Светлячки где обитают. Как выглядит светлячок и отчего светится: интересные факты. Коммуникативные системы светлячков
Кто наблюдал погожими летними вечерами при первых появлениях сумерек удивительное и необычное свечение в траве? Все вокруг принимает сказочный образ. Какое-то необычайно загадочное излучение исходит от этих светящихся точек.
Постоянно преследует предчувствие чего-то сказочно хорошего. Что это за чудо природы? Это нечто иное, как светлячки, о которых снято много детских мультфильмов и сказок.
Каждый человек знает об этом удивительном насекомом еще с раннего детства. Светлячок в саду интригует и завораживает, манит и привлекает своими необычными способностями.
На вопрос, почему мерцают светлячки до сих пор нет однозначного ответа. Чаще всего научные сотрудники склоняются к одной версии. Якобы такой сказочный и необычный свет излучает самка светлячка насекомого, которая таким образом пытается обратить на себя внимание противоположного пола.
Такая связь любви между полами светлячков и таинственное их свечение были замечены еще в далекие времена, почему предки издавна связывают особенное их свечение и праздник Ивана Купала.
А ведь действительно именно в первых числах июля это наблюдается чаще всего. Раньше светлячков называли ивановыми червячками. Относятся они к отряду жуков лампиридов. Не везде можно наблюдать такую красоту.
Но те люди, которые увидели ее хоть раз в своей жизни с восторгом говорят, что это незабываемое и впечатляющее зрелище. Фото светлячков не настолько шикарно передает всю их прелесть, но на него тоже можно долго смотреть с замиранием сердца. Это не только красиво, но и романтично, впечатляюще, завораживающе, маняще.
Особенности и среда обитания
В настоящие дни в природе насчитывается около 2000 видов светлячков. Их невзрачный внешний вид в дневное время никак не ассоциируется с той красотой, которая излучается от светлячков ночью.
У каждой такой клетки есть свое вещество, являющееся топливом с названием люциферин. Вся эта сложная система светлячка работает при помощи дыхания насекомого. При его вдохе происходит перемещение воздуха по трахеям в орган свечения.
Там происходит окисление люциферина, что высвобождает энергию и дает свет. Фитоциды насекомого устроены настолько продуманно и тонко, что в них даже не расходуется энергия. Хотя об этом им не стоит беспокоиться потому, что работает данная система с завидной трудоемкостью и отдачей.
ККД этих насекомых приравнивается к 98%. Это значит, что только 2% может израсходоваться в напрасных целях. Для сравнения технические изобретения людей имеют ККД от 60 до 90%.
Победители над тьмой. Это не самое последнее их и важное достижение. Они без особого труда умеют управлять своими «фонариками». Только некоторым из них не дано умение регулировать подачу света.
Все остальные же умеют изменять степень свечения, то разжигая, то гася свои «лампочки». Это не просто для насекомых игра бликов. С помощью таких действий они отличают своих от чужих. Особенно совершенны в этом плане светлячки, живущие в Малайзии.
У них зажигание и притупление свечения происходит синхронно. В ночных джунглях такая синхронность вводит в заблуждение. Кажется, что кто-то повесил праздничную гирлянду.
Нужно отметить, что такая удивительная способность светить в ночи присуща не всем светлячкам. Есть среди них и такие, которые предпочитают вести дневной образ жизни. Они не светятся вовсе, или их слабое свечение замечается в густых лесных дебрях и пещерах.
Широкое распространение светлячков наблюдается в северном полушарии планеты. Территория Северной Америки и Евразии их любимая среда обитания. Им комфортно в лиственных лесах, на лугах и болотах.
Характер и образ жизни
Это не совсем коллективное насекомое все же чаще всего собирается в массовые скопления. В дневное время наблюдается их пассивное сидение на травке. Приход сумерек вдохновляет светлячков на движение и полеты.
Летают они плавно, размеренно и быстро одновременно. Нельзя назвать личинок светлячков оседлыми. Они предпочитают вести бродячий образ жизни. Им комфортно не только на земле, но и в воде.
Светлячки любят тепло. В зимнее время года насекомые прячутся под корой дерева. А с приходом весны и после хорошего питания они окукливаются. Интересно то, что некоторые самки кроме всех вышеперечисленных достоинств обладают еще и хитростью.
Они знают, каким светом может светиться какой-нибудь определенный вид. Начинают светиться также. Естественно самец того вида замечает знакомое свечение и приближается для спаривания.
Но заметившему подвох самцу-чужаку не дают уже возможности скрыться. Самка пожирает его, получая при этом достаточное количество полезных веществ для своей жизни и для развития личинок. До сих пор светлячки не полностью изучены. Впереди еще много научных открытий по этому поводу.
Питание
Этих насекомых можно смело отнести к хищникам. Питаются светлячки самой разнообразной животной пищей. Любят они муравьев, паучков, личинок своих собратьев, и подгнившие растения.
Не все светлячки хищники. Есть среди них и такие виды, которые предпочитают пыльцу и нектар растений. Виды светлячков в фазе имаго, к примеру, и вовсе ничего не едят, у них вообще отсутствует рот. Те светлячки, которые обманным путем завлекают к себе представителей других видов и тут же поедают их выбрали самый сложный способ добычи еды.
Размножение и продолжительность жизни
Мерцание светлячков – это одно из основных их достижений. Они не только заманивают таким образом потенциальную еду, но и привлекают противоположный пол. Больше всего это наблюдается в начале летнего периода. Светлячки зажигают свои искорки любви и ищут среди огромного множества насекомых своего партнера.
Спаривание не заставляет себя долго ждать. После него у самки появляется задача отложить в землю яйца. Из яиц через некоторое время появляются личинки. Они больше напоминают червей и очень прожорливы. Способность свечения присуща буквально личинкам всех видов. И все они по сути своей являются хищниками.
Во время своего созревания личинка предпочитает прятаться среди камней, в почве и между корой. На развитие личинок уходит немало времени. Одним нужно перезимовать, другие же виды находятся в стадии личинки в течение нескольких лет.
Затем личинка преобразуется в куколку, которая через 1-2.5 недели становится настоящим светлячком. Светлячок в лесу живет недолго. Средняя продолжительность жизни этих около 90 – 120 дней.
Одним из самых удивительных природных явлений является способность животных издавать свет. Такой феномен имеет научное название биолюминесценция. Большая часть светящихся организмов встречается в мировом океане. На континенте также можно увидеть такое чудо природы – это насекомое светлячок. Этот жук не представляет особой ценности для человека, однако вызывает интерес благодаря своим уникальным способностям.
Светляки – некрупные насекомые. Длина их тела не превышает 25 мм. Окрас покровов разнообразный, но преобладают черные, серые и коричневые оттенки. Хитиновый покров не очень плотный, чаще всего мягкий. Голова у насекомого небольшая. На ней расположены крупные фасеточные глаза и короткие усики, которые бывают различных форм.
Светлякам свойствен половой диморфизм. Самцы имеют типичную структуру жуков и немного похожи внешне на тараканов. Самки же лишены крыльев и надкрыльев, поэтому более похожи на личинок насекомых. Личинка светлячка имеет темный окрас и светлые пятна на боках.
Особенности поведения
Светляки – теплолюбивые насекомые, поэтому большинство видов обитает в тропическом и субтропическом поясах. В умеренном поясе водятся 20 видов, 15 из которых встречаются на территории России. Все взрослые светляки ведут ночной наземный образ жизни. Личинки же могут жить как в водоемах, так и на суше.
Этих насекомых можно встретить на лугах, возле болот, а также в дебрях лиственных лесов. Светлячки хоть и не являются социальными насекомыми, однако часто образуют большие скопления. В дневное время жуки малоподвижны, они все время сидят на траве, дожидаясь заката. В ночное время насекомые просыпаются и начинают быстро летать.
Питание различных видов светляков сильно отличается. В зависимости от рациона насекомые разделяются на основные группы:
- Вегетарианцы – питаются нектаром и пыльцой.
- Хищники (в том числе и каннибалы) - поедают различных беспозвоночных.
- Виды, в которых взрослые насекомые имеют атрофированный рот, поэтому не питаются, а расходуют накопленные в жировом теле питательные вещества.
Размножение и жизненный цикл
В начале лета у светляков начинается брачный период, после которого оплодотворенные самки откладывают яйца в грунт. Вскоре из этих яиц выходят голодные личинки. Независимо от вида, личинки всегда являются хищниками, питающимися моллюсками. После трапезы личинки обычно прячутся в раковинах своих жертв.
Развитие светляков происходит достаточно медленно – от полугода до нескольких лет. Окукливание происходит под корой деревьев или под глыбами камней. В стадии куколки насекомое пребывает 1–2,5 недели. Весной наружу выползает взрослый жук, и цикл начинается снова.
Свечение
Каждое светящееся насекомое имеет специальные органы – латерны, которые генерируют свет. В зависимости от вида количество, форма и размещение этих органов могут различаться. Латерны представляют собой совокупность нервных окончаний, трахей и фотогенных клеток. Под ними расположены клетки-отражатели, наполненные кристаллами мочевой кислоты.
Химические реакции в основе свечения
Для генерации света в фотогенных клетках должны присутствовать четыре вещества:
- люциферин;
- фермент люцифераза;
- кислород;
- АТФ как источник энергии.
Свет выделяется во время окисления кислородом вещества люциферин. Люцифераза только ускоряет этот процесс. Реакция проходит следующие стадии
- Люциферин при взаимодействии с молекулой АТФ превращается в люцифериладенилат.
- Люцифериладенилат взаимодействует с кислородом, превращается в оксилюциферин с выделением АМФ и света.
Цвет свечения зависит от состава люциферазы, которая отличается у многих видов.
Свечение как метод коммуникации
Свечение используется жуками как способ передачи информации. Энтомологи научились различать сигналы, которые используются насекомыми в брачный период: призывы самцов, согласие и отказ самок, а также посткопулятивные сигналы. Кроме того, светляки с помощью люминесценции могут выражать гнев, метить территорию и даже защищаться.
Интересный факт. Самки-хищницы рода Photuris способны издавать световые сигналы, присущи роду Photinus . Привлеченные самцы слетаются на зов и становятся добычей кровожадных обманщиц.
Типы свечения
Ученые заметили, что разные виды светляков издают типичные световые сигналы:
- Непрерывное свечение. Генерация света в таком случае происходит постоянно, не управляется насекомым и не зависит от условий окружающей среды. Такой тип свечения свойствен яйцам и личинкам всех видов жуков, а также имаго светляков рода Phengodes .
- Прерывающееся свечение. Насекомые генерируют свет длительное время, но его яркость может постепенно меняться в зависимости от суточных ритмов, внешней среды и изменений в теле самого жука.
- Пульсация. Этот тип свечения представляет собой регулярные световые вспышки, которые регулируются циркадными ритмами.
- Вспышки. Самый распространенный тип свечения. Отличается от пульсации возможностью регуляции длительности каждого цикла, яркости света и других показателей внутренними и внешними факторами.
Интересный факт. Некоторые виды тропических светляков способны настолько точно регулировать периодичность свечения, что насекомые, собранные вместе, «зажигаются» и «тухнут» одновременно.
Почему светлячки светятся: Видео
Светлячки — светящееся чудо природы
Летающие, мерцающие огни светлячков — настоящий мистический аттракцион в летнюю пору. Но много ли мы знаем о том, что собой представляют светлячки. Вот несколько фактов о них.
1. Что собой представляют жуки-светлячки
Светлячки являются ночными насекомыми — ведут активный образ жизни ночью. Это члены семейства крылатых жуков Lampyridae (что в переводе с греческого означает «светить») . Название «светлячок» немного вводит в заблуждение, потому что из более чем 2000 видов светлячков, только некоторые из этих видов обладают способностью загораться светом.
2. Кроме светлячков есть другие типы светящихся видов
Светлячки, вероятно, являются одним из наиболее популярных видов, из-за своей способности светиться. Большинство биолюминесцентных существ живут в океане — люди мало имеют контактов с ними. Их свет создаётся с помощью химической реакции, в ходе которой кислород соединяется с кальцием, аденозинтрифосфатом (АТФ) и люциферином с помощью фермента люциферазы. Светлячки используют свою биолюминесценцию, вероятно, чтобы отпугивать хищников.
3. Не все светлячки имеют «огонь»
Светлячки, большая часть их видов, просто не горят. Небиолюминесцентные светлячки, которые не производят свет, как правило, не являются ночными жуками — они наиболее активны в течение дня.
4. Учёные обнаружили люциферазы благодаря светлячкам
Единственный способ получить химическое вещество люциферазу — извлечь его из светлячка. В конце концов, учёные выяснили, как создавать синтетические люциферазы. Но некоторые люди до сих пор собирают фермент от «летающих фонариков». Люциферазы используется в научных исследованиях для тестирования безопасности пищевых продуктов и некоторых процедур судебно-медицинской экспертизы.
5. Светлячки являются энергоэффективными
Огни светлячков самые эффективные источники энергии в мире. Сто процентов создаваемой ими энергии излучается через свет. Для сравнения, лампа накаливания излучает лишь 10 процентов своей энергии в виде света, а люминесцентные лампы испускают в виде света 90 процентов своей энергии.
6. Их световое шоу — это акты спаривания
Большинство летающих самцов светлячков ищут партнёра. Каждый вид имеет специфическую картину света, которую они используют для связи друг с другом. После того, как самка видит самца и отвечает на его любовь, она реагирует на него таким же световым узором. Обычно самки сидят на растениях, ожидая самца.
7. Некоторые виды имеют способность к синхронизации своего мигания
Учёные не уверены, почему светлячки делают это, но некоторые теории предполагают, что светлячки это делают для того, чтобы стать более заметными. Если группа жучков-светлячков мигают единым шаблоном, то скорее всего, они это делают, чтобы привлечь внимание самок. Единственный вид светлячков в Америке, которые мигают синхронно — Фотин carolinus. Они живут в Национальном парке США «Грейт — Смоки» , где служба парка организует для посетителей часы на вечернее световое шоу.
8. Не все светлячка светят одинаково
Каждый вид имеет свой собственный специфический цвет света. Некоторые производят свечение синего или зелёного цвета, а другие светятся оранжевым или желтым цветом.
9. На вкус они отвратительны
В отличие от цикады, светлячки не могут быть приготовлены в запеченных на гриле жуков. Если вы попробуйте съесть светлячка, у него будет горький вкус. Жуки могут оказаться даже токсичными. Когда светлячки подвергаются нападению, они проливают капли крови. Кровь содержит химические вещества, которые создают горький вкус и яд. Большинство животных знают это и избегают жевать светлячков.
10. Светлячки иногда практикуют каннибализм
Когда светлячки всё ещё находятся в стадии личинки, они готовы полакомиться улитками. Обычно, когда они созревают, становятся вегитарианцами — отходят от мяса. Учёные полагают, что взрослые светлячки живут за счёт нектара и пыльцы, или не едят вообще. Но вот другие, светлячки, например Photuris — могут наслаждаться поеданием их собственного вида. Photuris самки часто едят самцов других родов. Они привлекают ничего не подозревающих жуков, имитируя их световой рисунок.
11. Их число сокращается
Есть несколько причин, почему население светлячков сокращается, в том числе изменения климата и разрушение среды обитания. Когда из-за строительства дорог или иного строительства, нарушается среда обитания светлячка, они не мигрируют на новое место, а просто исчезают.
12. Наслаждайтесь световым шоу светлячков, пока есть такая возможность
Исследователи мало знают о светлячках и не дают однозначного ответа, почему они исчезают. Наслаждайтесь световым шоу, пока это насекомое ещё существует в природе. Возможно, поколениям людей, которые придут вслед за нами, не будет дана такая возможность, увидеть этих жуков с их удивительным мистическим свечением.
Светлячки - живые фонарики
Прекрасные и загадочные светлячки способны не только услаждать наш взор. Этим созданиям по силам и более серьёзные дела.
В летние сумерки на опушке леса, у просёлочной дороги или на лугу можно увидеть, если повезёт, в высокой влажной траве «живую звёздочку». Подойдя поближе, чтобы хорошенько рассмотреть таинственную «лампочку», вы скорее всего будете разочарованы, обнаружив на стебельке мягкое червеобразное тельце со светящимся концом членистого брюшка.
М-да... Зрелище совсем не романтичное. Светлячком, пожалуй, лучше любоваться издали. Но что это за существо, неудержимо манящее нас своим прохладным зеленоватым сиянием?
ОГНЕННЫЕ СТРАСТИ
Светляк обыкновенный - а именно он обращает на себя наше внимание на большей части территории Европейской России - это жук из семейства лампирид. К сожалению, его название сегодня явно устарело - в дачных местностях вблизи больших городов «живой фонарик» давно стал редкостью.
В старину на Руси это насекомое знали как Иванова (или ивановского) червячка. Жук, похожий на червяка? Может ли быть такое? Может. Ведь наш герой - создание в каком-то смысле недоразвитое. Зеленоватая «лампочка» - это бескрылая личинкоподобная самка. На конце её незащищённого брюшка есть специальный светящийся орган, с помощью которого жучиха призывает самца.
«Я здесь, и я ещё ни с кем не спарилась», - вот что означает её световой сигнал. Тот, к кому обращен этот «знак любви», по виду - обычный жук. С головой, крыльями, ногами. Иллюминацию не устраивает - она ему ни к чему. Его задача - обнаружить свободную самку и спариться с ней для продолжения рода.
Возможно, наши далёкие предки интуитивно чувствовали, что в таинственном свете насекомых содержится любовный призыв. Не зря же они связали название жука с Иваном Купалой - древним языческим праздником летнего солнцестояния.
Его отмечают 24 июня по старому стилю (7 июля - по новому). Именно в этот период года проще всего найти светлячка. Ну а если он будет сидеть на листе папоротника, то издалека может сойти за тот самый чудесный цветок, который распускается в сказочную купальскую ночь.
Как уже говорилось, иванов червячок - представитель семейства светящихся жуков-лампирид, насчитывающего около двух тысяч видов. Правда, большинство насекомых, излучающих сияние, предпочитают тропики и субтропики. Полюбоваться этими экзотическими созданиями, не покидая пределов России, можно в Приморье на Черноморском побережье Кавказа.
Если вам доводилось прогуливаться тёплым вечером по сочинским или адлерским набережным и аллеям, вы не могли не заметить маленькие желтоватые трассирующие огоньки, наполняющие летние сумерки «русской Ривьеры». «Дизайнер» этой впечатляющей иллюминации - жук люциола мингрелика (Luciola mingrelica), причём свой вклад в световое оформление курорта вносят и самки, и самцы.
В отличие от немигающего сияния нашей северной светлячихи, половая сигнальная система южан сродни световой морзянке. Кавалеры летают невысоко над землёй и непрерывно с одинаковыми интервалами испускают поисковые сигналы - вспышки света. Если жених окажется поблизости от сидящей на листьях куста суженой, она отвечает ему своей характерной вспышкой. Заметив этот «знак любви», самец резко меняет курс полёта, приближается к самке и начинает посылать сигналы ухаживания - более короткие и частые вспышки.
В странах Юго-Восточной Азии живут светлячки, способные координировать подачу своих «любовных призывов» с сигналами находящихся поблизости сотоварищей. В результате возникает поразительная картина: в воздухе и в кронах деревьев начинают синхронно вспыхивать и гаснуть тысячи крошечных живых лампочек. Кажется, что невидимый дирижёр управляет этой волшебной светомузыкой.
Такое феерическое зрелище издавна собирает в Японии множество восторженных поклонников. Ежегодно в июне-июле в разных городах Страны восходящего солнца проходит Хотару Мацури - Праздник светлячков.
Обычно в тёплую погоду перед началом массового лёта светящихся жуков люди собираются в сумерках в саду возле какого-нибудь буддийского или синтоистского храма. Как правило, «жучиный фестиваль» приурочивают к новолунию - чтобы «посторонний» свет не отвлекал зрителей от сказочного представления живых огоньков. Многие японцы считают крылатые фонарики душами своих умерших предков.
Кадр из аниме "Могила светлячков"
ПОВЕРИВ АЛГЕБРОЙ ГАРМОНИЮ...
Слов нет, звёздочки, светящиеся под ногами, в кронах деревьев или барражирующие почти над самой головой в тёплом ночном воздухе. - зрелище поистине волшебное. Но это далёкое от науки определение не может удовлетворить учёного, который стремится познать физическую природу всякого явления окружающего мира.
Раскрыть тайну «его сиятельства» жука-лампирида - такую цель поставил перед собой французский физиолог XIX века Рафаэль Дюбуа. Для решения этой задачи он отделял органы свечения от брюшка насекомых и растирал их в ступке, превращая в светящуюся гомогенную кашицу, затем подливал немного холодной воды. «Фонарик» светил в ступке ещё несколько минут, после чего гас.
Когда учёный добавлял в кашицу, приготовленную тем же способом, кипяток, огонёк потухал мгновенно. Однажды исследователь на пробу соединил содержимое «холодной» и «горячей» ступок. К его изумлению, свечение возобновилось! Дюбуа оставалось только объяснить с точки зрения химии такой неожиданный эффект.
Крепко поломав голову, физиолог пришёл к выводу: «живую лампочку» «включают» два разных химических вещества. Учёный назвал их люциферин и люцифераза. При этом второе вещество каким-то образом активизирует первое, заставляя его светиться.
В «холодной» ступке свечение прекратилось, поскольку кончился люциферин, а в «горячей» - потому что под действием высокой температуры разрушилась люцифераза. Когда содержимое обеих ступок соединили, люциферин и люцифераза снова встретились и «засияли».
Дальнейшие исследования подтвердили правоту французского физиолога. Более того, как выяснилось, химические вещества типа люциферина и люциферазы присутствуют в светящихся органах всех известных видов жуков-лампиридов, живущих в разных странах и даже на разных континентах.
Разгадав феномен свечения насекомых, учёные со временем проникли и в другой секрет «сиятельных особ». Как рождается синхронная светомузыка, о которой мы рассказали выше? Изучая световые органы «огненных» букашек, исследователи установили, что нервные волокна связывают их с глазами светлячков.
Работа «живой лампочки» напрямую зависит от сигналов, которые получает и обрабатывает зрительный анализатор насекомого; последний, в свою очередь, подаёт команды на световой орган. Конечно, один жук не может охватить взглядом крону большого дерева или пространство поляны. Он видит вспышки сородичей, находящихся с ним рядом, и действует с ними в унисон.
Те ориентируются на своих соседей и так далее. Возникает своеобразная «агентурная сеть», в которой каждый маленький сигнальщик находится на своём месте и передаёт световую информацию по цепочке, не зная, сколько всего особей задействовано в системе.
С «ЕГО СИЯТЕЛЬСТВОМ» ПО ДЖУНГЛЯМ
Конечно, люди ценят светлячков прежде всего за красоту, загадочность и романтичность. Но в той же Японии, например, в старину этих насекомых собирали в специальные плетёные сосуды. Знать и богатые гейши использовали их в качестве изящных ночников, а бедным студентам «живые фонарики» помогали зубрить по ночам. Кстати 38 жуков дают столько света, сколько средняя по размерам восковая свеча.
«Звёздочками на ножках» как осветительными приборами с давних пор пользовались коренные жители Центральной и Южной Америки для ритуального украшения жилищ и самих себя в дни праздников. Первые европейские переселенцы в Бразилии наполняли жуками вместо масла лампады возле католических икон. Особо ценную услугу «живые фонарики» оказывали тем, кто путешествовал по джунглям Амазонии.
Чтобы обезопасить ночное передвижение по кишащему змеями и прочими ядовитыми тварями тропическому лесу, индейцы привязывали светлячков к ногам. Благодаря такой «иллюминации» риск случайно наступить на опасного обитателя джунглей значительно уменьшался.
Современному любителю экстрима даже амазонская чаща может показаться исхоженным местом. Сегодня единственная область, где туризм делает только первые шаги, - это космос. Но, оказывается, и в его освоение светлячки способны внести свой достойный вклад.
ЕСТЬ ЛИ ЖИЗНЬ НА МАРСЕ -РАССКАЖЕТ СВЕТЛЯК
Вспомним ещё раз Рафаэля Дюбуа, стараниями которого мир в XIX веке узнал о люциферине и люциферазе - двух химических веществах, обусловливающих «живое» сияние. В первой половине минувшего столетия его открытие было существенно дополнено.
Выяснилось, что для правильной работы «жучиной лампочки» необходима третья составляющая, а именно - аденозинтрифосфорная кислота, или сокращённо - АТФ. Эту важнейшую биологическую молекулу обнаружили в 1929 году, так что французский физиолог даже не подозревал о её участии в его экспериментах.
В фильме "Аватар" в темноте светятся не только насекомые и животные, но и растения
АТФ представляет собой своеобразный «портативный аккумулятор» в живой клетке, задача которого - обеспечение энергией всех реакций биохимического синтеза. В том числе и взаимодействия между люциферином и люциферазой - ведь для светоиспускания тоже нужна энергия. Сначала благодаря аденозинтрифосфорной кислоте люциферин переходит в особую «энергетическую» форму, а затем люцифераза включает реакцию, в результате которой его «лишняя» энергия преобразуется в квант света.
Ещё в реакциях свечения жуков-лампиридов участвуют кислород, перекись водорода, оксид азота и кальций. Вот как всё непросто в «живых лампочках»! Зато у них поразительно высокий КПД. В результате превращения химической энергии АТФ в свет теряется в виде тепла только два процента, в то время как у электрической лампочки бесполезно расходуется 96 процентов энергии.
Всё это хорошо, скажете вы, но при чём здесь космос? А вот при чём. Упомянутую кислоту «умеют делать» только живые организмы, но зато абсолютно все - от вирусов и бактерий до человека. Люциферин и люцифераза способны светиться в присутствии АТФ, которую синтезировал любой живой организм, не обязательно светлячок.
В то же время эти два вещества, открытые Дюбуа, искусственно лишённые своего неизменного спутника, не дадут «огонька». Зато если все три участника реакции вновь соберутся вместе, свечение может возобновиться.
Вот на этой идее и был основан проект, который разрабатывали в Американском аэрокосмическом агентстве (NASA) в 60-е годы прошлого века. Предполагалось снабжать автоматические космические лаборатории, предназначенные для изучения поверхности планет Солнечной системы, специальными контейнерами, содержащими люциферин и люциферазу. При этом они должны были быть полностью очищены от АТФ.
Взяв пробу грунта на другой планете, следовало, не теряя времени, соединить небольшое количество «космической» почвы с земными субстратами свечения. Если на поверхности небесного тела обитают хотя бы микроорганизмы, то их АТФ вступит в контакт с люциферином, «зарядит» его, а затем люцифераза «включит» реакцию свечения.
Полученный световой сигнал передаётся на Землю, и там люди сразу поймут - жизнь есть! Ну а отсутствие свечения, увы, будет означать, что этот островок во Вселенной скорее всего безжизнен. Пока, судя по всему, ещё ни с одной планеты Солнечной системы нам не мигнул зеленоватый «живой огонёк». Но - исследования продолжаются!
Если вы хотите выложить эту статью на ваш сайт или блог, то это разрешается лишь при наличии активной и индексируемой обратной ссылки на источник.
Тёплыми ночами в конце июня — начале июля, идя вдоль опушки леса, в траве можно заметить яркие зелёные огоньки, будто кто-то зажег маленькие зелёные светодиоды. Летние ночи коротки, наблюдать это зрелище можно в течение буквально пары часов. Но если разгрести траву и посветить фонариком на место, где горит огонёк, можно увидеть невзрачное червеобразное сегментированное насекомое, у которого конец брюшка светится зелёным. Так выглядит самка светляка обыкновенного (Lampyris noctiluca ). В народе его называют иванов червячок , ивановский червячок из-за поверья, что первый раз в году появляется в ночь на Ивана Купалу. Яркий свет способны испускать лишь самки, ожидающие самцов на земле или растительности; самцы же света практически не излучают. Самец у светляка выглядит как обыкновенный нормальный жук с твердыми надкрыльями, самка же во взрослом состоянии остаётся похожей на личинку, и вовсе не имеет крыльев. Свет используется для привлечения самца. Специальный орган, испускающий свечение, расположен на последних сегментах брюшка и устроен очень интересно: есть нижний слой клеток. содержащий большое количество кристаллов мочевины, и действующий как зеркало, отражающее свет. Сам светоносный слой пронизан трахеями (для доступа кислорода) и нервами. Свет образуется при окислении специального вещества — люциферина, с участием АТФ. У светляков это очень эффективный процесс, происходящий почти со 100% КПД, вся энергия идет в свет, практически без выделения тепла. А сейчас немного более подробно обо всем этом.
Светляк обыкновенный (Lampyris noctiluca ) является представителем семейства светляки (Lampyridae ) отряда жуков (жесткокрылых, Coleoptera). У самцов этих жуков сигарообразное тело, длиной до 15 мм, и довольно крупная голова с большими полусферическими глазами. Они хорошо летают. Самки же своим внешним видом напоминают личинок, имеют червеобразное тело длиной до 18 мм, и бескрылы. Светляков можно увидеть на лесных опушках, сырых полянах, на берегах лесных озер и ручьев.
Главными во всех смыслах слова у них являются светящиеся органы. У большинства светляков они располагаются в задней части брюшка, напоминая большой фонарик. Органы эти устроены по принципу маяка. В них есть своего рода «лампа» - группа клеток-фотоцитов, оплетенная трахеями и нервами. Каждая такая клетка наполнена «топливом», в роли которого выступает вещество люциферин. Когда светлячок дышит, воздух по трахеям поступает в светящийся орган, где под воздействием кислорода люциферин окисляется. В процессе химической реакции высвобождается энергия в виде света. Настоящий маяк всегда излучает свет в нужном направлении - в сторону моря. Светляки в этом плане тоже не отстают. Фотоциты у них окружены клетками, наполненными кристаллами мочевой кислоты. Они выполняют функцию рефлектора (зеркала-отражателя) и позволяют не расходовать ценную энергию напрасно. Впрочем, об экономии эти насекомые могли бы и не заботиться, ведь производительности их светящихся органов может позавидовать любой техник. Коэффициент полезного действия у светляков достигает фантастических 98%! Это значит, что только 2% энергии расходуется напрасно, а в творениях рук человеческих (автомобилях, электроприборах) впустую тратится от 60 до 96% энергии.
В реакции свечения участвуют несколько химических соединений. Одно из них, устойчиво к нагреванию и присутствует в небольшом количестве - люциферин. Другое вещество - фермент люцифераза. Также для реакции свечения необходима ещё и аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Люцифераза представляет собой белок, богатый сульфгидрильными группами.
Свет образуется при окислении люциферина. Без люциферазы скорость реакции между люциферином и кислородом крайне низкая, катализация люциферазой значительно повышает её скорость. В качестве кофактора требуется АТФ.
Свет возникает при переходе оксилюциферина из возбуждённого состояния в основное. При этом оксилюциферин связан с молекулой фермента и в зависимости от гидрофобности микроокружения возбуждённого оксилюциферина испускаемый свет варьирует у различных видов светлячков от жёлто-зелёного (при более гидрофобном микроокружении) до красного (при менее гидрофобном). Дело в том, что при более полярном микроокружении часть энергии рассеивается. Люциферазы из различных светляков генерируют биолюминесценцию с максимумами от 548 до 620 нм. В целом энергетическая эффективность реакции очень высокая: практически вся энергия реакции трансформируется в свет без испускания тепла.
Все жуки содержат один и тот же люциферин. Люциферазы, напротив, у разных видов различны. Отсюда следует, что изменение окраски свечения зависит от строения фермента. Как показали исследования, температура и рН среды оказывают существенное влияние на окраску свечения. На микроскопическом уровне свечение свойственно только цитоплазме клеток, ядро при этом остается темным. Свечение испускается находящимися в цитоплазме фотогенными гранулами. При исследовании в ультрафиолетовых лучах свежих срезов фотогенных клеток эти гранулы можно обнаружить по их другому свойству - флуоресценции,- зависящему от наличия люциферина.
Квантовый выход реакции по сравнению с классическими примерами люминесценции необычайно высок, приближается к единице. Иными словами, на каждую молекулу люциферина, участвующую в реакции, испускается один квант света.
Светляки — хищники, питаются насекомыми и моллюсками. Личинки светляков ведут бродячую жизнь, наподобие личинок жужелиц. Личинки питаются мелкими беспозвоночными, преимущественно наземными моллюсками, в раковинах которых часто укрываются сами.
Взрослые жуки не питаются и вскоре после спаривания и откладки яиц гибнут. Самка яйца откладывает на листья или на землю. Вскоре из них появляются личинки черного цвета с желтыми крапинами. Они много едят и быстро растут и, кстати, тоже светятся. В начале осени, пока еще тепло, забираются под кору деревьев, где проводят всю зиму. Весной выбираются из укрытия, несколько дней откармливаются, а затем окукливаются. Через две недели появляются молодые светлячки.
Глядя на яркое мерцание светлячков, еще с давних времен люди задумывались, почему бы не использовать их в полезных целях. Индейцы крепили их к мокасинам для подсвечивания троп и отпугивания змей. Первые переселенцы в Южную Америку применяли этих жучков в качестве освещения для своих хижин. В некоторых поселениях эта традиция сохранилась и до сегодняшнего дня.
