Vitendawili vya Asili: Bioluminescence

2024 Mwandishi: Seth Attwood | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-16 16:17

Bioluminescence ni uwezo wa viumbe hai kuangaza na protini zao wenyewe au kwa msaada wa bakteria ya symbiotic.

Leo, karibu aina 800 za viumbe hai vya mwanga hujulikana. Wengi wao wanaishi baharini. Hizi ni bakteria, mwani wa unicellular flagellate, radiolarians, fungi, planktonic na kushikamana coelenterates, siphonophores, manyoya ya bahari, ctenophores, echinoderms, minyoo, molluscs, crustaceans, samaki.

Baadhi ya wanyama wanaong'aa sana ni pyrosomes (mende wa moto). Miongoni mwa spishi za bioluminescent ya maji safi, moluska wa New Zealand wa gastropod Latia neritoides na idadi ya bakteria hujulikana. Miongoni mwa viumbe vya duniani, aina fulani za fungi, minyoo, konokono, millipedes na wadudu huangaza.

Katika kiwango cha microcosm, mwanga dhaifu sana, ambao tunaweza kujiandikisha tu kwa msaada wa photometers nyeti sana, ni athari ya upande wa neutralization ya aina ya oksijeni tendaji na Enzymes, ambayo ni muhimu, lakini sumu kwa seli, ambayo ni washiriki. mchakato wa oxidation ya glucose. Pia hutoa nishati inayohitajika kwa chemiluminescence kwa protini mbalimbali za fosforasi.

Moja ya taa za kwanza za bakteria - chupa yenye utamaduni wa bakteria yenye mwanga - ilikaribishwa zaidi ya miaka mia moja iliyopita na mtaalam wa mimea wa Uholanzi na microbiologist Martin Beijerinck. Mnamo 1935, taa kama hizo hata ziliangazia ukumbi mkubwa wa Taasisi ya Oceanological ya Paris, na wakati wa vita mwanabiolojia wa Soviet A. A. Egorova alitumia bakteria ya mwanga kwa madhumuni ya prosaic - kuangazia maabara.

Na unaweza kufanya jaribio kama hilo: weka samaki mbichi au nyama mahali pa joto, subiri wiki moja au mbili, kisha uje usiku (kutoka upande wa upepo!) Na uone kinachotokea - kuna uwezekano kwamba bakteria wanakaa. chombo cha virutubishi kitawaka na mwanga wa ulimwengu mwingine. Bakteria, hasa ya genera Photobacterium na Vibrio, na viumbe multicellular planktonic (pichani) mwanga katika bahari, lakini chanzo kikuu cha mwanga ni moja ya kubwa (hadi 3 mm!) Na tata unicellular viumbe - flagellate mwani wa usiku. mwanga.

Katika bakteria, protini za fosforasi hutawanyika katika seli; katika viumbe vya eukaryotic unicellular (na kiini cha seli), ziko kwenye vesicles iliyozungukwa na membrane kwenye cytoplasm. Katika wanyama wa seli nyingi, mwanga hutolewa na seli maalum - photocytes, mara nyingi huwekwa katika viungo maalum - photophores.

Photocytes ya coelenterates na wanyama wengine wa zamani, pamoja na photophores zinazofanya kazi kutokana na photobacteria ya symbiotic, huangaza mara kwa mara au kwa sekunde kadhaa baada ya kusisimua kwa mitambo au kemikali. Katika wanyama walio na mfumo wa neva ulioendelea zaidi au chini, inadhibiti kazi ya photocytes, kuwasha na kuwasha kwa kukabiliana na msukumo wa nje au wakati mazingira ya ndani ya mwili yanabadilika.

Mbali na ile ya ndani, katika shrimps za bahari ya kina, pweza, cuttlefish na squid, kuna aina ya siri ya mwanga: mchanganyiko wa bidhaa za usiri wa tezi mbili tofauti hutolewa kutoka kwa vazi au kutoka chini ya ganda na kuenea kwenye maji kama mawingu yenye kung'aa, yanawapofusha adui.

Mfano mwingine wa asili wa bioluminescence ni kuoza kwa kuni. Sio mti yenyewe unaowaka ndani yao, lakini mycelium ya Kuvu ya kawaida ya asali.

Na katika uyoga wa juu wa jenasi Mycena, pia hukua kwenye mti unaooza, lakini katika maeneo yenye joto kama Brazil na Japan, miili ya matunda huangaza - kile kinachojulikana kama uyoga (ingawa ukungu, chachu na uyoga mwingine pia ni uyoga, ni wa chini tu.) Moja ya aina ya jenasi hii inaitwa M. lux-coeli, "mycene - mwanga wa mbinguni."

Utumiaji wa kushangaza zaidi wa bioluminescence ni uundaji wa mimea na wanyama wa transgenic. Panya ya kwanza yenye jeni ya GFP iliyoingizwa kwenye kromosomu iliundwa mwaka wa 1998.

Protini zinazong'aa zinahitajika ili kutengeneza mbinu za kuanzisha jeni za kigeni kwenye kromosomu za viumbe mbalimbali: ikiwa inang'aa, inamaanisha kuwa njia hiyo inafanya kazi, unaweza kuitumia kuanzisha jeni inayolengwa kwenye jenomu. Samaki wa kwanza wa kung'aa - pundamilia wa transgenic (Brachydanio rerio) na samaki wa Kijapani wa medaka (Orizias latipes) - walianza kuuzwa mnamo 2003.

Bahari inayowaka

Wale ambao wana bahati ya kuogelea baharini usiku wakati wa mwangaza wake watakumbuka maono haya ya kupendeza kwa maisha yote. Mara nyingi, sababu ya mwanga ni mwani wa flagellate wa mwanga wa usiku (Noctiluca). Katika miaka fulani, idadi yao huongezeka sana hivi kwamba bahari nzima inang'aa. Ikiwa huna bahati na unajikuta kwenye mwambao wa bahari ya joto kwa wakati usiofaa, jaribu kumwaga maji ya bahari kwenye jar na kuongeza sukari kidogo huko.

Wataalam wa nocti wataitikia hili kwa kuongeza shughuli ya protini ya luciferin. Tikisa maji na ufurahie mwangaza wa samawati. Na unapoacha kupendeza, unaweza kukumbuka kuwa unatazama moja ya siri za asili ambazo hazijatatuliwa: ukosefu wa uwazi wa mifumo ya mageuzi ya kuibuka kwa uwezo wa kuangaza katika taxa mbalimbali ilibainishwa katika sura tofauti ya " The Origin of Species" na Darwin, na tangu wakati huo wanasayansi hawajaweza kujibu swali hili ni nuru ya ukweli.

Mwangaza ungeweza kutokea katika viumbe wanaoishi katika hali nzuri ya mwanga, kwa kuzingatia misombo ya rangi ambayo hufanya kazi ya kulinda mwanga.

Lakini mkusanyiko wa hatua kwa hatua wa sifa - fotoni moja kwa sekunde, mbili, kumi - zote mbili kwao na jamaa zao za usiku na za baharini hazikuweza kuathiri uteuzi wa asili: mwanga dhaifu kama huo hausikiki hata kwa macho nyeti zaidi, na kuonekana kwa mifumo iliyotengenezwa tayari ya mwanga mkali kwenye eneo la uchi inaonekana haiwezekani pia. Na hata kazi za mwanga katika spishi nyingi bado hazieleweki.

Kwa nini zinawaka?

Makoloni ya bakteria na kuvu huvutia wadudu wanaoeneza vijidudu, spores, au mycelium. Vibuu wadudu wa mbu wa New Zealand Arachnocampa hufuma wavu wa kunasa na kuiangazia kwa miili yao wenyewe, na kuvutia wadudu.

Mwangaza wa nuru unaweza kuwatisha wanyama wanaokula wenzao kutoka kwa jeli, kuchana jeli na viumbe wengine wasiojiweza na wapole. Kwa madhumuni sawa, matumbawe na wanyama wengine wa kikoloni wanaokua katika maji ya kina kifupi huangaza kwa kukabiliana na kusisimua kwa mitambo, na majirani zao, ambao hakuna mtu aliyegusa, pia huanza kuzima. Matumbawe ya bahari kuu hubadilisha mwanga hafifu wa urefu mfupi unaowafikia kuwa mionzi yenye urefu mrefu wa mawimbi, ikiwezekana kuruhusu mwani wa kulinganiana unaokaa kwenye tishu zao kusanisinuru.

Fimbo ya uvuvi na balbu ya mwanga

Utaratibu wa anglerfish (Lophiiformes) ni tofauti zaidi (familia 16, zaidi ya genera 70 na aina zaidi ya 225) na, labda, ya kuvutia zaidi ya samaki wa bahari ya kina. (Wengi wanajua wavuvi wa bahari sio kutoka kwa kitabu cha zoolojia, lakini kutoka kwa katuni "Kutafuta Nemo").

Majike wavuvi ni wanyama wanaowinda wanyama wengine wenye midomo mikubwa, meno yenye nguvu na tumbo lisiloweza kuharibika. Wakati mwingine samaki waliokufa hupatikana kwenye uso wa bahari, wakisonga samaki zaidi ya mara mbili ya saizi yao: mwindaji hawezi kuifungua kwa sababu ya muundo wa meno yake. Mionzi ya kwanza ya fin ya dorsal inabadilishwa kuwa "fimbo ya uvuvi" (illicium) na "mdudu" mkali (eska) mwishoni. Ni tezi iliyojaa kamasi ambayo ina bakteria ya bioluminescent. Kwa sababu ya upanuzi wa kuta za mishipa ambayo hulisha escu na damu, samaki wanaweza kusababisha kiholela mwanga wa bakteria ambao wanahitaji usambazaji wa oksijeni kwa hili, au kuacha, kupunguza vyombo.

Kawaida, mwanga hutokea kwa namna ya mfululizo wa flashes, mtu binafsi kwa kila aina. Illicium katika spishi Ceratias holboelli ina uwezo wa kusonga mbele na kurudi nyuma hadi kwenye chaneli maalum nyuma. Akivutia mawindo, mvuvi huyu hatua kwa hatua husogeza chambo chenye kung'aa kwenye mdomo wake hadi ameze mawindo. Na Galatheathauma axeli ana chambo moja kwa moja mdomoni.

Eneo la fosforasi na hata asili ya blinking ya matangazo inang'aa inaweza kutumika kwa mawasiliano - kwa mfano, kuvutia mpenzi. Na wanawake wa kiungulia wa Amerika Photuris versicolor, baada ya kuoana, huanza "kupiga kanuni ya Morse" ya wanawake wa aina nyingine, kuvutia wanaume wao si kwa ajili ya amorous, lakini kwa madhumuni ya gastronomic.

Kwenye pwani ya Japani, harusi nyingi huadhimishwa na umitoharu (vimulimuli wa baharini) - vidogo, urefu wa 1-2 mm, crustaceans wa jenasi Cypridina - na ngisi Watasenia scintellans. Miili ya Vatazenia yenye urefu wa cm 10, pamoja na hema, imejaa lulu za photophore na kuangazia eneo la 25-30 cm kwa kipenyo - fikiria jinsi bahari inavyoonekana na shule nzima ya squids hizi!

Katika sefalopodi nyingi za bahari ya kina, mwili umechorwa na muundo wa madoa ya rangi nyingi, na fotophores ni ngumu sana, kama taa ya utafutaji inayoangaza tu katika mwelekeo sahihi na viakisi na lenzi (wakati mwingine mbili na rangi).

Shrimp nyingi za planktonic za bahari ya kina zina uwezo wa kuangaza. Kwenye viungo, kando na upande wa tumbo wa mwili, wana picha hadi 150, wakati mwingine hufunikwa na lenses. Mahali na idadi ya photophores kwa kila aina ni madhubuti mara kwa mara na katika giza la kina cha bahari husaidia wanaume kupata wanawake na wote pamoja - kukusanyika katika makundi.