Biolumineszenz ist die Fähigkeit lebender Organismen, aufgrund ihrer eigenen Proteine oder mit Hilfe von symbiotischen Bakterien zu leuchten.
Heute kennt man etwa 800 Arten leuchtender Lebewesen. Die meisten von ihnen leben im Meer. Dies sind Bakterien, einzellige Flagellatenalgen, Radiolarien, Pilze, Plankton- und anhaftende Hohltiere, Siphonophore, Meeresfedern, Rippenquallen, Stachelhäuter, Würmer, Weichtiere, Krebstiere und Fische. Eines der am hellsten leuchtenden Tiere sind Pyrosomen (Feuerbälle). Von den biolumineszierenden Süßwasserarten sind die neuseeländische Schneckenmolluske Latia neritoides und eine Reihe von Bakterien bekannt. Unter den Landorganismen leuchten einzelne Pilzarten, Regenwürmer, Schnecken, Tausendfüßler und Insekten.
Auf der Ebene des Mikrokosmos ist ein sehr schwaches Leuchten, das wir nur mit Hilfe hochempfindlicher Photometer registrieren können, ein Nebeneffekt der Neutralisierung reaktiver Sauerstoffspezies durch Enzyme, die notwendig, aber toxisch sind Zellen - Teilnehmer am Prozess der Glukoseoxidation. Sie liefern auch die für die Chemilumineszenz benötigte Energie an verschiedene Phosphorproteine.
Eine der ersten Bakterienlampen – ein Fläschchen mit einer Kultur leuchtender Bakterien – wurde vor mehr als hundert Jahren von dem holländischen Botaniker und Mikrobiologen Martin Beijerinck unterh alten. 1935 erleuchteten solche Lampen sogar den großen Saal des Pariser Ozeanologischen Instituts, und während des Krieges war der sowjetische Mikrobiologe A. A. Egorova verwendete leuchtende Bakterien für prosaische Zwecke - um das Labor zu beleuchten. Und Sie können ein ähnliches Experiment machen: Legen Sie rohen Fisch oder Fleisch an einen warmen Ort, warten Sie ein oder zwei Wochen und kommen Sie dann nachts (von der Luvseite!) Und sehen Sie, was passiert – es ist wahrscheinlich, dass die Bakterien das haben abgesetzt wird das Nährmedium in einem jenseitigen Licht erstrahlen. Im Meer leuchten auch Bakterien, hauptsächlich der Gattungen Photobacterium und Vibrio, und vielzellige planktonische Organismen (im Bild), aber die Hauptlichtquelle ist eine der größten (bis zu 3 mm!)
In Bakterien sind Phosphorproteine über die ganze Zelle verstreut, in einzelligen eukaryotischen (mit Zellkern) Organismen befinden sie sich in membranumhüllten Vesikeln im Zytoplasma. Bei vielzelligen Tieren wird Licht normalerweise von speziellen Zellen - Photozyten - emittiert, die oft in speziellen Organen - Photophoren - gruppiert sind. Photozyten von Hohltieren und anderen primitiven Tieren sowie Photophoren, die auf Kosten symbiotischer Photobakterien arbeiten, leuchten kontinuierlich oder innerhalb weniger Sekunden nach mechanischer oder chemischer Stimulation. Bei Tieren mit einem mehr oder weniger entwickelten Nervensystem steuert es die Arbeit der Photozyten, indem es sie als Reaktion auf äußere Reize oder wenn sich die innere Umgebung des Körpers ändert, ein- und aussch altet. Neben intrazellulären Tiefseegarnelen haben Oktopusse, Tintenfische und Tintenfische eine sekretorische Art des Leuchtens: Eine Mischung aus Sekretionsprodukten zweier verschiedener Drüsen wird aus dem Mantel oder unter der Schale herausgeschleudert und breitet sich wie eine strahlende Wolke im Wasser aus, blendet den Feind.
Ein weiteres klassisches Beispiel für Biolumineszenz ist Holzfäule. In ihnen leuchtet nicht der Baum selbst, sondern das Myzel des Echten Honigpilzes. Und bei den höheren Pilzen der Gattung Mycena, die ebenfalls auf einem verrottenden Baum wachsen, aber in warmen Regionen wie Brasilien und Japan glühen Fruchtkörper – was man gemeinhin Pilze nennt (obwohl Schimmelpilze, Hefen und andere Pilze auch Pilze sind, nur niedriger Einsen). Eine der Arten dieser Gattung heißt M. lux-coeli, „mycena – das Licht des Himmels.“
Die brillanteste Anwendung der Biolumineszenz ist die Schaffung von transgenen Pflanzen und Tieren. Die erste Maus mit in Chromosomen eingebautem GFP-Gen wurde 1998 geschaffen. Leuchtende Proteine werden benötigt, um Verfahren zum Einschleusen fremder Gene in die Chromosomen verschiedener Organismen zu entwickeln: Leuchten bedeutet, dass die Methode funktioniert, man kann damit das Zielgen in das Genom einschleusen. Die ersten leuchtenden Fische, der transgene Zebrafisch (Brachydanio rerio) und der japanische Medaka-Reisfisch (Orizias latipes), kamen 2003 in den Handel.
Glühendes Meer
Wer das Glück hat, nachts während seines Scheins im Meer schwimmen zu können, wird sich sein Leben lang an diesen bezaubernden Anblick erinnern. Meistens ist die Ursache des Leuchtens die Flagellatenalge des Nachtlichts (Noctiluca). In manchen Jahren nimmt ihre Zahl so stark zu, dass das ganze Meer glüht. Wenn Sie Pech haben und sich zur falschen Zeit an den Ufern warmer Meere wiederfinden, versuchen Sie, Meerwasser in ein Glas zu gießen und etwas Zucker hinzuzufügen. Noctilukes reagieren darauf, indem sie die Aktivität des Luciferin-Proteins erhöhen. Schütteln Sie das Wasser und bewundern Sie das bläuliche Leuchten. Und wenn Sie aufhören zu bewundern, können Sie sich daran erinnern, dass Sie eines der ungelösten Rätsel der Natur betrachten: Die Mehrdeutigkeit der evolutionären Mechanismen für das Auftreten der Fähigkeit, in einer Vielzahl von Taxa zu leuchten, wurde von Darwin in einem separaten Kapitel von festgestellt der Ursprung der Arten, und seitdem konnten Wissenschaftler diese Frage nicht beleuchten, ist das Licht der Wahrheit.
Glow könnte sich in Organismen entwickelt haben, die unter guten Lichtverhältnissen leben, basierend auf Pigmentverbindungen, die eine Lichtschutzfunktion ausüben. Aber die allmähliche Anhäufung eines Merkmals - ein Photon pro Sekunde, zwei, zehn - sowohl bei ihnen als auch bei ihren nachtaktiven Verwandten und Tiefseeverwandten konnte die natürliche Selektion nicht beeinträchtigen: Ein so schwaches Leuchten wird selbst von den empfindlichsten Augen nicht wahrgenommen, und Das Erscheinen von vorgefertigten Mechanismen für intensives Leuchten an nackten Orten sieht ebenfalls unmöglich aus. Und selbst die Funktionen der Lumineszenz bei vielen Arten bleiben unverständlich.
Warum leuchten sie?
Glühende Bakterien- und Pilzkolonien ziehen Insekten an, die Keime, Sporen oder Myzel verbreiten. Insektenfressende Larven der neuseeländischen Arachnocampa-Mücken weben ein Fangnetz und markieren es mit ihrem eigenen Körper, um Insekten anzulocken. Lichtblitze können Raubtiere von Quallen, Rippenquallen und anderen hilflosen und sanften Kreaturen abschrecken. Mit dem gleichen Zweck leuchten Korallen und andere Koloni altiere, die im Flachwasser wachsen, als Reaktion auf mechanische Reize, und ihre Nachbarn, die von niemandem berührt wurden, beginnen ebenfalls zu flackern. Tiefseekorallen wandeln das schwache kurzwellige Licht, das sie erreicht, in längerwellige Strahlung um, möglicherweise um Photosynthese für die in ihrem Gewebe lebenden symbiotischen Algen zu ermöglichen.
Stab mit Glühbirne
Die Ordnung der Seeteufel (Lophiiformes) ist die vielfältigste (16 Familien, über 70 Gattungen und über 225 Arten) und vielleicht die interessanteste der Tiefseefische. (Viele kennen Meeresangler nicht aus einem Zoologie-Lehrbuch, sondern aus dem Zeichentrickfilm „Findet Nemo“). Weibliche Seeteufel sind Fleischfresser mit großen Mündern, kräftigen Zähnen und stark dehnbaren Mägen. Manchmal werden tote Seeteufel auf der Meeresoberfläche gefunden, die an einem mehr als doppelt so großen Fisch ersticken: Der Räuber kann ihn aufgrund der Struktur seiner Zähne nicht befreien. Der erste Strahl ihrer Rückenflosse wird zu einer „Angelrute“(illicium) mit einem leuchtenden „Wurm“(eska) am Ende. Es ist eine mit Schleim gefüllte Drüse, die biolumineszierende Bakterien enthält. Dank der Erweiterung der Arterienwände, die die Esca mit Blut versorgen, können die Fische das Leuchten von Bakterien, die dafür einen Sauerstoffzufluss benötigen, willkürlich hervorrufen oder durch Verengung der Gefäße stoppen. Normalerweise tritt das Leuchten in Form einer Reihe von Blitzen auf, die für jede Art individuell sind. Das Illitium der Art Ceratias holboelli kann sich in einen speziellen Kanal auf seinem Rücken ausdehnen und zurückziehen. Während er Beute anlockt, bewegt dieser Seeteufel den leuchtenden Köder allmählich zu seinem Maul, bis er die Beute schluckt. Und bei Galatheathauma axeli sitzt der Köder direkt im Maul.
Die Lage von Leuchtstoffen und sogar die Art des Blinkens von Leuchtpunkten können der Kommunikation dienen - zum Beispiel, um einen Partner anzuziehen. Und Weibchen des amerikanischen Glühwürmchens Photuris versicolor beginnen nach der Paarung, den Morsecode von Weibchen einer anderen Art „abzuschlagen“, und ziehen ihre Männchen nicht aus Liebes-, sondern aus gastronomischen Gründen an. Vor der Küste Japans werden Massenhochzeiten von Umitoharu (Meeresglühwürmchen) – winzige, 1-2 mm lange Krebstiere der Gattung Cypridina – und Tintenfisch Watasenia scintellans gefeiert. Etwa 10 cm lange Watazenia-Körper sind zusammen mit Tentakeln mit Photophorperlen übersät und beleuchten eine Zone mit einem Durchmesser von 25-30 cm - stellen Sie sich vor, wie das Meer mit einem ganzen Schwarm dieser Tintenfische aussieht!
Bei vielen Tiefseekopffüßern ist der Körper mit einem Muster aus mehrfarbigen Lichtpunkten bem alt, und die Photophoren sind sehr komplex, wie ein Scheinwerfer, der mit Reflektoren und Linsen (manchmal Doppel- und Linsen) nur in die richtige Richtung scheint farbig).
Viele Tiefsee-Planktongarnelen haben die Fähigkeit zu leuchten. An den Gliedmaßen, an den Seiten und auf der Bauchseite des Körpers haben sie bis zu 150 Lichtschranken, die manchmal mit Linsen bedeckt sind. Die Position und Anzahl der Photophoren für jede Art ist streng konstant und hilft Männchen in der Dunkelheit der Meerestiefen, Weibchen zu finden und sich alle zusammen in Herden zu versammeln.
