за счет чего светится светлячок
Почему светятся светлячки?
Отвечает доцент Факультета энтомологии и нематологии Флоридского университета Марк Бранхем (Marc A. Branham).
Свечение светлячков вызывается химическим процессом биолюминесценции в их теле. Свет излучается, когда внутриклеточный кислород соединяется с кальцием, молекулой аденозинтрифосфата (АТФ), служащей хранилищем энергии, и пигментом люциферином в присутствии фермента лоюциферазы. В отличие от ламп накаливания, выделяющих большое количество тепла, светлячки испускают «холодный свет». Если бы их светорождающий орган нагревался до температуры колбы лампочки, насекомое погибло бы.
Для «включения» света орган, управляющий свечением, начинает подавать кислород к другим соединениям, необходимым для генерирования света, а для «выключения» прекращает подачу. Когда кислород есть, орган свечения испускает свет, а когда кислорода нет, гаснет. Легких у насекомых нет, и кислород извне подается в организм по сложной системе постепенно сужающихся трубочек, которые называются трахеолами. Мышцы, управляющие подачей кислорода из трахеол, работают довольно медленно, и быстрое включение свечения долгое время оставалось загадкой.
Однако недавно ученые выяснили, что ключевую роль играет окись азота. Обычно весь кислород, необходимый органеллам для генерации энергии в клетках, удерживают митохондрии. Чтобы заставить митохондрии отдать часть кислорода, мозг насекомого дает команду на выработку окиси азота, которая замещает кислород в митохондриях. Вытесняемый ею кислород поступает к органам свечения и может использоваться в химических реакциях, в результате которых испускается свет. Однако окись азота быстро разлагается, поэтому кислород вскоре вновь связывается и генерация света прекращается.
Зажигаются светлячки по разным причинам. Они вырабатывают в своих телах защитные стероиды, которые делают их неприятными на вкус для хищников, а их свечение служит сигналом, предупреждающим об их несъедобности. Взрослые особи многих видов мерцают определенным образом, специфичным для каждого из них, что позволяет их половым партнерам отличать их от других. Исследования показали, что самки выбирают самцов по характеристикам их мерцания. Выяснилось, что у двух видов светлячков самки предпочитают самцов с более ярким свечением и более высокой частотой мерцания.
Почему светятся светлячки
Как светляки светятся
Необходимый в большом количестве для создания свечения светлячка кислород вытесняется из клеточных митохондрий путем замещения его оксидом азота. У насекомых нет легких, поэтому все необходимые для существования процессы проходят в клетках, в том числе и дыхание. А нервная система регулирует режимы работы “фонарика”.
Почему светляки светятся
Представители женского пола подают особый сигнал, свидетельствующий о том, что они готовы к оплодотворению. Так самец понимает, куда ему лететь. А вообще, чем ярче он светится, тем больше женского внимания привлекает.
В Евразии наиболее распространен вид, именуемый “Ивановым червячком”. Считается, что именно в ночь на Ивана Купала эти насекомые активизируются.
Интересным является тот факт, что из 2000 видов лишь немногие светлячки светятся, остальные преимущественно функционируют только днем.
Чему светлячки могли бы нас научить
Помимо воспитания в людях чувства прекрасного, светляки могут похвастаться эффективностью преобразования своей энергией в свет. Недавно исследователи, изучая поверхность тела светляков, отметили ее чешуйчатое строение, напоминающее черепицу крыши. При помощи нанотехнологий они попытались создать подобную структуру на поверхности светодиода. И это увеличило эффективность его работы на 55%!
Символизм светлячка
Популяция светлячков резко упала, и это связано с загрязнением и разрушением территорий их обитания. Дело в том, что из этих мест они не мигрируют, а попросту исчезают.
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
А вообще известно около 2000 видов светлячков и каждый из них обладает способностью излучать фосфорецирующий свет. Чаще всего орган свечения этих жуков — фотофор — располагается на конце брюшка.
Фотофор состоит из 3-х слоев. Нижний слой, зеркальный, способен отражать свет. Верхний — представляет собой светопрозрачную кутикулу. В среднем слое находятся фотогенные клетки, вырабатывающие свет. Как видно, по своему устройству фотофор напоминает обычный фонарик. Подобный вид свечения называется биолюминисценцией, которая возникает в результате соединения внутриклеточного кислорода с кальцием, молекулой аденозинтрифосфата (АТФ) и пигментом люциферином в присутствии фермента лоюциферазы.
Свет, излучаемый светлячками — холодный. В отличие от обычной электрической лампы, где основная часть энергии переходит в бесполезное тепло, а КПД составляет 5% — 10 %, светлячки переводят в световое излучение 87% — 98% затраченной энергии. Свечение этих насекомых относится к видимой желто-зеленой части спектра, соответствующей длинам волн от 500 до 600 нм. Многие виды светлячков в состоянии по своему желанию уменьшать и увеличивать интенсивность свечения или излучать прерывистый свет. Когда нервная система жука подает сигнал о «включении» света, в фотофор начинает интенсивно поступать кислород, а для «выключения» достаточно прекратить подачу. У насекомых нет легких, а кислород передается посредством специальных трубочек — трахеол. Запас кислорода находится в митохондриях. Для быстрого выделения необходимого количества кислорода, организм светлячка вырабатывает окись азота, которая, поступая в митохондрии, вытесняет из них кислород.
Биолюминисценция для светлячков является средством межполового общения. Насекомые не только сигнализируют о своем местоположении, но и отличают своего партнера по особой частоте мерцания. Тропические и североамериканские виды светлячков иногда исполняют целые хоровые серенады для своих партнерш, одновременно вспыхивая и затухая всей стайкой. Стайка самок отвечает им такой же светомузыкой.
Откуда у светлячков исходит свет и почему это происходит
Эти крошечные светящиеся насекомые способны излучать желтый, зеленый и светло-оранжевый свет. От их мерцания возникает удивительная картина, как для взрослого, так и для ребенка. Этими сказочными насекомыми являются светлячки. Привычное свечение светлячка вызвано химической реакцией, однако до сих пор остается непонятным то, откуда именно берется их невероятный свет?
Почему светлячки светятся?
Жизненный цикл светлячков обычно длится год или два, и они, как правило, живут во влажных местах. Почти 2000 видов светлячков в мире обитают на всех континентах, кроме Антарктиды. Светлячок на самом деле вовсе не муха, а скорее жук из семейства Lampyridae, что на латыни означает «сияющий огонь». Этот «огонь», который делает светлячков такими увлекательными, на самом деле является способом общения для насекомых.
У светлячков есть особый химикат, называемый люциферин, который взаимодействует с ферментом, называемым люциферазой. В присутствии некоторых других соединений и химических элементов, таких как ионы магния и АТФ, он производит светящийся свет.
Основная причина, по которой светлячки светятся — это желание найти партнера, хотя они могут также загораться и в некоторых других ситуациях. Обычно светлячки самцы летают вокруг и вспыхивают светом, чтобы заинтересовать самок. Если самка заинтересована, они отправят краткую вспышку в ответ мужчине. Чем ярче реакция самки, тем больше у нее интереса к самцу.
Светлячки производят свет очень экологично и не расходуют никакой энергии на возникновение второстепенного тепла. Например, лампа накаливания на самом деле не экологична, так как часть энергии расходуется на производство света, но много энергии теряется в виде тепла. В биолюминесценции почти вся энергия уходит в эту химическую реакцию, чтобы произвести свет с очень небольшим количеством потерь в виде тепла. Именно поэтому светлячков невозможно увидеть на инфракрасных камерах.
Возникновение свечения светлячков
Фотоциты, или светлые клетки, в брюшной полости насекомого — это то место, где производится свечение. Свет, являющийся результатом химической реакции биолюминесценции, возникает, когда два вещества, люциферин и люцифераза, взаимодействуют друг с другом при воздействии кислорода. Светлячок регулирует приток кислорода в свой живот, тем самым контролирует возникновение и угасание свечения.
Каждый вид светлячка имеет свою уникальную вспышку, характерную для его пола и вида. К примеру, плотоядные самки рода Photuris известны энтомологам как «роковые женщины». Эти светлячки имитируют вспышки самок других видов светлячков, поэтому ничего не подозревающий ухаживающий самец летит к ней в ожидании спаривания, но оказывается быстро съеден самкой Photuris.
Светлячки, вероятно, первоначально развили способность загораться, как способ защиты от хищников, но теперь они в основном используют эту способность, чтобы найти партнеров. Интересно, что не все светлячки производят свет. Есть несколько видов этих насекомых, которые летают днем и, по-видимому, полагаются на запахи феромонов, чтобы найти себе пару.
У каждого вида светлячков есть своя сигнальная система. У большинства североамериканских видов самцы летают вокруг самок на нужной высоте, в нужной среде обитания и в нужное время ночи для своих видов. Они излучают сигнал, уникальный именно для их вида. Самки сидят на земле или в растительности, наблюдая за самцами. Когда женщине понравился мужчина, она вспыхивает в ответ со вспышкой, соответствующей ее виду насекомого. Затем оба взаимно сигнализируют светом, пока самец летит к самке. Если все идет хорошо, они начинают спариваться.
Как светится светлячок?
О светлячках слышал каждый, многие люди даже их не раз видели. Распространены они практически по всему свету, и каждый из двух тысяч видов обладает способностью излучать загадочный, золотисто-зелёный свет. Таким образом насекомые не только сигнализируют о своём местоположении, но и отличают «своих» и «чужих» по особой частоте мерцания. Но задумывались ли вы, как именно происходит эта магия? Ведь крохотный жучок работает не от розетки…
Чаще всего орган свечения этих жуков — фотофор — располагается на конце брюшка и по своему принципу действительно напоминает обычный карманный фонарик. Фотофор состоит из трёх слоёв. Нижний слой, зеркальный, способен отражать свет. Верхний слой представляет собой светопрозрачную кутикулу. Но самое интересное происходит в среднем слое, где находятся фотогенные клетки, или фотоциты. Они вырабатывают свет благодаря интенсивному использованию кислорода.
У насекомых нет лёгких, а кислород передается посредством разветвлённой сети трубочек (трахеол) и запасается в митохондриях клеток. Для быстрого выделения необходимого количества кислорода, организм светлячка вырабатывает окись азота, которая, поступая в митохондрии, вытесняет из них кислород. Включение и выключение этих процессов регулируется нервной системой насекомых.
Люминесценция или флюоресценция?
В популярной прессе светящимися называют организмы, обладающие и флюоресценцией, и люминесценцией. Оба процесса встречаются в природе (порой у одних и тех же организмов) и в настоящий момент активно исследуются биологами, генетиками, фармацевтами и инженерами. Но если флюоресценция предполагает пассивное переизлучение света с небольшим уменьшением энергии и соответствующим сдвигом в длине волны, то люминесценция — это активный процесс, в ходе которого химическая энергия преобразуется в свет.
Ферменты, которые проводят преобразование химической энергии в свечение, называются люциферазами, а их субстраты (органические пигменты) — люциферинами. Оба слова происходят от латинского «lucifer», который, в свою очередь, состоит из латинских корней lux «свет» и fero «несу». Несмотря на одинаковое название, между люциферазами и люциферинами, помимо собственно функции, очень мало общего: они имеют разное строение, разное происхождение и по-разному работают.
От чего зависит цвет свечения?
Поэтому обитатели морских глубин, а также созданные на основе извлечённого из них белка GFP светящиеся мыши, поросята, рыбки и прочая живность, светятся зелёным – хотя их люцефераза изначально настроена на синий цвет. Использование GFP позволяет увеличить эффективность излучения за счёт того, что флюоресцентный белок по сравнению с люциферином таких организмов менее склонен терять возбужденное состояние без излучения кванта света. У жуков-светляков (как и у люминесцентных бактерий) нет белков, подобных GFP, и в этом отношении их система свечения устроена проще.
Учёные считают, что биолюминисценция для светлячков является средством межполового общения. Тропические и североамериканские виды светлячков иногда исполняют целые хоровые серенады для своих партнёрш. Собравшись на одном дереве, они сначала мигают каждый в своё время. Затем пара насекомых начинает делать это синхронно. Проходит немного времени, и постепенно все насекомые начинают дружно и в одно и то же время испускать короткие вспышки света. Через полчаса целое дерево ведёт себя как единый живой организм, и может показаться, что оно просто украшено электрической гирляндой лампочек.
Самки отвечают им такой же светомузыкой, вспыхивая и затухая всей стайкой. Правда, по нашим меркам «прекрасным полом» их не назовёшь: своим внешним видом бескрылые самки светлячков напоминают личинок. Светлячок, не заморачиваясь на такие мелочи, летит к своей подруге… но бывает съеден. Например, самки светлячков вида Photuris подражают свечению вида Photinus и привлекают к себе чужих мужских особей. Съедая обманутых (и горько разочарованных в любви) самцов, хищницы получают не только пищу, но и защиту от птиц и пауков, поскольку их добыча содержит особое химическое вещество.
Впрочем, способность светится помогает привлекать противоположный пол даже другим видам – в частности, нам, людям. Известный энтомолог Эвелин Чисман в 1932 году в своих статьях писала, что некоторые экстравагантные дамы перед вечерними праздниками украшали светлячками свои платья и даже прическу, и в темноте казались усыпанными бриллиантами. Впрочем, у основной «романтической» версии свечения этих насекомых есть и непонятные моменты. Она не объясняет, почему светятся (только чуть слабее) личинки, куколки и даже яйца светлячков, которые обычно закопаны в почву.