, преломляемый и усиливаемый передней прозрачной частью.

Свет удваивается также благодаря специальным рефлекторам в коже моллюска, расположенных рядом с овальным тельцем. По форме эти рефлекторы похожи на вогнутые зеркала и, в свою очередь, также состоят из нескольких слоев светочувствительных клеток.

Светоустройство головоногого моллюска — самое сложное в животном мире. Светящиеся аппараты остальных существ устроены попроще.

Очень многие организмы растительного и животного мира способны излучать свет. На данный момент таких животных насчитывается порядка 800 видов, часть которых относится к глубоководным обитателям.

Это одноклеточные (ночесветки), кишечнополостные (морские перья, гидроиды, медузы, сифонофоры), гребневики, различные ракообразные, моллюски (особенно глубоководные кальмары), черви и иглокожие. Но не стоит забывать и про рыб, ярким примером которых являются удильщики.

Рассказать обо всех «светящихся в ночи» не хватит времени, поэтому мы решили составить Топ-10 наиболее интересных светящихся представителей глубоководного мира.

1. Морское перо (лат. Pennatula phosphorea)

Морское перо относится к группе перистых известковых полипов. Известны своей способностью светиться. Свечение – это реакция полипа на различные раздражители. Распространены в тропических и субтропических водах Атлантического океана и Средиземного моря. Селятся колониями на песчаном или илистом морском дне. Питаются планктоном и органикой. Вырастают до 40 сантиметров (верхняя и нижняя части), но на поверхности их «перо» не превышает 25 сантиметров. Всего насчитываются порядка 300 видов.

Морское перо (лат. Pennatula phosphorea)

2. Рыба-топорик ( лат. Sternoptychidae)

Рыба-топорик обитает на глубине 200-600 метров, но некоторые экземпляры можно встретить и на глубине до 2 километров. Благодаря узкому хвосту и широкому плоскому телу внешне они чем-то похожи на топор. За что, собственно, и получили свое название. Вырастают не более 7-8 сантиметров. Хищники. Фотофоры (органы свечения) расположены на брюшке. Во время свечения, для рыб, обитающих на большей глубине, его силуэт становится размытым. Поэтому способность к свечению у этих рыб служит для маскировки, а не для заманивания добычи, например как у удильщиков. Рыбы-топорики могут регулировать интенсивность своего сияния.

Рыба-топорик (лат. Sternoptychidae)

3. Гребневики (лат. Ctenophora)

У каждого представителя этого типа морских беспозвоночных животных имеются «гребни» — гребные пластинки, которые представляют склеенные между собой пучки ресничек. Размеры очень разнообразны – от 2-2,5 мм до 3 м (например, венерин пояс (Cestum Veneris)). Тело похоже на мешочек, на одном конце которого располагается рот, а на другом органы равновесия. У гребневиков нет стрекательных клеток, поэтому пища захватывается сразу ртом или ловчими щупальцами (у гребневиков класса Щупальцевые (Tentaculata)). Они гермафродиты. Питаются планктоном, мальками рыб и другими гребневиками.

4. Светящиеся глубоководные многощетинковые черви или черви-бомбисты (лат. Swima bombiviridis)

Черви-бомбисты были обнаружены в Тихом океане – у побережья Филиппин, Мексики и США. Обитают на глубине от 1,8 до 3,8 километров. Их тело состоит из сегментов и прикрепленных к ним щетинок. Очень хорошо плавают. Делают это при помощи волнообразных движений своего тела. В длину вырастают от 2 до 10 сантиметров.

Основным их способом защиты является запуск «бомбочек» — простых мешочков, наполненных гемолимфой – веществом, которое является «кровью» у беспозвоночных. При приближении противника эти бомбочки отделяются от червя и начинают люминесцировать.

Светящиеся глубоководные многощетинковые черви или черви-бомбисты (лат. Swima bombiviridis)

5. Глубоководный кальмар «Чудесная лампа» (лат. Lycoteuthis diadema Chun)

Обитает на глубине 500-1000 метров. Он буквально усеян фотофорами различных размеров, большая часть которых располагается на глазах (на веках и даже в глазном яблоке). Иногда они сливаются в сплошные светящиеся полосы, которые окружают глаз. Он может регулировать интенсивность свечения своих «фар». Питается рыбой и различными позвоночными. Имеет чернильный мешок.

Глубоководный кальмар «Чудесная лампа» (лат. Lycoteuthis diadema Chun)

6. Гигантский глубоководный кальмар Taningia danae

Это самый большой биолюминесцентный кальмар. Известный науке экземпляр достигает в длину 2,3 метра и весит около 60 килограммов. Обитает в тропических и субтропических водах на глубине около 1000 метров. Агрессивный хищник. Скорость преследования составляет 2,5 метра в секунду. Кальмар перед нападением излучает короткие световые вспышки при помощи специальных органов, расположенных на щупальцах. Есть несколько предположений о том, для чего ему нужны эти вспышки света:

1. Они помогают кальмару ослепить жертву;
2. позволяют измерить расстояние до цели;
3. или являются элементом ухаживания.

7. Глубоководный удильщик (лат. Ceratioidei)

Яркий представитель глубоководный светящихся рыб . Одна из самых страшных рыб в мире. Обитает на глубине до 3000 метров. Отличительной особенностью является отросток на голове у самок, на конце которого располагается мешочек со светящимися бактериями. Он выполняет роль приманки для других глубоководных рыб. Удильщики также питаются ракообразными и головоногими. Очень прожорливы.

С более подробной информацией об этих рыбах Вы сможете ознакомиться .

Глубоководный удильщик (лат. Ceratioidei)

8. Креветки Systellaspis

Это глубоководные креветки. Фотофоры у них располагаются на теле и на специальных участках печени, которые просвечивают сквозь покровы тела. Эти креветки также способны выбрасывать светящуюся жидкость, которая отпугивает противников. К тому же это свечение помогает им находить друг друга в период размножения. У каждого вида этих креветок определенные светящиеся участки. Это помогает им различать друг друга.

Креветки Systellaspis

9. Адский вампир или адский кальмар-вампир (лат. Vampyroteuthis infernalis)

Уникальное глубоководное животное. Обитает в «зоне кислородного минимума». Небольших размеров. Излучает свечение.

Если хотите познакомиться с ним поближе, то Вам сюда.

Адский вампир или адский кальмар-вампир (лат. Vampyroteuthis infernalis) (англ. Vampire Squid)

10. Идиакант или черная рыба-дракон (лат. Idiacanthus)

Мы не смогли обойти эту рыбу стороной. Идиакант наряду с удильщиками является глубоководной рыбой и плавает на глубине от 500 до 2000 метров. Местами обитания являются тропические и умеренные воды Атлантического, Тихого и Индийского океанов. У нее длинное змеевидное тело. Длина самок в несколько раз превышает длину самцов. У идиаканта светится не только чешуя, но и длинные острые зубы. Вот можно познакомиться с этой рыбой поближе.

Идиакант или черная рыба-дракон (лат. Idiacanthus)

Почему они светятся: люминесценция в живой природе

Другой классический пример биолюминесценции — древесные гнилушки. Светится в них не само дерево, а мицелий обыкновенного опенка. А у высших грибов рода Mycena, тоже растущих на гниющем дереве, но в теплых краях вроде Бразилии и Японии, светятся плодовые тела — то, что обычно называют грибами (хотя плесневые, дрожжевые и прочие грибки — это тоже грибы, только низшие). Один из видов этого рода называется M. lux-coeli, «мицена — свет небесный».

Самое яркое применение биолюминесценции — создание трансгенных растений и животных. Первую мышь с геном GFP, внедренным в хромосомы, создали в 1998 году. Светящиеся белки нужны для отработки методик внедрения чужих генов в хромосомы самых разных организмов: светится — значит, метод работает, можно использовать его для введения в геном целевого гена. Первые светящиеся рыбки — трансгенные данио (Brachydanio rerio) и японская рисовая рыбка медака (Orizias latipes) — появились в продаже в 2003 году.

Светящееся море

Те, кому повезло купаться в море ночью во время его свечения, на всю жизнь запомнят это феерическое зрелище. Чаще всего причина свечения — жгутиконосные водоросли ночесветки (Noctiluca). В отдельные годы их численность возрастает настолько, что светится все море. Если вам не повезет и вы окажетесь на берегах теплых морей в неподходящее время, попробуйте налить морскую воду в банку и добавить туда немного сахара. Ноктилюки среагируют на это усилением активности белка люциферина. Взболтайте воду и любуйтесь голубоватым свечением. А когда налюбуетесь, можете вспомнить о том, что смотрите на одну из нерешенных тайн природы: неясность эволюционных механизмов появления у самых разных таксонов способности светиться отметил в отдельной главе «Происхождения видов» еще Дарвин, и с тех пор ученым так и не удалось пролить на этот вопрос свет истины.

Свечение могло развиться у организмов, живущих в условиях хорошей освещенности, на основе пигментных соединений, выполняющих светозащитную функцию. Но постепенное накопление признака — один фотон в секунду, два, десять — и у них, и у их ночных и глубоководных родственников не могло повлиять на естественный отбор: такое слабое свечение не ощущается даже самыми чувствительными глазами, а появление готовых механизмов интенсивного свечения на голом месте тоже выглядит невозможным. И даже функции свечения у многих видов остаются непонятными.

Зачем они светятся?

Светящиеся колонии бактерий и грибы привлекают насекомых, которые распространяют микробы, споры или мицелий. Насекомоядные личинки новозеландских комаров Arachnocampa плетут ловчую сеть и подсвечивают ее собственным телом, привлекая насекомых. Световые вспышки могут отпугнуть хищников от медузы, гребневика и других беспомощных и нежных созданий. С той же целью растущие на мелководье кораллы и другие колониальные животные светятся в ответ на механическое раздражение, а их соседи, которых никто не трогал, тоже начинают мерцать. Глубоководные кораллы превращают доходящий до них слабый коротковолновой свет в излучение с большей длиной волны — возможно, для того чтобы обеспечить возможность фотосинтеза обитающим в их тканях симбиотическим водорослям.

Удочка с лампочкой Отряд удильщикообразных (Lophiiformes) — самые разнообразные (16 семейств, свыше 70 родов и свыше 225 видов) и, пожалуй, самые интересные из глубоководных рыб. (Многие знакомы с морскими удильщиками не по учебнику зоологии, а по мультфильму «В поисках Немо»). Самки удильщиков — хищники с большим ртом, мощными зубами и сильно растягивающимся желудком. Иногда на поверхности моря находят мертвых удильщиков, подавившихся рыбой, превышающей их по размерам более чем в два раза: выпустить ее хищник не может из-за строения своих зубов. Первый луч спинного плавника у них превращен в «удочку» (иллиций) со светящимся «червячком» (эской) на конце. Она представляет собой железу, заполненную слизью, в которой заключены биолюминесцентные бактерии. Благодаря расширению стенок артерий, питающих эску кровью, рыба может произвольно вызывать свечение бактерий, нуждающихся для этого в притоке кислорода, или прекращать его, сужая сосуды. Обычно свечение происходит в виде серии вспышек, индивидуальных для каждого вида. Иллиций у вида Ceratias holboelli способен выдвигаться и втягиваться в специальный канал на спине. Подманивая добычу, этот удильщик постепенно придвигает светящуюся приманку ко рту, пока не заглатывает жертву. А у Galatheathauma axeli приманка расположена прямо во рту.

Расположение люминофоров и даже характер мигания светящихся пятен может служить для коммуникации — например, для привлечения партнера. А самки американского светлячка Photuris versicolor после спаривания начинают «отбивать морзянку» самок другого вида, привлекая их самцов не с амурными, а с гастрономическими целями. У берегов Японии массовые свадьбы празднуют умитохару (морские светлячки) — крошечные, 1−2 мм длиной, рачки рода Cypridina — и кальмары Watasenia scintellans. Тельца ватазений длиной около 10 см вместе со щупальцами усеяны жемчужинками-фотофорами и освещают зону диаметром 25−30 см — представьте себе, как выглядит море с целым косяком этих кальмаров!

Учёные клонировали светящихся кошек

Южнокорейские генетики из национального университета Гьеонсан (Gyeongsang National University) клонировали кошек с модифицированной ДНК (с геном, отвечающим за выработку белка, флуоресцирующего красным светом — RFP). Данное достижение поможет разработать новые способы лечения человеческих генетических заболеваний.

Команда исследователей под руководством эксперта по клонированию Кона Иль-Кына (Kong Il-keun) создала три клона кошки, обладающих белком, который делает кожу животных светящейся красным светом под ультрафиолетовыми лучами.

Для этого учёные взяли клетки кожи матери и изменили их гены с помощью вируса, затем трансплантировали их в яйцеклетку и внедрили в матку кошки-донора.

Клонированные котята и их мать при свете дня (слева), обыкновенная турецкая ангора под ультрафиолетовым облучением (посередине), клонированные котята под ультрафиолетовым облучением (справа). Изображение снято через специальный фильтр (фото Gyeongsang National University).

Красный свет лучше проникает сквозь живые ткани, видимо, поэтому учёные использовали RFP, вместо «зелёного флуоресцентного белка» (GFP). Оба, кстати, в изменённом виде используются в качестве биомаркеров.

Теперь у корейцев в лаборатории две кошки породы турецкая ангора (весом 3 и 3,5 килограмма) с необычными данными. Одна их них родилась в январе, другая в феврале этого года с помощью кесарева сечения (вес тогда составлял 110 и 136 граммов), третий клон родился мёртвым (но в его органах также присутствовал RFP).

«Впервые в мире мы смогли клонировать кошек с красным флуоресцентным белком», — говорит представитель министерства науки и техники Южной Кореи (Ministry of Science and Technology).

«То, что нам удалось клонировать кошку с изменёнными генами, открывает новые возможности для создания методов лечения наследственных генетических заболеваний человека», — добавляет он.

«Данная технология позволит в будущем клонировать животных, страдающих от тех же заболеваний, что и человек, возможно, вылечить их, а значит, со временем вылечить и самого человека», — комментирует ведущий исследователь Кон.

У тех же кошек встречается около 250 видов генетических отклонений, что и у людей.

Ещё одно применение данной технологии: спасение исчезающих видов животных, например, тигров и леопардов.

Читайте также о поросятах, светящихся в темноте зелёным светом.

• клонирование