Perché il mare brilla? Fatti sulle meduse: velenose, luminose, la medusa più grande del mondo Muro di corallo

V. LUNKEVICH.

Valeryan Viktorovich Lunkevich (1866-1941) - biologo, insegnante, eccezionale divulgatore.

Riso. 1. Luce notturna "Candela marina".

Riso. 3. Rana pescatrice.

Riso. 4. Pesce luminoso.

Riso. 6. Ramo di corallo con polipi luminosi.

Riso. 5. Cefalopode luminoso.

Riso. 7. Lucciola femmina.

Riso. 8. Organo luminoso in un cefalopode: a - parte leggera, che ricorda una lente; b - strato interno di celle luminose; c - strato di celle d'argento; d - strato di cellule di pigmento scuro.

Chi di noi non ha avuto l'opportunità di ammirare in una calda sera d'estate le luci verdastre delle lucciole, come frecce che fendono l'aria in diverse direzioni? Ma quante persone sanno che non solo alcuni insetti, ma anche altri animali, soprattutto gli abitanti dei mari e degli oceani, sono dotati della capacità di brillare?

Tutti coloro che hanno trascorso l'estate sulle rive del Mar Nero hanno assistito più di una volta a uno degli spettacoli della natura più belli.

La notte sta arrivando. Il mare è calmo. Piccole increspature scivolano sulla sua superficie. All'improvviso, una striscia luminosa balenò sulla cresta di una delle onde più vicine. Dietro di lei ne balenò un altro, un terzo... Ce ne sono molti. Brilleranno per un attimo e svaniranno insieme all'onda infranta, per poi riaccendersi. Ti alzi e guardi, incantato, i milioni di luci che inondano il mare con la loro luce, e ti chiedi: qual è il problema?

Questo enigma è stato a lungo risolto dalla scienza. Si scopre che la luce viene emessa da miliardi di creature microscopiche conosciute come luci notturne (Fig. 1). L'acqua calda estiva favorisce la loro riproduzione, dopodiché si precipitano attraverso il mare in orde innumerevoli. Nel corpo di ciascuna di queste luci notturne sono sparse palline giallastre che emettono luce.

Andiamo ora “andiamo avanti” verso uno dei mari tropicali e tuffiamoci nelle sue acque. Qui l'immagine è ancora più magnifica. Qui alcuni strani animali galleggiano in una folla tranquilla o da soli: sembrano ombrelli o campanelli di gelatina densa. Queste sono meduse: grandi e piccole, scure e luminose in blu, verde, giallo o rossastro. Tra queste “lanterne” multicolori in movimento galleggia tranquilla e lenta una medusa gigante, il cui ombrello è largo dai sessanta ai settanta centimetri (Fig. 2). I pesci che emettono luce sono visibili in lontananza. Il pesce luna si precipita a capofitto, come la luna tra gli altri pesci stella luminosi. Uno dei pesci ha gli occhi luminosi e ardenti, un altro ha un processo sulla testa, la cui sommità ricorda una lampada elettrica accesa, il terzo ha una lunga corda con una "torcia" all'estremità che pende dalla mascella superiore (Fig. 3 ), e alcuni pesci luminosi sono completamente pieni di splendore grazie a organi speciali situati lungo il loro corpo come lampadine infilate su un filo (Fig. 4).

Scendiamo in basso, dove la luce del sole non penetra più, dove, a quanto pare, dovrebbe esserci un'oscurità eterna e impenetrabile. E qua e là “le luci sono accese”; e qui l'oscurità della notte è squarciata dai raggi emanati dal corpo di vari animali luminosi.

Sul fondale, tra rocce e alghe, brulicano luccicanti vermi e molluschi. I loro corpi nudi sono punteggiati di strisce, macchie o granelli lucenti, come polvere di diamante; sui bordi delle rocce sottomarine ci sono stelle marine inondate di luce; Il gambero si tuffa immediatamente in tutti gli angoli del suo territorio di caccia, illuminando il percorso davanti a sé con enormi occhi a forma di cannocchiale.

Ma il più magnifico di tutti è uno dei cefalopodi: è completamente bagnato da raggi di un colore azzurro brillante (Fig. 5). Un attimo - e la luce si spense: come se un lampadario elettrico fosse stato spento. Poi appare di nuovo la luce - dapprima debole, poi sempre più intensa, ora è viola - i colori del tramonto. E poi si spegne di nuovo, per poi riaccendersi per qualche minuto del colore del delicato fogliame verde.

Nel mondo sottomarino puoi vedere altre immagini colorate.

Ricordiamo il noto rametto di corallo rosso. Questo ramo ospita animali molto semplici: i polipi. I polipi vivono in vaste colonie che sembrano cespugli. I polipi costruiscono la loro casa con calce o sostanza corneo. Tali abitazioni sono chiamate polypnyak e un ramo di corallo rosso è una particella di un polypnyak. Le rocce sottomarine in alcuni punti sono completamente ricoperte da un intero boschetto di cespugli di corallo di diverse forme e colori (Fig. 6) con molte minuscole camere in cui siedono centinaia di migliaia di polipi - animali che sembrano piccoli fiori bianchi. In molte foreste di polipi, i polipi sembrano essere avvolti dalle fiamme formate da numerose luci. Le luci a volte bruciano in modo irregolare e intermittente, cambiando colore: improvvisamente brillano di una luce viola, per poi virare al rosso, oppure brillano di un azzurro pallido e, dopo aver attraversato tutta una serie di transizioni dal blu al verde, si bloccano a il colore dello smeraldo o si spegneranno, formando attorno a sé ombre nere, e di nuovo divamperanno le scintille iridescenti.

Ci sono animali luminosi tra gli abitanti della terra: sono quasi interamente coleotteri. Esistono sei specie di questi coleotteri in Europa. Nei paesi tropicali ce ne sono molti di più. Costituiscono tutti una famiglia di lampyridi, cioè lucciole. L'“illuminazione” a volte eseguita da questi insetti è uno spettacolo davvero spettacolare.

Una notte ero su un treno da Firenze a Roma. All'improvviso la mia attenzione fu attratta dalle scintille che volavano vicino alla carrozza. Inizialmente avrebbero potuto essere scambiate per scintille emesse dal camino di una locomotiva. Guardando fuori dal finestrino, ho visto che il nostro treno correva in avanti attraverso una nuvola leggera e trasparente tessuta da minuscole luci blu-dorate. Brillavano ovunque. Volarono in cerchio, trafissero l'aria con archi radiosi, la tagliarono in diverse direzioni, si incrociarono, affondarono e divamparono di nuovo nell'oscurità della notte, cadendo a terra sotto una pioggia infuocata. E il treno correva sempre più lontano, avvolto in un magico velo di luci. Questo spettacolo indimenticabile durò cinque minuti o anche di più. Poi siamo fuggiti dalla nuvola di particelle di polvere in fiamme, lasciandole molto indietro.

Erano miriadi di lucciole, il nostro treno si è schiantato in mezzo a questi insetti dall'aspetto poco appariscente, riuniti in una notte tranquilla e calda, apparentemente in stagione degli amori Propria vita. (Un fenomeno simile può essere osservato non solo nei paesi del Mediterraneo, ma anche qui in Russia. Se prendi un treno per la costa del Mar Nero in una sera calda e non piovosa nella seconda metà dell'estate, osserva la stravaganza descritta dall'autore nelle vicinanze della città di Tuapse.Poiché ci sono molti tunnel, molte curve e un unico binario, il treno non va molto veloce e il volo delle lucciole è uno spettacolo affascinante. Yu.M.)

Alcune specie di lucciole emettono luce di intensità relativamente elevata. Ci sono lucciole che brillano così intensamente che su un orizzonte buio da lontano non puoi determinare immediatamente se davanti a te c'è una stella o una lucciola. Ci sono specie in cui sia i maschi che le femmine brillano ugualmente bene (ad esempio le lucciole italiane). Infine, ci sono anche tipi di coleotteri in cui il maschio e la femmina brillano diversamente, anche se sembrano uguali: nel maschio l'organo luminescente è meglio sviluppato e agisce con più energia che nella femmina. Quando la femmina è sottosviluppata, ha solo ali rudimentali o non ha ali, e il maschio è sviluppato normalmente, allora si osserva qualcosa di diverso: nella femmina gli organi luminescenti funzionano molto più forte che nel maschio; quanto più la femmina è sottosviluppata, tanto più è immobile e indifesa, tanto più luminoso è il suo organo luminoso. L’esempio migliore qui è il cosiddetto “verme di Ivan”, che non è affatto un verme, ma una femmina simile a una larva di una specie speciale di scarabeo lucciola (Fig. 7). Molti di noi ammiravano la sua luce fredda e uniforme che irrompeva attraverso il fogliame dei cespugli o dell'erba. Ma c'è uno spettacolo ancora più interessante: il bagliore di una femmina di un'altra specie di lucciola. Poco appariscente di giorno, somigliante a un verme anellide, di notte si bagna letteralmente nei raggi della sua magnifica luce bianco-bluastra grazie all'abbondanza di organi luminosi.

Tuttavia non basta ammirare lo splendore degli esseri viventi. È necessario sapere cosa provoca il bagliore degli abitanti del mondo sottomarino e terrestre e quale ruolo gioca nella vita degli animali.

All'interno di ogni bagliore notturno, usando un microscopio, puoi vedere molti granelli giallastri: questi sono batteri luminosi che vivono nel corpo del bagliore notturno. Emettendo luce, fanno brillare questi animali microscopici. Lo stesso si deve dire dei pesci, i cui occhi sono come lanterne accese: il loro bagliore è causato da batteri luminosi che si sono depositati nelle cellule dell'organo luminoso di questo pesce. Ma il bagliore degli animali non è sempre associato all'attività dei batteri luminosi. A volte la luce è prodotta da speciali cellule luminose dell'animale stesso.

Gli organi luminescenti di diversi animali sono costruiti secondo lo stesso tipo, ma alcuni sono più semplici, mentre altri sono più complessi. Mentre i polipi luminosi, le meduse e le stelle marine hanno un corpo intero luminoso, alcune razze di gamberi hanno solo una fonte di luce: grandi occhi simili a telescopi. Tuttavia, tra gli animali luminosi, uno dei primi posti appartiene giustamente ai cefalopodi. Tra questi il ​​polpo, che ha la capacità di cambiare il colore del suo rivestimento esterno.

Quali organi causano il bagliore? Come sono costruiti e come funzionano?

La pelle del cefalopode contiene piccoli corpi duri di forma ovale. La parte anteriore di questo corpo, guardando verso l'esterno, è completamente trasparente ed è qualcosa di simile alla lente dell'occhio, e la parte posteriore, per la maggior parte, è avvolta in un guscio nero di cellule pigmentate (Fig. 8). Direttamente sotto questo guscio si trovano cellule argentate in più file: formano lo strato intermedio dell'organo luminoso del mollusco. Al di sotto ci sono cellule dalla forma complessa che ricordano gli elementi nervosi della retina. Rivestino la superficie interna di questo corpo ("apparato"). Emettono anche luce.

Quindi, la “lampadina” di un cefalopode è composta da tre diversi strati. La luce viene rilasciata dalle cellule dello strato interno. Riflettendo dalle cellule argentate dello strato intermedio, passa attraverso l'estremità trasparente della “lampadina” e si spegne.

Un altro dettaglio interessante in questo “apparato” luminoso. Nella pelle di un cefalopode, accanto a ciascuno di questi corpi, c'è qualcosa di simile a uno specchio concavo o un riflettore. Ciascuno di questi riflettori nella “lampadina” del mollusco è costituito, a sua volta, da due tipi di cellule: cellule pigmentate scure che non trasmettono la luce, davanti alle quali ci sono file di cellule argentate che riflettono la luce.

Mentre il corpo vive, nelle sue cellule avvengono vari processi chimici. In connessione con questi processi, nel corpo sorgono varie forme di energia: termica, grazie alla quale si riscalda; meccanico, da cui dipendono i suoi movimenti; elettrico, che è associato al lavoro dei suoi nervi. La luce è anche un tipo speciale di energia che nasce sotto l'influenza del lavoro interno che avviene nel corpo. La sostanza dei batteri luminosi e di quelle cellule da cui sono composti gli apparati luminosi degli animali, quando ossidata, emette energia luminosa.

Che ruolo gioca il bagliore nella vita degli animali? Non è stato ancora possibile rispondere a questa domanda caso per caso. Ma non ci possono essere dubbi sui benefici della luce per molti animali. Pesci luminosi e gamberi vivono nelle profondità dove luce del sole non penetra. Nell'oscurità, è difficile discernere cosa sta succedendo intorno, rintracciare la preda e fuggire dal nemico in tempo. Nel frattempo, pesci e gamberi luminosi vengono avvistati e hanno gli occhi. La capacità di brillare rende la loro vita più facile.

Inoltre, sappiamo come alcuni animali siano attratti dalla luce. Un pesce con qualcosa come una lampadina che sporge dalla testa, o una rana pescatrice con un lungo tentacolo simile a una corda “con una torcia” all'estremità, usano organi luminosi per attirare la preda. Il cefalopode in questo senso è ancora più felice: la sua luce mutevole e iridescente attrae alcuni, spaventa altri. Alcune varietà di piccoli crostacei luminosi, nel momento di pericolo, emettono getti di sostanza luminosa, e la nube luminosa che ne risulta li nasconde al nemico. Infine, in alcuni animali, il bagliore serve come mezzo per trovare e attrarre un sesso di un animale verso un altro: i maschi trovano così le femmine o, al contrario, le attirano a sé. Di conseguenza, il bagliore degli animali è uno degli adattamenti di cui sono così ricchi Vivi la natura, una delle armi nella lotta per l'esistenza.

Un moderno “pesce rosso” dovrebbe essere di dimensioni nanometriche e avere una fluorescenza con luce verdastra

Per molti anni, la proteina fluorescente verde (GFP) è sembrata un’inutile curiosità biochimica, ma negli anni ’90 è diventata uno strumento prezioso in biologia. Questa molecola naturale unica non ha una fluorescenza peggiore dei coloranti sintetici, ma a differenza di questi è innocua. Con l'aiuto della GFP è possibile vedere come si divide una cellula, come un impulso viaggia lungo una fibra nervosa o come le metastasi si "diffondono" in tutto il corpo di un animale da laboratorio. Oggi il Premio Nobel per la Chimica viene assegnato a tre scienziati che lavorano negli Stati Uniti per la scoperta e lo sviluppo di questa proteina.

Per ottenere la prima porzione della nuova proteina, i ricercatori hanno catturato le meduse con reti a mano, lanciando una rete, come il vecchio della fiaba di Pushkin. La cosa più sorprendente è che la strana proteina isolata da queste meduse dopo diversi decenni è diventata un vero "pesce rosso" che soddisfa i desideri più cari dei biologi cellulari.

Cos'è la GFP?

La GFP appartiene al gruppo più ampio e diversificato di molecole presenti negli organismi viventi responsabili di molte funzioni biologiche: le proteine. È davvero verde, anche se la maggior parte delle proteine ​​non sono colorate (da qui il loro nome: scoiattolo).

Le poche proteine ​​colorate hanno il loro colore dovuto alla presenza di molecole non proteiche - "pesi di compensazione". Ad esempio, l'emoglobina nel nostro sangue è costituita da una molecola di eme rosso-marrone non proteica e da una parte proteica incolore: la globina. La GFP è una proteina pura senza "additivi": una molecola a catena costituita da "collegamenti" incolori - amminoacidi. Ma dopo la sintesi, se non un miracolo, avviene almeno un trucco: la catena si raggomitola in una “palla”, acquisendo un colore verde e la capacità di emettere luce.

Nelle cellule delle meduse, la GFP lavora in tandem con un’altra proteina che emette luce blu. GFP assorbe questa luce ed emette verde. Perché la medusa delle profondità marine Aequorea victoria si illumina di verde, gli scienziati ancora non lo capiscono. Con le lucciole tutto è semplice: durante la stagione degli amori, la femmina accende un “faro” per i maschi - una sorta di annuncio di matrimonio: verde, alto 5 mm, in cerca di un compagno di vita.

Nel caso delle meduse, questa spiegazione non si adatta: non possono muoversi attivamente e resistere alle correnti, quindi anche se si scambiano segnali, loro stesse non sono in grado di nuotare "verso la luce".

Osamu Shimomura: Non puoi estrarre una medusa senza difficoltà

Tutto iniziò negli anni '50, quando Osamu Shimomura iniziò a studiare la medusa luminosa delle profondità marine Aequorea victoria presso il Friday Harbor Marine Laboratory negli Stati Uniti. È difficile immaginare una curiosità scientifica più “oziosa”: le persone con gli occhiali si interessarono al motivo per cui una creatura gelatinosa sconosciuta brilla nell'oscurità delle profondità del mare. Se studiassi il veleno delle meduse, sarebbe più facile immaginare la prospettiva di un’applicazione pratica.

Si è scoperto che è impossibile catturare le meduse con una rete da traino industriale: sono gravemente ferite, quindi abbiamo dovuto catturarle con reti a mano. Per facilitare la "creatività" lavoro scientifico sotto la guida di un giapponese persistente, progettarono una macchina speciale per tagliare le meduse.

Ma la curiosità scientifica, unita alla meticolosità giapponese, ha prodotto risultati. Nel 1962, Shimomura e colleghi pubblicarono un articolo in cui riferivano della scoperta di una nuova proteina chiamata GFP. La cosa più interessante è che Shimomura non era interessato alla GFP, ma a un’altra proteina delle meduse, l’equorina. GFP è stato scoperto come un “prodotto correlato”. Nel 1979, Shimomura e colleghi avevano caratterizzato in dettaglio la struttura della GFP, che era, ovviamente, interessante, ma solo per pochi specialisti.

Martin Chalfie: proteine ​​delle meduse senza meduse

La svolta avvenne tra la fine degli anni ’80 e l’inizio degli anni ’90, sotto la guida di Martin Chalfie, il secondo dei tre premi Nobel. Utilizzando metodi di ingegneria genetica (che hanno preso forma 15-20 anni dopo la scoperta della GFP), gli scienziati hanno imparato a inserire il gene GFP nei batteri, e poi negli organismi complessi, e li hanno costretti a sintetizzare questa proteina.

In precedenza si pensava che per acquisire proprietà fluorescenti, la GFP richiedesse un “ambiente” biochimico unico che esiste nel corpo della medusa. Chalfie ha dimostrato che la GFP luminescente a tutti gli effetti può formarsi anche in altri organismi, è sufficiente un solo gene. Ora gli scienziati avevano questa proteina “sotto copertura”: non accesa profondità marine, e sempre a portata di mano e in quantità illimitate. Si sono aperte prospettive senza precedenti per l’applicazione pratica.

L'ingegneria genetica consente di inserire il gene GFP non solo "da qualche parte", ma di attaccarlo al gene di una proteina specifica che interessa al ricercatore. Di conseguenza, questa proteina viene sintetizzata con un'etichetta luminosa, che le consente di essere vista al microscopio sullo sfondo di migliaia di altre proteine ​​cellulari.

La natura rivoluzionaria della GFP è che consente di "marcare" una proteina in una cellula vivente e la cellula stessa la sintetizza, e nell'era precedente alla GFP, quasi tutta la microscopia veniva eseguita su preparati "fissi". In sostanza, i biochimici studiavano “istantanee” dei processi biologici “al momento della morte”, partendo dal presupposto che tutto nel farmaco rimaneva com’era durante la vita. Ora è possibile osservare e registrare su video molti processi biologici in un organismo vivente.

Il banco della frutta di Roger Tsien

Terzo vincitore del Nobel, in generale, non ha “scoperto” nulla. Armati delle conoscenze acquisite da altri sulla GFP e sulle tecniche di ingegneria genetica, gli scienziati del laboratorio di Roger Y. Tsien hanno iniziato a creare nuove proteine ​​fluorescenti che meglio si adattassero alle loro esigenze. Gli svantaggi significativi della GFP “naturale” sono stati eliminati. In particolare, le proteine ​​delle meduse si illuminano intensamente se irradiate con luce ultravioletta, ma per studiare le cellule viventi è molto meglio usare la luce visibile. Inoltre la proteina “naturale” è un tetramero (le molecole sono assemblate in gruppi di quattro). Immagina che quattro spie (GFP) debbano monitorare quattro individui ("scoiattoli contrassegnati"), tenendosi per mano.

Modificando i singoli elementi strutturali della proteina, Tsien e i suoi colleghi hanno sviluppato modifiche della GFP che erano esenti da questi e da una serie di altri svantaggi. Ora sono utilizzati dagli scienziati di tutto il mondo. Inoltre, il team di Tsien ha creato un “arcobaleno” di proteine ​​fluorescenti, che vanno dal blu al rosso-viola. Tsien ha chiamato le sue proteine ​​colorate con i frutti dei colori corrispondenti: mBanana, tdTomato, mStrawberry (fragola), mCherry (ciliegia), mPlum (prugna) e così via.

Tsien ha fatto sembrare l'elenco dei suoi sviluppi un banco di frutta non solo a scopo di divulgazione. Secondo lui, proprio come non c'è nessuno miglior frutto per tutti i casi non esiste una proteina fluorescente migliore: per ogni caso specifico devi scegliere la “tua” proteina (e ora ce n’è davvero tanta tra cui scegliere). È necessario un arsenale di proteine ​​​​multicolori quando gli scienziati vogliono monitorare contemporaneamente diversi tipi di oggetti in una cellula (questo di solito accade).

Un nuovo passo nella progettazione delle proteine ​​fluorescenti è stata la creazione di proteine ​​“fotoattivabili”. Non emettono fluorescenza (e quindi non sono visibili al microscopio) finché un ricercatore non li "illumina" con l'aiuto di un'irradiazione a breve termine con un laser appositamente selezionato. Il raggio laser è simile alla funzione di evidenziazione nelle applicazioni informatiche. Se uno scienziato non è interessato a tutte le molecole proteiche, ma solo a un luogo specifico e a partire da certo punto, quindi puoi “selezionare” quest'area utilizzando un raggio laser e quindi osservare cosa succede a queste molecole. Ad esempio, puoi "attivare" uno tra dozzine di cromosomi e poi osservare come "viaggia" attraverso la cellula durante la divisione e i cromosomi rimanenti non si intrometteranno.

Ora gli scienziati sono andati ancora oltre: recentemente sono state create proteine ​​camaleonti fluorescenti che, dopo un'irradiazione speciale, cambiano colore e questi cambiamenti sono reversibili: è possibile “cambiare” la molecola da un colore all'altro molte volte. Ciò espande ulteriormente le possibilità di studiare i processi in una cellula vivente.

Grazie agli sviluppi dell’ultimo decennio, le proteine ​​fluorescenti sono diventate uno dei principali strumenti per la ricerca cellulare. Circa diciassettemila sono già stati pubblicati solo sulla GFP o sugli studi che la utilizzano articoli scientifici. Nel 2006, il laboratorio di Friday Harbor dove è stata scoperta la GFP ha eretto un monumento raffigurante la molecola GFP, alto 1,4 m, cioè circa cento milioni di volte più grande dell'originale.

La GFP della medusa Aequorea è la prova migliore di cui gli esseri umani hanno bisogno per proteggere la diversità delle specie “inutili” di animali selvatici. Circa venti anni fa, nessuno avrebbe immaginato che una proteina esotica proveniente da una medusa sconosciuta sarebbe diventata lo strumento principale della biologia cellulare del 21° secolo. Per più di cento milioni di anni, l’evoluzione ha creato una molecola con proprietà uniche che nessuno scienziato o computer potrebbe costruire “da zero”. Ognuna delle centinaia di migliaia di specie animali e vegetali sintetizza migliaia di proprie molecole biologiche, la stragrande maggioranza delle quali non è stata ancora studiata. Forse questo vasto archivio vivente contiene gran parte di ciò di cui un giorno l’umanità avrà bisogno.

La crescente disponibilità di biologia molecolare “ad alta tecnologia” ha portato al fatto che le proteine ​​luminose hanno cominciato ad essere utilizzate non solo nella ricerca seria.

Lardo verde fluorescente

Nel 2000, su richiesta dell'artista contemporaneo Eduardo Kac, un genetista francese “ha realizzato” un coniglio verde fluorescente di nome Alba. L'esperimento non aveva obiettivi scientifici: Alba era un'“opera d'arte” dell'artista Katz nella direzione da lui inventata: l'arte transgenica. Coniglio (scusa, pezzo d'arte Katz) è stato presentato in varie mostre, conferenze stampa e altri eventi, che hanno attirato molta attenzione.

Nel 2002 Alba morì inaspettatamente e intorno allo sfortunato animale scoppiò uno scandalo sulla stampa a causa delle contraddizioni tra lo scienziato-performer e l'artista-cliente. Difendendo il loro collega dagli attacchi di Katz, i genetisti francesi, ad esempio, hanno sostenuto che Alba in realtà non è così verde e luminosa come appare nelle fotografie. Ma se parliamo di arte, perché non abbellirla utilizzando Photoshop?

L'ingegneria genetica umana è contraria all'etica medica, quindi è improbabile che le proteine ​​fluorescenti vengano utilizzate nelle istituzioni mediche legali per scopi diagnostici e simili. Si può tuttavia presumere che i saloni di bellezza e altri esercizi meno controllati saranno interessati alle nuove opportunità. Immaginate, ad esempio, unghie o labbra naturali (niente smalti o rossetti!), che cambiano colore a seconda dell'illuminazione e si illuminano anche al buio se a qualcuno piace... O un disegno sulla pelle formato dalle proprie cellule fluorescenti, che diventa visibile solo se lo si illumina con una lampada speciale, al posto dei tatuaggi, che vengono visti da tutti e sono difficili da rimuovere.

Novità sui soci

La bioluminescenza è la capacità degli organismi viventi di brillare. Si basa su processi chimici in cui l'energia liberata viene rilasciata sotto forma di luce. La bioluminescenza serve per attirare prede, compagni, comunicazione, avvertimento, mimetizzazione o deterrenza.

Gli scienziati ritengono che la bioluminescenza sia apparsa nella fase di transizione dalle forme di vita anaerobiche a quelle aerobiche come reazione protettiva di antichi batteri al "veleno" - l'ossigeno, che è stato rilasciato dalle piante verdi durante la fotosintesi. La bioluminescenza si trova nei batteri, nei funghi e in una gamma abbastanza ampia di rappresentanti della classe animale, dai protozoi ai cordati. Ma è particolarmente comune tra i crostacei, gli insetti e i pesci.

I batteri aiutano gli organismi a “creare” la luce, oppure affrontano questo compito da soli. In questo caso, la luce può essere emessa sia dall'intera superficie del corpo che da organi speciali: ghiandole, principalmente di origine cutanea. Questi ultimi sono presenti in molti animali marini e tra gli animali terrestri - negli insetti, in alcuni lombrichi, millepiedi, ecc.

Lucciola comune

Forse il più famoso dei bioluminescenti. Famiglia delle lucciole ( Lampyridae) conta circa 2000 specie. I tropici e i subtropicali vantano la più grande diversità di questi coleotteri, ma nel territorio ex URSS C'erano solo sette generi e circa 20 specie di questi insetti. Ebbene, hanno bisogno della luce non affatto "per avere luce nella notte più buia", ma per comunicare tra loro, sia che si tratti di chiamare segnali di maschi in cerca di femmine, di mimetismo (sotto l'illuminazione ambientale, ad esempio, la luce di una lampadina o la Luna che illumina l’erba), protezione del territorio, ecc.

Lucciola comune / © Flickr

Nochesvetka

Noctiluca scintillans, o luce notturna, appartiene alla specie dei cosiddetti dinoflagellati. A volte vengono anche chiamate alghe dinoflagellate per la loro capacità di fotosintesi. In effetti, la maggior parte di essi sono flagellati con un guscio intracellulare sviluppato. Sono i dinoflagellati i responsabili delle famose “maree rosse”, fenomeni tanto spaventosi quanto belli. Ma particolarmente magnifica, ovviamente, è l'“illuminazione” blu delle luci notturne, che può essere osservata di notte nelle acque di mari, oceani e laghi. Sia il colore rosso che il bagliore blu sono causati dall'abbondanza di questi incredibili minuscoli organismi nell'acqua.

Acqua “illuminata” dalle luci notturne / ©Flickr

Pescatore

Questa specie innocente di pesce osseo a forma di rana pescatrice ha ricevuto il suo nome a causa del suo aspetto estremamente poco attraente. Giudica tu stesso:

Rana pescatrice di acque profonde / © Flickr

I diavoli marini hanno un "brutto morso", motivo per cui la loro bocca è costantemente aperta e da essa sporgono denti affilati e appuntiti. Il corpo del pesce è ricoperto da un gran numero di escrescenze cutanee, tubercoli e placche. Non sorprende che questi "quasimodos" marini preferiscano vivere a grandi profondità - a quanto pare, è così che si nascondono da occhi cattivi. Ma sul serio, questi pesci sono molto interessanti. Da altri abitanti mondo sott'acqua Si distinguono tra l'altro per la parte anteriore della pinna dorsale, che si trova direttamente sopra la bocca. Questa "torcia" luminosa è necessaria alla rana pescatrice non per illuminare il proprio percorso, ma per attirare la preda.

Moscerini dei funghi

Non meno sorprendenti sono gli altri bioluminescenti, un genere di moscerini dei funghi della famiglia dei moscerini dei funghi. In precedenza questo genere veniva chiamato Bolitiphila, che significa “amante dei funghi”. Ora è stato rinominato in Aracnocampo- “larva di ragno”. Il fatto è che la larva di questa zanzara tesse vere e proprie tele. Appena nate, le larve sono lunghe solo 3-5 mm, ma nella fase finale dello sviluppo crescono fino a 3 cm ed è nello stadio larvale che queste zanzare trascorrono maggior parte nella loro vita, quindi, per nutrirsi e attirare le prede, tessono qualcosa come un nido di seta sul soffitto delle caverne, pendendo alle estremità di fili appiccicosi, che illuminano con il proprio corpo. Distribuito in caverne e grotte in Australia e Nuova Zelanda.

Larve di moscerini dei funghi / © Flickr

fungo al neon

Sfortunatamente, questo è un miracolo della natura: un fungo luminescente straordinariamente bello Clorofos Micene– non lo troverai nella nostra zona. Per vederlo dovresti andare in Giappone o in Brasile. E anche lì bisognerà aspettare la stagione delle piogge, quando dalle spore letteralmente “fiammeggianti” spunteranno questi meravigliosi funghi verdi.

Non è noto se questo miracolo sia commestibile o meno. Pochi, però, oseranno servire in tavola un piatto così luminoso. Se decidi di cercarlo, ti consigliamo di guardare alla base dei tronchi degli alberi, accanto a rami caduti o tagliati, cumuli di foglie o semplicemente sul terreno umido.

Funghi al neon / © Flickr

Calamaro gigante

Questo è il più grande calamaro bioluminescente ( Taningia danae) e, probabilmente, la visione più bella di questi animali in generale. La scienza conosce un esemplare la cui lunghezza era di 2,3 me il suo peso era di circa 161 kg! Tuttavia non è così facile vedere questa maestosa bellezza: vive a circa 1000 m di profondità e si trova nelle acque tropicali e subtropicali. Nonostante la bellezza Taningia danae- un predatore aggressivo. Prima di avventarsi sulla preda, il calamaro emette brevi lampi di luce utilizzando speciali organi situati sui suoi tentacoli. A cosa servono questi flash? Beh, ovviamente non per “avvertire” la vittima. Gli scienziati ritengono che siano necessari per accecare gli abitanti delle profondità marine o per stimare la distanza da un bersaglio. Uno spettacolo colorato aiuta anche l'animale a sedurre una femmina.

Calamaro bioluminescente gigante / © Flickr

La bioluminescenza (tradotto dal greco "bios" - vita e dal latino "lumen" - luce) è la capacità degli organismi viventi di emettere luce. Questo è uno dei fenomeni più sorprendenti. Non si trova molto spesso in natura. Che cosa sembra? Guardiamo:

10. Plancton luminoso

Foto 10. Plancton luminoso, Maldive

Plancton luminoso nel lago Gippsland, Australia. Questo bagliore non è altro che bioluminescenza: processi chimici nel corpo degli animali durante i quali l'energia rilasciata viene rilasciata sotto forma di luce. Il fenomeno della bioluminescenza, sorprendente nella sua natura, ha avuto la fortuna non solo di vederlo, ma anche di essere fotografato dal fotografo Phil Hart.

9. Funghi luminosi

La foto mostra Panellus stipticus. Uno dei pochi funghi con bioluminescenza. Questo tipo di fungo è abbastanza comune in Asia, Australia, Europa e Nord America. Cresce in ciuffi su tronchi, ceppi e tronchi alberi decidui, soprattutto su querce, faggi e betulle.

8. Scorpione

La foto mostra uno scorpione che brilla sotto la luce ultravioletta. Gli Scorpioni non emettono luce propria, ma brillano sotto l’emissione invisibile della luce al neon. Il fatto è che nell'esoscheletro dello scorpione c'è una sostanza che emette la sua luce sotto la radiazione ultravioletta.

7. Lucciole Waitomo Caves, Nuova Zelanda

In Nuova Zelanda, la grotta Waitomo ospita larve di zanzara luminose. Coprono il soffitto della grotta. Queste larve lasciano fili di muco luminoso, fino a 70 per verme. Questo li aiuta a catturare mosche e moscerini, di cui si nutrono. In alcune specie, tali fili sono velenosi!

6. Meduse luminose, Giappone

Foto 6. Medusa luminosa, Giappone

Uno spettacolo incredibile potrebbe essere visto nella baia di Toyama in Giappone: migliaia di meduse si sono riversate sulla riva della baia. Inoltre, queste meduse vivono a grandi profondità e durante la stagione riproduttiva salgono in superficie. In questo momento furono portati a terra in gran numero. Esternamente, questa immagine ricorda molto il plancton luminoso! Ma si tratta di due fenomeni assolutamente diversi.

5. Funghi luminosi (Mycena lux-coeli)

Quello che vedi qui sono i funghi luminosi Mycena lux-coeli. Crescono in Giappone, durante la stagione delle piogge, sugli alberi caduti di Chinquapin. Questi funghi emettono luce grazie ad una sostanza chiamata luciferina, che si ossida e produce questo intenso bagliore bianco-verdastro. È molto divertente che, in latino, Lucifero significhi “luce del donatore”. Chi l'avrebbe saputo! Questi funghi vivono solo pochi giorni e muoiono quando cessano le piogge.

4. Bagliore dell'ostracode Cypridina hilgendorfii, Giappone

Cypridina hilgendorfii è il nome dato ai molluschi, minuscoli organismi trasparenti (per la maggior parte non più di 1-2 mm) che vivono nelle acque costiere e nelle sabbie del Giappone. Brillano grazie alla sostanza luciferina.

Un fatto interessante è che durante la seconda guerra mondiale i giapponesi raccoglievano questi crostacei per ottenere la luce notturna. Dopo aver immerso questi organismi nell'acqua, iniziano di nuovo a brillare.

3. Lucciole luminose

Foto 3. Fotografia a lunga esposizione delle lucciole

Ecco come appaiono gli habitat delle lucciole, ripresi con una lunga esposizione. Le lucciole lampeggiano per attirare l'attenzione del sesso opposto.

2. Batteri luminosi

Batteri luminosi: sorprendenti un fenomeno naturale. La luce nei batteri viene creata nel citoplasma. Vivono principalmente in acqua di mare, e meno spesso sulla terraferma. Un batterio stesso emette una luce molto debole, quasi invisibile, ma quando sono in gran numero brillano di una luce blu più intensa che è molto piacevole alla vista.

1. Medusa (Aequorea Victoria)

Negli anni '60, lo scienziato giapponese-americano Osamu Shimomura dell'Università di Nagoya identificò la proteina luminescente aequorina della medusa equorea (Aequorea victoria). Shimomura ha dimostrato che l'equorina inizia con gli ioni calcio senza ossigeno (ossidazione). In altre parole, il frammento che emette luce non è un substrato separato in sé, ma un substrato strettamente legato alla proteina. Ciò a sua volta ha dato un enorme contributo non solo alla scienza, ma anche alla medicina. Nel 2008 è stato premiato Shimomura premio Nobel per i tuoi sforzi

Il bagliore è considerato un fenomeno comune in natura. Pertanto, la capacità di emettere luce utilizzando un semplice reazione chimica, o bioluminescenza, si verifica in almeno 50 vari tipi funghi, lucciole e perfino terrificanti creature marine. Con l'aiuto di questa reazione, le creature luminose traggono molti benefici per se stesse: scacciano i predatori, attirano le prede, liberano le loro cellule dall'ossigeno o semplicemente affrontano l'esistenza nell'eterna oscurità delle profondità dell'oceano.

In un modo o nell'altro, la luminescenza è uno degli strumenti più ingegnosi della vita e ti presenteremo un elenco delle creature più insolite e strane che possono brillare nell'oscurità. Molte di queste specie sono attualmente esposte al Museo Americano di Storia Naturale di New York.

Rana pescatrice maschio e femmina

Calamari infernali

Meduse luminose

Ci sono così tante creature insolite e sorprendenti che non troverai nel mare o nelle profondità dell'oceano. Vivono le seguenti creature viola bordate di verde l'oceano Pacifico al largo della costa Nord America. Queste meduse sono in grado di generare due tipi di bagliore contemporaneamente. La bioluminescente ha un bagliore viola-blu ed è prodotta da una reazione chimica tra calcio e proteine. E questa reazione, a sua volta, provoca un bagliore attorno al bordo della medusa, formando una proteina fluorescente verde, e poi un bagliore verde. Gli scienziati utilizzano ampiamente questa caratteristica della creatura per studiare la visualizzazione dei processi nel corpo.

acquavite

Sicuramente pochi sanno che in natura esiste un fenomeno che può essere paragonato ad un oceano luminoso. Tuttavia, nessuno si rifiuterebbe di guardare con i propri occhi i neon blu brillanti dell'oceano. Il fatto è che l'acqua è piena di dinoflagellati, creature planctoniche unicellulari dotate di coda, distribuite su aree impressionanti al largo della costa. Gli scienziati ritengono che queste creature abitano il nostro pianeta da un miliardo di anni e negli ultimi millenni le persone perplesse sono state inclini ad attribuire questo fenomeno alla misteriosa magia degli dei del mare.

Grande bocca

Per cacciare il cibo, questo pesce utilizza prima la bioluminescenza per produrre fluorescenza sotto forma di luci rosse nell'area vicino al naso, quindi emette impulsi rossi per rilevare i gamberetti. Quando viene trovata la preda, viene inviato un segnale di sblocco e la mascella viene attivata. L'ingegnoso predatore approfitta del fatto che i gamberetti, come molti altri abitanti del mare, non riescono a riconoscere la luce rossa.

Gamberetti Systellaspis

Tuttavia, non tutti i gamberetti sono così flessibili e facilmente accessibili ai predatori. Ad esempio, i gamberetti Sistellaspis hanno un'eccellente protezione, anche contro la trota. Questi gamberetti disarmano i predatori sputando un liquido sgradevole e luminoso dalla coda proprio davanti alla bocca.

Muro di corallo

Nelle Isole Cayman è stato scoperto un muro di sangue alto 300 metri fatto di corallo brillante. Questo fenomeno interessante è diventato possibile grazie al fatto che molte creature bioluminescenti hanno trovato rifugio qui. Molti subacquei fotografano con entusiasmo come i coralli trasformano il loro colore rosso in uno straordinario bagliore verde.