معماهای طبیعت: بیولومینسانس

2024 نویسنده: Seth Attwood | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-16 16:03

بیولومینسانس توانایی موجودات زنده برای درخشش با پروتئین های خود یا با کمک باکتری های همزیست است.

امروزه حدود 800 گونه از موجودات زنده درخشان شناخته شده است. بیشتر آنها در دریا زندگی می کنند. اینها باکتریها، جلبکهای تاژکدار تک سلولی، رادیولاریانها، قارچها، پلانکتونها و کوئلنتراتهای متصل، سیفونوفورها، پرهای دریایی، کتنوفورها، خارپوستان، کرمها، نرم تنان، سخت پوستان، ماهیها هستند.

برخی از درخشان ترین حیوانات پیروزوم ها (سوسک های آتش) هستند. در میان گونه های بیولومینسنت آب شیرین، نرم تنان معده نیوزیلندی Latia neritoides و تعدادی از باکتری ها شناخته شده است. در میان موجودات زمینی، گونه های خاصی از قارچ ها، کرم های خاکی، حلزون ها، هزارپاها و حشرات می درخشند.

در سطح کوچک، درخشش بسیار ضعیفی که فقط با کمک نورسنج‌های بسیار حساس می‌توانیم آن را ثبت کنیم، یک عارضه جانبی خنثی‌سازی گونه‌های فعال اکسیژن توسط آنزیم‌هایی است که ضروری هستند، اما برای سلول‌های شرکت کننده سمی هستند. فرآیند اکسیداسیون گلوکز آنها همچنین انرژی مورد نیاز برای نورتابی شیمیایی را به پروتئین های مختلف فسفر تامین می کنند.

یکی از اولین لامپ‌های باکتریایی - فلاسکی با کشت باکتری‌های درخشان - بیش از صد سال پیش توسط گیاه‌شناس و میکروبیولوژیست هلندی مارتین بیجرینک مورد استفاده قرار گرفت. در سال 1935، چنین لامپ هایی حتی سالن بزرگ مؤسسه اقیانوس شناسی پاریس را روشن کردند، و در طول جنگ، میکروبیولوژیست شوروی A. A. اگورووا از باکتری های درخشان برای مقاصد پروزائی استفاده کرد - برای روشن کردن آزمایشگاه.

و می توانید آزمایش مشابهی انجام دهید: ماهی یا گوشت خام را در یک مکان گرم قرار دهید، یک یا دو هفته صبر کنید، و سپس شب (از سمت باد!) بیایید و ببینید چه اتفاقی می افتد - به احتمال زیاد باکتری های ساکن ماده مغذی با نوری اخروی می درخشد. باکتری ها، عمدتاً از جنس Photobacterium و Vibrio، و موجودات پلانکتون چند سلولی (تصویر) در دریا می درخشند، اما منبع اصلی نور یکی از بزرگترین (تا 3 میلی متر!) و موجودات تک سلولی پیچیده است - جلبک های تاژک دار شب. سبک.

در باکتری ها، پروتئین های فسفر در سرتاسر سلول پراکنده هستند؛ در موجودات یوکاریوتی تک سلولی (با هسته سلولی)، آنها در وزیکول هایی قرار دارند که توسط غشایی در سیتوپلاسم احاطه شده اند. در جانوران چند سلولی، نور معمولاً توسط سلول های ویژه - فوتوسیت ها، که اغلب در اندام های خاص - فتوفورها گروه بندی می شوند، ساطع می شود.

فوتوسیت‌های کوئلنترات‌ها و دیگر حیوانات ابتدایی، و همچنین فتوفورهایی که به دلیل فتوباکتری‌های همزیست کار می‌کنند، به طور مداوم یا برای چند ثانیه پس از تحریک مکانیکی یا شیمیایی می‌درخشند. در حیواناتی که سیستم عصبی کم و بیش توسعه یافته ای دارند، کار فوتوسیت ها را کنترل می کند و در پاسخ به محرک های خارجی یا زمانی که محیط داخلی بدن تغییر می کند، آنها را خاموش و روشن می کند.

علاوه بر درون سلولی، در میگوهای اعماق دریا، اختاپوس ها، اختاپوس ها و ماهی مرکب، یک نوع درخشش ترشحی وجود دارد: مخلوطی از محصولات ترشحی دو غده مختلف از گوشته یا از زیر پوسته خارج می شود و در داخل پوست پخش می شود. آب مانند ابری درخشان که دشمن را کور می کند.

یکی دیگر از نمونه های کلاسیک بیولومینسانس، پوسیدگی چوب است. این خود درخت نیست که در آنها می درخشد، بلکه میسلیوم قارچ عسل معمولی است.

و در قارچ‌های بالاتر از جنس Mycena که روی یک درخت پوسیده نیز رشد می‌کنند، اما در مناطق گرم مانند برزیل و ژاپن، بدن‌های میوه می‌درخشند - چیزی که معمولاً قارچ نامیده می‌شود (اگرچه کپک‌ها، مخمرها و سایر قارچ‌ها نیز قارچ هستند، اما فقط قارچ‌های پایین‌تر هستند.). یکی از گونه های این جنس M. lux-coeli، "mycene - نور آسمانی" نام دارد.

بارزترین کاربرد بیولومینسانس ایجاد گیاهان و جانوران تراریخته است. اولین موش با ژن GFP وارد کروموزوم ها در سال 1998 ساخته شد.

پروتئین‌های درخشان برای کار کردن تکنیک‌هایی برای وارد کردن ژن‌های خارجی به کروموزوم‌های موجودات مختلف مورد نیاز است: اگر بدرخشد، به این معنی است که روش کار می‌کند، می‌توانید از آن برای معرفی یک ژن هدف به ژنوم استفاده کنید. اولین ماهی درخشان - گورخرماهی تراریخته (Brachydanio rerio) و ماهی برنج ژاپنی medaka (Orizias latipes) - در سال 2003 به فروش رفت.

دریای درخشان

کسانی که به اندازه کافی خوش شانس هستند که در طول شب در دریا در هنگام درخشش آن شنا کنند، این منظره دلربا را برای یک عمر به یاد خواهند آورد. بیشتر اوقات، علت درخشش جلبک های تاژک دار نور شب (Noctiluca) است. در بعضی سالها تعداد آنها به قدری زیاد می شود که تمام دریا می درخشد. اگر بدشانس هستید و در زمان نامناسبی خود را در سواحل دریاهای گرم می بینید، سعی کنید آب دریا را در یک شیشه بریزید و کمی شکر به آن اضافه کنید.

نوکتیلیست ها با افزایش فعالیت پروتئین لوسیفرین به این موضوع واکنش نشان می دهند. آب را تکان دهید و درخشش آبی را تحسین کنید. و هنگامی که برای تحسین متوقف می شوید، می توانید به یاد بیاورید که به یکی از اسرار حل نشده طبیعت نگاه می کنید: عدم وضوح مکانیسم های تکاملی ظهور توانایی درخشش در گونه های مختلف در فصل جداگانه ای از ذکر شده است. منشأ گونه‌ها» توسط داروین، و از آن زمان تاکنون دانشمندان نتوانسته‌اند به این پرسش بپردازند که نور حقیقت است.

لومینسانس می تواند در موجوداتی که در شرایط نوری خوب زندگی می کنند، بر اساس ترکیبات رنگدانه ای که عملکرد محافظت از نور را انجام می دهند، ایجاد شده باشد.

اما انباشت تدریجی یک صفت - یک فوتون در ثانیه، دو، ده - هم برای آنها و هم برای خویشاوندان شبانه و اعماق دریا آنها نمی تواند بر انتخاب طبیعی تأثیر بگذارد: چنین درخشش ضعیفی حتی برای حساس ترین چشم ها نیز احساس نمی شود. ظهور مکانیسم های آماده از درخشش شدید در مکان برهنه نیز غیرممکن به نظر می رسد. و حتی عملکرد درخشش در بسیاری از گونه ها نامفهوم باقی می ماند.

چرا می درخشند؟

کلنی ها و قارچ های درخشان باکتری ها حشرات را جذب می کنند که میکروب ها، هاگ ها یا میسلیوم ها را پخش می کنند. لاروهای حشره خوار پشه نیوزیلندی Arachnocampa توری به دام انداخته می بافند و با بدن خود آن را روشن می کنند و حشرات را به خود جذب می کنند.

جرقه های نور می تواند شکارچیان را از چتر دریایی، ژله شانه دار و دیگر موجودات درمانده و ملایم بترساند. برای همین منظور، مرجان ها و سایر حیوانات استعماری که در آب کم عمق رشد می کنند در پاسخ به تحریک مکانیکی می درخشند و همسایگان آنها که کسی آنها را لمس نکرده است نیز شروع به سوسو زدن می کنند. مرجان‌های اعماق دریا نور با طول موج کوتاه ضعیفی را که به آنها می‌رسد به تابش با طول موج طولانی‌تر تبدیل می‌کنند تا احتمالاً به جلبک‌های همزیست ساکن در بافت‌هایشان اجازه فتوسنتز را بدهد.

چوب ماهیگیری با لامپ

راسته ماهیان ماهیگیر (Lophiiformes) متنوع ترین (16 خانواده، بیش از 70 جنس و بیش از 225 گونه) و شاید جالب ترین ماهی در اعماق دریا باشد. (بسیاری با ماهیگیران دریایی نه از کتاب جانورشناسی، بلکه از کارتون "در جستجوی نمو" آشنا هستند).

ماده‌های ماهی‌گیر شکارچیانی با دهان‌های بزرگ، دندان‌های قوی و شکم بسیار قابل انبساط هستند. گاهی اوقات ماهی‌ماهی مرده در سطح دریا یافت می‌شود که بیش از دو برابر اندازه ماهی‌ها را خفه می‌کند: شکارچی به دلیل ساختار دندان‌هایش نمی‌تواند آن را رها کند. اولین پرتو باله پشتی به یک "میله ماهیگیری" (ایلیسیوم) با یک "کرم" درخشان (اسکا) در انتهای آن تبدیل می شود. این یک غده پر از مخاط است که حاوی باکتری های بیولومینسانس است. به دلیل انبساط دیواره رگ هایی که اسکو را با خون تغذیه می کنند، ماهی می تواند خودسرانه باعث درخشندگی باکتری هایی شود که برای این کار نیاز به اکسیژن دارند یا آن را متوقف کند و عروق را باریک کند.

معمولاً درخشش به صورت یک سری فلاش ها، به صورت جداگانه برای هر گونه رخ می دهد. ایلیسیوم در گونه Ceratias holboelli قادر است به سمت جلو حرکت کرده و به سمت کانال خاصی در پشت حرکت کند. این ماهیگیر با اغوا کردن طعمه، طعمه نورانی را به تدریج به سمت دهان خود می برد تا طعمه را ببلعد. و Galatheathauma axeli طعمه را درست در دهان دارد.

محل فسفرها و حتی ماهیت چشمک زدن نقاط درخشان می تواند برای برقراری ارتباط مفید باشد - به عنوان مثال، برای جذب یک شریک. و ماده های کرم شب تاب آمریکایی Photuris versicolor ، پس از جفت گیری ، شروع به "شکستن کد مورس" ماده های گونه های دیگر می کنند و نرهای خود را نه برای اهداف عاشقانه، بلکه برای مقاصد خوراکی جذب می کنند.

در سواحل ژاپن، عروسی های دسته جمعی توسط umitoharu (کرم شب تاب های دریایی) - سخت پوستان کوچک به طول 1-2 میلی متر، از جنس Cypridina - و ماهی مرکب Watasenia scintellans برگزار می شود. بدن Vatazenia به طول حدود 10 سانتی متر، همراه با شاخک ها، با مرواریدهای فتوفور خال خال شده است و منطقه ای به قطر 25-30 سانتی متر را روشن می کند - تصور کنید دریا با یک مدرسه کامل از این ماهی مرکب چگونه به نظر می رسد!

در بسیاری از سفالوپودهای اعماق دریا، بدن با الگوی نقاط نوری چند رنگ رنگ آمیزی می شود و فتوفورها بسیار پیچیده هستند، مانند نورافکنی که با بازتابنده ها و عدسی ها (گاهی اوقات دوتایی و رنگی) فقط در جهت درست می تابد.

بسیاری از میگوهای پلانکتون در اعماق دریا توانایی درخشش دارند. در اندام ها، در امتداد پهلوها و در سمت شکمی بدن، تا 150 فتوفور دارند که گاهی اوقات با عدسی پوشانده شده است. مکان و تعداد فتوفورها برای هر گونه کاملاً ثابت است و در تاریکی اعماق اقیانوس به نرها کمک می کند تا ماده ها را پیدا کنند و همه با هم - به صورت دسته جمع شوند.