Un „pește de aur” modern ar trebui să fie nanodimensionat și să fie fluorescent cu lumină verzuie
Timp de mulți ani, proteina verde fluorescentă (GFP) a părut o curiozitate biochimică inutilă, dar în anii 1990 a devenit un instrument valoros în biologie. Această moleculă naturală unică nu are fluorescență mai rău decât coloranții sintetici, dar, spre deosebire de aceștia, este inofensivă. Cu ajutorul GFP, puteți vedea cum se împarte o celulă, cum se deplasează un impuls de-a lungul unei fibre nervoase sau cum metastazele „se răspândesc” în corpul unui animal de laborator. Astăzi, Premiul Nobel pentru Chimie este acordat celor trei oameni de știință care lucrează în Statele Unite pentru descoperirea și dezvoltarea acestei proteine.
Pentru a obține prima porție din noua proteină, cercetătorii au prins meduze cu plase de mână - aruncând o plasă, ca bătrânul din basmul lui Pușkin. Cel mai uimitor lucru este că proteina ciudată izolată din aceste meduze din meduză a devenit după câteva decenii un adevărat „pește de aur” care are cele mai bune performanțe. dorințe prețuite biologi celulari.
Ce este GFP?
GFP aparține celui mai mare și mai divers grup de molecule din organismele vii care sunt responsabile pentru multe functii biologice, - la proteine. Este într-adevăr verde, deși majoritatea proteinelor nu sunt colorate (de unde și numele lor - veveriță).
Puținele proteine colorate își au culoarea datorită prezenței moleculelor non-proteice - „makeweights”. De exemplu, hemoglobina din sângele nostru constă dintr-o moleculă de hem non-proteică roșu-maro și o parte proteică incoloră - globina. GFP este o proteină pură fără „aditivi”: o moleculă în lanț care constă din „legături” incolore - aminoacizi. Dar după sinteză, dacă nu este un miracol, atunci apare cel puțin un truc: lanțul se înfășoară într-o „minge”, dobândind o culoare verde și capacitatea de a emite lumină.
În celulele de meduză, GFP funcționează în tandem cu o altă proteină care emite lumină albastră. GFP absoarbe această lumină și emite verde. De ce meduza de adâncime Aequorea victoria strălucește verde, oamenii de știință încă nu înțeleg. Cu licuricii, totul este simplu: în timpul sezonului de împerechere, femela aprinde un „far” pentru masculi - un fel de anunț de căsătorie: verde, înălțime de 5 mm, în căutarea unui partener de viață.
În cazul meduzelor, această explicație nu se potrivește: ele nu se pot mișca activ și nu pot rezista curenților, așa că, chiar dacă își dau semnale unul altuia, ei înșiși nu sunt capabili să înoate „până la lumină”.
Osamu Shimomura: Nu poți scoate o meduză fără dificultate
Totul a început în anii 1950, când Osamu Shimomura a început să studieze meduza luminoasă de adâncime Aequorea victoria la Laboratorul Marin de Friday Harbor din Statele Unite. Este greu de imaginat o curiozitate științifică mai „inactivă”: oamenii cu ochelari au devenit interesați de motivul pentru care o creatură gelatinoasă necunoscută strălucește în întunericul mării adânci. Dacă aș studia veninul de meduze, mi-ar fi mai ușor să-mi imaginez perspectiva aplicării practice.
S-a dovedit că este imposibil să prindem meduze cu un traul industrial: sunt grav rănite, așa că a trebuit să le prindem cu plasele de mână. Pentru a facilita munca științifică „creativă”, sub îndrumarea unui japonez persistent, au construit o mașină specială pentru tăierea meduzelor.
Dar curiozitatea științifică, împreună cu meticulozitatea japoneză, au dat rezultate. În 1962, Shimomura și colegii au publicat un articol în care au raportat despre descoperirea unei noi proteine numite GFP. Cel mai interesant lucru este că Shimomura nu a fost interesat de GFP, ci de o altă proteină de meduză, aequorin. GFP a fost descoperit ca un „produs înrudit”. Până în 1979, Shimomura și colegii au caracterizat în detaliu structura GFP, care era, desigur, interesantă, dar numai pentru câțiva specialiști.
Martin Chalfie: proteine de meduză fără meduze
Descoperirea a avut loc la sfârșitul anilor 1980 și începutul anilor 1990, condus de Martin Chalfie, al doilea din trioul de laureați ai Premiului Nobel. Folosind metode de inginerie genetică (care au luat formă la 15-20 de ani de la descoperirea GFP), oamenii de știință au învățat să introducă gena GFP în bacterii și apoi în organisme complexe și le-au forțat să sintetizeze această proteină.
Se credea anterior că, pentru a dobândi proprietăți fluorescente, GFP avea nevoie de un „mediu” biochimic unic care există în corpul meduzei. Chalfie a demonstrat că GFP luminiscent cu drepturi depline se poate forma și în alte organisme, o singură genă este suficientă. Acum, oamenii de știință aveau această proteină „sub acoperire”: nu în adâncurile mării, ci întotdeauna la îndemână și în cantități nelimitate. S-au deschis perspective fără precedent de aplicare practică.
Ingineria genetică permite ca gena GFP să fie inserată nu doar „undeva”, ci atașată la genă pentru o anumită proteină care îl interesează pe cercetător. Ca rezultat, această proteină este sintetizată cu o etichetă luminoasă, care îi permite să fie văzută la microscop pe fundalul a mii de alte proteine celulare.
Natura revoluționară a GFP este că vă permite să „marcați” o proteină într-o celulă vie, iar celula însăși o sintetizează, iar în era înainte de GFP, aproape toată microscopia a fost făcută pe preparate „fixe”. În esență, biochimiștii au studiat „instantanee” ale proceselor biologice „la momentul morții”, presupunând că totul din medicament a rămas așa cum a fost în timpul vieții. Acum este posibil să observați și să înregistrați pe video multe procese biologice într-un organism viu.
Standul de fructe al lui Roger Tsien
Al treilea laureat Nobel, în general, nu a „descoperit” nimic. Înarmați cu cunoștințele altora despre GFP și tehnici de inginerie genetică, oamenii de știință din laboratorul lui Roger Y. Tsien au început să creeze noi proteine fluorescente care se potriveau mai bine nevoilor lor. Dezavantajele semnificative ale GFP „naturale” au fost eliminate. În special, proteinele din meduze strălucește puternic atunci când sunt iradiate cu lumină ultravioletă, dar pentru studiul celulelor vii este mult mai bine să folosiți lumina vizibilă. În plus, proteina „naturală” este un tetramer (moleculele sunt asamblate în grupuri de patru). Imaginați-vă că patru spioni (GFP) trebuie să monitorizeze patru indivizi („veverițe marcate”), ținându-se tot timpul de mână.
Prin schimbarea individului elemente structurale proteine, Tsien și colegii săi au dezvoltat modificări ale GFP care au fost lipsite de acestea și de o serie de alte dezavantaje. Ele sunt acum folosite de oamenii de știință din întreaga lume. În plus, echipa lui Tsien a creat un „curcubeu” de proteine fluorescente, variind de la albastru la roșu-violet. Tsien și-a numit proteinele colorate după fructele de culori corespunzătoare: mBanana, tdTomato, mStrawberry (căpșuni), mCherry (cireșe), mPlum (prune) și așa mai departe.
Tsien a făcut ca lista dezvoltărilor sale să arate ca un stand de fructe nu numai în scopul popularizării. Potrivit lui, așa cum nu există un fruct cel mai bun pentru toate cazurile, nu există o proteină fluorescentă cea mai bună: pentru fiecare caz specific trebuie să alegeți proteina „voastra” (și acum există o mulțime din care să alegeți). Un arsenal de proteine multicolore este necesar atunci când oamenii de știință doresc să monitorizeze simultan mai multe tipuri de obiecte dintr-o celulă (de obicei se întâmplă acest lucru).
Un nou pas în proiectarea proteinelor fluorescente a fost crearea de proteine „fotoactivabile”. Ele nu fluoresc (și, prin urmare, nu sunt vizibile la microscop) până când un cercetător le „luminează” cu ajutorul iradierii pe termen scurt cu un laser special selectat. Raza laser este similară cu funcția de evidențiere din aplicațiile computerizate. Dacă un om de știință nu este interesat de toate moleculele de proteine, ci doar într-un anumit loc și începând de la un anumit moment, atunci el poate „selecta” această zonă folosind un fascicul laser și apoi observa ce se întâmplă cu aceste molecule. De exemplu, puteți „activa” unul dintre zecile de cromozomi și apoi urmăriți cum „călătorește” prin celulă în timpul diviziunii, iar cromozomii rămași nu vor sta în cale.
Acum oamenii de știință au mers și mai departe: recent au fost create proteine cameleon fluorescente, care, după iradiere specială, își schimbă culoarea, iar aceste modificări sunt reversibile: puteți „smuta” molecula de la o culoare la alta de multe ori. Acest lucru extinde și mai mult posibilitățile de a studia procesele dintr-o celulă vie.
Datorită evoluțiilor ultimul deceniu, proteinele fluorescente au devenit unul dintre principalele instrumente pentru cercetarea celulelor. Aproximativ șaptesprezece mii de articole științifice au fost deja publicate numai despre GFP sau despre cercetarea folosind-o. În 2006, laboratorul Friday Harbor unde a fost descoperit GFP a ridicat un monument înfățișând molecula GFP, înălțime de 1,4 m, adică de aproximativ o sută de milioane de ori mai mare decât originalul.
GFP de la meduza Aequorea este cea mai bună dovadă că oamenii au nevoie pentru a proteja diversitatea speciilor „inutile” de animale sălbatice. Cu vreo douăzeci de ani în urmă, nimeni nu și-ar fi imaginat că o proteină exotică dintr-o meduză necunoscută va deveni instrumentul principal al biologiei celulare a secolului XXI. Peste o sută de milioane de ani, evoluția a creat o moleculă cu proprietăți unice, pe care niciun om de știință sau computer nu l-ar putea construi „de la zero”. Fiecare dintre sutele de mii de specii de plante și animale sintetizează mii de molecule biologice proprii, marea majoritate a cărora nu au fost încă studiate. Poate că această vastă arhivă vie conține mult din ceea ce umanitatea va avea nevoie într-o zi.
Disponibilitatea tot mai mare a biologiei moleculare „de înaltă tehnologie” a condus la faptul că proteinele luminoase au început să fie folosite nu numai în cercetări serioase.
Untură verde fluorescentă
În 2000, la cererea artistului contemporan Eduardo Kac, un genetician francez „a făcut” un iepure verde fluorescent pe nume Alba. Experimentul nu a avut scopuri științifice: Alba a fost o „operă de artă” a artistului Katz în direcția pe care a inventat-o - arta transgenică. Iepurașul (scuze, opera lui Katz) a fost expus la diverse expoziții, conferințe de presă și alte evenimente, care au atras multă atenție.
În 2002, Alba a murit pe neașteptate, iar în presă s-a iscat un scandal în jurul nefericitului animal din cauza contradicțiilor dintre savantul-interpret și artistul-client. Apărându-și colegul de atacurile lui Katz, geneticienii francezi, de exemplu, au susținut că Alba nu este de fapt atât de verde și de luminoasă precum arată în fotografii. Dar dacă vorbim despre artă, de ce să nu o înfrumusețezi folosind Photoshop?
Ingineria genetică umană este contrară eticii medicale, așa că este puțin probabil ca proteinele fluorescente să fie folosite în instituțiile medicale legale pentru diagnosticare și scopuri similare. Cu toate acestea, se poate presupune că saloanele de înfrumusețare și alte unități mai puțin controlate vor fi interesate de noile oportunități. Imaginați-vă, de exemplu, unghii sau buze naturale (fără lacuri sau rujuri!), care își schimbă culoarea în funcție de iluminare și chiar strălucesc în întuneric dacă îi place cuiva... Sau un model pe piele format din propriile celule fluorescente, care devine vizibil, doar dacă îl străluciți cu o lampă specială, în loc de tatuaje, care sunt privite de toată lumea și sunt greu de îndepărtat.
Noutăți pentru parteneri
„...Toată marea arde de foc. Cele albastre se joacă pe crestele valurilor pietre prețioase. În acele locuri în care vâslele ating apa, dungi adânci și strălucitoare se luminează cu o strălucire magică. Ating apa cu mâna, iar când o iau înapoi, o mână de diamante strălucitoare cade jos, iar lumini blânde, albăstrui, fosforescente ard îndelung pe degete. Astăzi este una dintre acele nopți magice despre care pescarii spun: „Marea este în flăcări!”
(A.I. Kuprin.)
Ai văzut vreodată o astfel de poză când erai în vacanță la mare? Este într-adevăr un fenomen uimitor? Astăzi vă voi spune de ce strălucește marea?
Capacitatea ființelor vii de a străluci se numește bioluminiscență. Poate străluci ciuperci, licurici, unele tipuri de meduze și pești. Mecanismul luminiscenței este similar în toate organismele. Toate au celule luminiscente care conţin substanţa luciferină. Sub influența oxigenului, acesta este oxidat și sunt eliberate cuante de lumină.
Bioluminiscența la meduze.
Strălucirea unui ctenofor.
Strălucirea apelor de coastă, atât de superb descrisă de Alexander Kuprin, evocă fito- și zooplancton. Acestea ar putea fi ctenofori, mici crustacee. Dar cel mai adesea, o strălucire uniformă și puternică se datorează dezvoltare masivă alge microscopice– dinoflagelate, anume alga planctonica Nochesvetka (Noctiluca scintillans). Poate fi văzut doar la microscop. Corpul strălucirii de noapte este o celulă transparentă cu un flagel în coadă. Pe parcursul pe litru de apă de mare poate fi găsit câteva milioane de celule de lumină de noapte! Datorită acestui fapt, marea arde de lumini.
Alge cu lumină de noapte (Noctiluca scintillans)
Acumulare masivă de strălucire de noapte.
În țara noastră puteți vedea această magie a naturii în mările Negre, Azov și Ohotsk. E mai bine să-l urmărești în liniște, cald, nopți întunecate, când după venirea furtunii calm total. Vârful strălucirii are loc la sfârşitul lunii iulie – septembrie– perioada de dezvoltare masivă vară-toamnă a planctonului. Poate de aceea se sărbătorește Ziua Maritimă Mondială pe 24 septembrie, când marea este atât de elegantă?! :) Spectacolul mării strălucitoare este unul dintre cele mai fascinante fenomene naturale. Îți doresc să fii destul de norocos să-l vezi!
Bioluminiscența (tradusă din greacă „bios” - viață și latină „lumen” - lumină) este capacitatea organismelor vii de a emite lumină. Acesta este unul dintre cele mai uimitoare fenomene. Nu se găsește foarte des în natură. Cu ce seamănă? Hai sa vedem:
10. Plancton strălucitor
Foto 10. Plancton strălucitor, MaldivePlancton strălucitor în Lacul Gippsland, Australia. Această strălucire nu este altceva decât bioluminiscență - procese chimice din corpul animalelor în timpul cărora energia eliberată este eliberată sub formă de lumină. Fenomenul bioluminiscenței, uimitor prin natura sa, a avut norocul nu doar să-l vadă, ci și să fie fotografiat de fotograful Phil Hart.
9. Ciuperci strălucitoare
Fotografia prezintă Panellus stipticus. Una dintre puținele ciuperci cu bioluminiscență. Acest tip de ciupercă este destul de comun în Asia, Australia, Europa și America de Nord. Crește în pâlcuri pe bușteni, cioturi și trunchiuri copaci de foioase, mai ales pe stejari, fagi si mesteceni.
8. Scorpion
Fotografia arată un scorpion strălucind sub lumina ultravioletă. Scorpionii nu emit propria lor lumină, dar strălucesc sub emisia invizibilă a luminii de neon. Chestia este că în exoscheletul unui scorpion există o substanță care își emite lumina sub radiația ultravioletă.
7. Viermi strălucitori Waitomo Caves, Noua Zeelandă
În Noua Zeelandă, Peștera Waitomo găzduiește larve de țânțari luminoase. Acopera tavanul pesterii. Aceste larve lasă fire de mucus strălucitor, până la 70 per vierme. Acest lucru îi ajută să prindă muște și muschi, cu care se hrănesc. La unele specii, astfel de fire sunt otrăvitoare!
6. Meduze strălucitoare, Japonia
Foto 6. Meduzele strălucitoare, Japonia O priveliște uimitoare a putut fi văzută în Golful Toyama din Japonia - mii de meduze spălate pe malul golfului. Mai mult, aceste meduze mai trăiesc adâncimi mari, iar în timpul sezonului de reproducere se ridică la suprafață. În acest moment au fost aduși la pământ în număr mare. În exterior, această imagine amintește foarte mult de planctonul strălucitor! Dar acestea sunt absolut două fenomene diferite.
5. Ciuperci strălucitoare (Mycena lux-coeli)
Ceea ce vedeți aici sunt ciuperci strălucitoare Mycena lux-coeli. Ele cresc în Japonia, în timpul sezonului ploios, pe copacii Chinquapin căzuți. Aceste ciuperci emit lumină datorită unei substanțe numite luciferină, care oxidează și produce această strălucire intensă alb-verzuie. Este foarte amuzant că, în latină, Lucifer înseamnă „lumina celui care dă”. Cine ar fi știut! Aceste ciuperci trăiesc doar câteva zile și mor când se opresc ploile.
4. Strălucirea ostracodului Cypridina hilgendorfii, Japonia
Cypridina hilgendorfii este numele dat crustaceelor, organisme mici (de cele mai multe ori nu mai mult de 1-2 mm), transparente care trăiesc în apele de coastă și nisipurile Japoniei. Ele strălucesc datorită substanței luciferină.
Un fapt interesant este că în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, japonezii au colectat aceste crustacee pentru a obține lumină pe timp de noapte. După înmuierea acestor organisme în apă, ele încep să strălucească din nou.
3. Licurici strălucitori
Fotografia 3. Fotografie cu expunere lungă cu licurici Așa arată habitatele licuricilor, luate cu o expunere lungă. Licuricii clipesc pentru a atrage atenția sexului opus.
2. Bacteriile strălucitoare
Bacteriile strălucitoare - uimitoare un fenomen natural. Lumina din bacterii este creată în citoplasmă. Ei trăiesc în principal în apa mării și mai rar pe uscat. O bacterie în sine emite o lumină foarte slabă, aproape invizibilă, dar când sunt în număr mare, strălucesc cu o lumină albastră mai intensă, care este foarte plăcută ochiului.
1. Meduza (Aequorea Victoria)
În anii 1960, omul de știință japonez-american Osamu Shimomura de la Universitatea Nagoya a identificat proteina luminiscentă aequorina din meduza equorea (Aequorea victoria). Shimomura a arătat că aequorina inițiază cu ioni de calciu fără oxigen (oxidare). Cu alte cuvinte, fragmentul care emite lumină nu este un substrat separat în sine, ci un substrat strâns legat de proteină. Aceasta, la rândul său, a adus o contribuție uriașă nu numai științei, ci și medicinei. În 2008, Shimomura a fost premiat Premiul Nobel pentru eforturile tale.
V. LUNKEVICH.
Valeryan Viktorovich Lunkevich (1866-1941) - biolog, profesor, popularizator remarcabil.
Orez. 1. Lumină de noapte „Lumânare de mare”.
Orez. 3. Peștele pescar.
Orez. 4. Pește strălucitor.
Orez. 6. Ramura de coral cu polipi strălucitori.
Orez. 5. Cefalopod strălucitor.
Orez. 7. Licurici femelă.
Orez. 8. Organ luminos la un cefalopod: a - parte ușoară, care amintește de cristalin; b - stratul interior de celule luminoase; c - strat de celule de argint; d - strat de celule pigmentare întunecate.
Cine dintre noi nu a avut ocazia să admire căldura seara de vara lumini verzui ale licuricilor, ca săgețile care taie aerul în direcții diferite? Dar câți oameni știu că nu numai unele insecte, ci și alte animale, în special locuitorii mărilor și oceanelor, sunt înzestrate cu capacitatea de a străluci?
Toți cei care și-au petrecut vara pe malul Mării Negre au asistat nu o dată la unul dintre cele mai frumoase spectacole ale naturii.
Se apropie noaptea. Marea este calmă. Mici ondulații alunecă pe suprafața sa. Deodată, o bandă luminoasă a fulgerat pe creasta unuia dintre cele mai apropiate valuri. În spatele ei a fulgerat altul, un al treilea... Sunt multe. Ele vor străluci pentru o clipă și se vor estompa odată cu valul rupt, doar pentru a se aprinde din nou. Stai și te uiți, fermecat, la milioanele de lumini care inundă marea cu lumina lor și te întrebi - ce e?
Această ghicitoare a fost de mult rezolvată de știință. Se pare că lumina este emisă de miliarde de creaturi microscopice cunoscute sub numele de lumini de noapte (Fig. 1). Apa caldă de vară favorizează reproducerea lor, iar apoi se repezi peste mare în nenumărate hoarde. În corpul fiecărei astfel de lumini nocturne sunt împrăștiate bile gălbui, care emit lumină.
Acum să „înaintăm” către una dintre mările tropicale și să ne aruncăm în apele ei. Aici poza este și mai magnifică. Aici plutesc niște animale ciudate fie într-o mulțime liniştită, fie singure: arată ca umbrele sau clopote din jeleu dens. Acestea sunt meduze: mari și mici, întunecate și strălucitoare în albastru, verde, galben sau roșcat. Printre aceste „lanterne” multicolore în mișcare, o meduză uriașă, a cărei umbrelă are o diametru de șaizeci până la șaptezeci de centimetri, plutește calm, încet (Fig. 2). Peștii care emit lumină sunt vizibili în depărtare. Peștele de lună se repezi cu capul înainte, ca luna printre alte pești stele luminoase. Unul dintre pești are ochii strălucitori, altul are un proces pe cap, al cărui vârf seamănă cu o lampă electrică aprinsă, al treilea are un cordon lung cu o „lanternă” la capăt atârnând de maxilarul superior (Fig. 3). ), iar unii pești luminoși sunt complet umpluți de strălucire datorită organelor speciale situate de-a lungul corpului lor ca niște becuri înșirate pe un fir (Fig. 4).
Coborâm jos - acolo unde lumina soarelui nu mai pătrunde, unde, s-ar părea, ar trebui să existe întuneric etern, de nepătruns. Și ici și colo „luminile ard”; și aici întunericul nopții este tăiat de razele emanate din corpul diferitelor animale luminoase.
Pe fundul mării, printre stânci și alge, roiesc viermi strălucitori și moluște. Corpurile lor goale sunt punctate cu dungi strălucitoare, pete sau pete, ca praful de diamant; pe marginile stâncilor subacvatice sunt stele de mare inundate de lumină; Racii se scufundă imediat în toate colțurile teritoriului său de vânătoare, luminând poteca din fața lui cu ochi uriași, ca o lunetă.
Dar cel mai magnific dintre toate este unul dintre cefalopode: este complet scăldat în raze de culoare albastru strălucitor (Fig. 5). O clipă - și lumina s-a stins: de parcă un candelabru electric ar fi fost stins. Apoi lumina apare din nou - la început slabă, apoi din ce în ce mai strălucitoare, acum este turnată în violet - culorile apusului. Și apoi se stinge din nou, doar pentru a se aprinde din nou pentru câteva minute cu culoarea frunzișului verde delicat.
În lumea subacvatică puteți vedea și alte imagini colorate.
Să ne amintim de binecunoscuta crenguță de coral roșu. Această ramură este casa unor animale foarte simple - polipi. Polipii trăiesc în colonii vaste care arată ca tufișuri. Polipii își construiesc casa din var sau substanță cornoasă. Astfel de locuințe se numesc polipniac, iar o ramură de coral roșu este o particulă de polipniac. Stâncile subacvatice în unele locuri sunt complet acoperite cu un întreg crâng de tufe de corali de diferite forme și culori (Fig. 6) cu multe camere minuscule în care stau sute de mii de polipi - animale care arată ca niște flori albe. Pe multe păduri de polipi, polipii par a fi cuprinsi de flăcări formate de numeroase lumini. Luminile ard uneori inegal și intermitent, schimbându-și culoarea: vor străluci brusc cu o lumină violetă, apoi se vor transforma în roșu, sau vor străluci cu un albastru pal și, după ce au trecut printr-o gamă întreagă de tranziții de la albastru la verde, vor îngheța la culoarea smaraldului sau se stinge, formând umbre negre în jurul lor și acolo iar scânteile irizate vor izbucni.
Există animale luminoase printre locuitorii pământului: acestea sunt aproape în întregime gândaci. Există șase specii de astfel de gândaci în Europa. În țările tropicale sunt mult mai multe. Toți alcătuiesc o singură familie de lampiride, adică licurici. „Iluminarea” realizată uneori de aceste insecte este un spectacol foarte spectaculos.
Într-o noapte eram într-un tren de la Florența la Roma. Brusc, atenția mi-a fost atrasă de scântei care zburau lângă trăsură. La început, acestea ar putea fi confundate cu scântei emise de un coș de locomotivă. Privind pe fereastră, am văzut că trenul nostru se îndrepta înainte printr-un nor ușor și transparent țesut din luminițe minuscule de culoare albastru-aurie. Sclipeau peste tot. S-au înconjurat, au străpuns aerul cu arcuri radiante, l-au tăiat în diferite direcții, s-au traversat, s-au scufundat și s-au aprins din nou în întunericul nopții, căzând la pământ într-o ploaie de foc. Iar trenul se repezi din ce în ce mai departe, învăluit într-un văl magic de lumini. Acest spectacol de neuitat a durat cinci minute, sau chiar mai mult. Apoi am scăpat din norul de particule de praf arzând, lăsându-le mult în urma noastră.
Era o multitudine de licurici; trenul nostru s-a prăbușit în mijlocul acestor insecte cu aspect discret, adunate într-o noapte liniștită și caldă, aparent în sezonul de împerechere al vieții lor. (Un fenomen similar poate fi observat nu numai în țările mediteraneene, ci și aici, în Rusia. Dacă ajungeți cu trenul într-o seară caldă și nu ploioasă în a doua jumătate a verii Coasta Mării Negre, observați extravaganța descrisă de autor în vecinătatea orașului Tuapse. Datorită numeroaselor tuneluri, abundenței de viraje și a căii cu o singură cale, trenul nu merge foarte repede, iar zborul licuricilor este o priveliște fascinantă. - Yu.M.)
Anumite specii de licurici emit lumină de intensitate relativ mare. Există licurici care strălucesc atât de puternic încât pe un orizont întunecat de la distanță nu poți determina imediat dacă este o stea sau un licurici în fața ta. Există specii în care atât masculii, cât și femelele strălucesc la fel de bine (de exemplu, licuricii italieni). În fine, există și tipuri de gândaci în care masculul și femela strălucesc diferit, deși arată la fel: la mascul, organul luminiscent este mai bine dezvoltat și acționează mai energetic decât la femelă. Când femela este subdezvoltată, are doar aripi rudimentare sau nu are deloc aripi, iar masculul este dezvoltat normal, atunci se observă ceva diferit: la femelă organele luminiscente funcționează mult mai puternic decât la mascul; cu cât femela este mai subdezvoltată, cu atât este mai nemișcată și neputincioasă, cu atât organul ei luminos este mai strălucitor. Cel mai bun exemplu aici este așa-numitul „vierme lui Ivan”, care nu este deloc un vierme, ci o femelă asemănătoare larvelor dintr-o specie specială de gândac de licurici (Fig. 7). Mulți dintre noi i-am admirat frigul, chiar și lumina care străpungea frunzișul tufișurilor sau al ierbii. Dar există o vedere și mai interesantă - strălucirea unei femele din altă specie de licurici. Nevăzut în timpul zilei, asemănător cu un vierme anelid, noaptea se scaldă literalmente în razele propriei sale lumini magnifice alb-albăstrui datorită abundenței organelor luminoase.
Cu toate acestea, nu este suficient să admiri strălucirea ființelor vii. Este necesar să se știe ce provoacă strălucirea locuitorilor subacvatic și lumea soluluiși ce rol joacă în viața animalelor.
În interiorul fiecărei străluciri de noapte, folosind un microscop, puteți vedea multe boabe gălbui - acestea sunt bacterii luminoase care trăiesc în corpul strălucirii de noapte. Emițând lumină, ele fac aceste animale microscopice să strălucească. Același lucru trebuie spus și despre peștele, ai căror ochi sunt ca niște felinare aprinse: strălucirea lor este cauzată de bacteriile luminoase care s-au instalat în celulele organului luminos al acestui pește. Dar strălucirea animalelor nu este întotdeauna asociată cu activitatea bacteriilor luminoase. Uneori, lumina este produsă de celulele luminoase speciale ale animalului însuși.
Organele luminiscente ale diferitelor animale sunt construite după același tip, dar unele sunt mai simple, în timp ce altele sunt mai complexe. În timp ce polipi luminoși, meduze și stea de mareÎntregul corp strălucește; unele rase de raci au o singură sursă de lumină - ochi mari, similari unui telescop. Cu toate acestea, printre animalele luminoase, unul dintre primele locuri aparține de drept cefalopodelor. Acestea includ caracatița, care are capacitatea de a schimba culoarea învelișurilor sale exterioare.
Ce organe provoacă strălucirea? Cum sunt construite și cum funcționează?
Pielea cefalopodului conține corpuri mici, dure, de formă ovală. Partea din față a acestui corp, care privește spre exterior, este complet transparentă și este ceva similar cu cristalinul ochiului, iar partea din spate, cea mai mare parte, este învelită într-o înveliș neagră de celule pigmentare (Fig. 8). Direct sub această cochilie se află celule argintii pe mai multe rânduri: ele formează stratul mijlociu al organului luminos al moluștei. Dedesubt sunt celule de formă complexă care seamănă cu elementele nervoase ale retinei. Ele căptușesc suprafața interioară a acestui corp ("aparat"). De asemenea, emit lumină.
Deci, „becul” al unui cefalopod este format din trei straturi diferite. Lumina este eliberată de celulele stratului interior. Reflectându-se din celulele argintii ale stratului mijlociu, trece prin capătul transparent al „becului” și se stinge.
Un alt detaliu interesant în acest „aparat” luminos. În pielea unui cefalopod, lângă fiecare astfel de corp, există ceva asemănător cu o oglindă sau un reflector concav. Fiecare astfel de reflector din „becul” unei moluște constă, la rândul său, din două tipuri de celule: celule pigmentare întunecate care nu transmit lumină, în fața cărora se află șiruri de celule argintii care reflectă lumina.
În timp ce corpul trăiește, în celulele sale au loc diferite procese chimice. În legătură cu aceste procese, în organism apar diverse forme de energie: termică, datorită căreia se încălzește; mecanic, de care depind mișcările sale; electric, care este asociat cu munca nervilor lui. Lumina este, de asemenea, un tip special de energie care ia naștere sub influența muncii interne care are loc în corp. Substanța bacteriilor luminoase și a acelor celule din care sunt compuse aparatele luminoase ale animalelor, atunci când se oxidează, emite energie luminoasă.
Ce rol joacă strălucirea în viața animalelor? Nu a fost încă posibil să răspundem la această întrebare în fiecare caz în parte. Dar nu poate exista nicio îndoială cu privire la beneficiile strălucirii pentru multe animale. Peștii strălucitori și racii trăiesc la astfel de adâncimi în care lumina soarelui nu pătrunde. În întuneric, este dificil să discernești ce se întâmplă în jur, să găsești prada și să scapi de inamic la timp. Între timp, peștii luminoși și racii sunt văzuți și au ochi. Capacitatea de a străluci le face viața mai ușoară.
În plus, știm cum unele animale sunt atrase de lumină. Un pește cu ceva asemănător unui bec care iese din cap sau un peștișor cu un tentacul lung, asemănător unui cordon, „cu o lanternă” la capăt, folosesc organe luminoase pentru a atrage prada. Cefalopodul este și mai fericit în această privință: lumina sa schimbătoare, irizată, îi atrage pe unii, îi sperie pe alții. Unele soiuri de mici crustacee luminoase, într-un moment de pericol, emit jeturi de substanță luminoasă, iar norul luminos rezultat îi ascunde de inamic. În cele din urmă, la unele animale, strălucirea servește ca mijloc de a găsi și de a atrage un sex al unui animal către altul: masculii găsesc astfel femele sau, dimpotrivă, le atrag către ei înșiși. În consecință, strălucirea animalelor este una dintre adaptările în care natura vie este atât de bogată, una dintre armele în lupta pentru existență.
Fapte despre meduze: otrăvitoare, strălucitoare, cea mai mare meduză din lume
Meduzele pot fi numite pe bună dreptate unul dintre cei mai misterioși locuitori ai adâncurilor mării, provocând interes și o anumită teamă. Cine sunt, de unde au venit, ce soiuri există în lume, care este ciclul lor de viață, sunt ele la fel de periculoase pe cât spune zvonurile populare - vreau să știu sigur despre toate acestea.
Meduzele au apărut în urmă cu mai bine de 650 de milioane de ani, făcându-le unul dintre cele mai vechi organisme de pe Pământ.
Aproximativ 95% din corpul meduzelor este apă, care este și habitatul lor. Majoritatea meduzelor trăiesc în apă sărată, deși există specii care preferă apa dulce. Meduza - faza ciclu de viață reprezentanți ai genului Medusozoa, „jeleul de mare” alternează cu o fază asexuată nemobilă a polipilor nemotili, din care se formează prin înmugurire după maturare.
Numele a fost introdus în secolul al XVIII-lea de Carl Linnaeus, care a văzut în aceste organisme ciudate o anumită asemănare cu mitica Gorgon Medusa, datorită prezenței tentaculelor care flutură ca părul. Cu ajutorul lor, meduza prinde organisme mici care îi servesc drept hrană. Tentaculele pot arăta ca fire lungi sau scurte, ascuțite, dar toate sunt echipate cu celule înțepătoare care asomează prada și ușurează vânătoarea.
Meduze strălucitoare
Cel care a văzut-o strălucind într-o noapte întunecată apa de mare, este puțin probabil să reușească să uite acest spectacol: miriade de lumini luminează mare adâncă, sclipesc ca diamantele. Motivul acestui fenomen uimitor îl reprezintă cele mai mici organisme planctonice, inclusiv meduze. Meduza fosforică este considerată una dintre cele mai frumoase. Nu se găsește foarte des, trăind în zona bentoană din apropierea coastelor Japoniei, Braziliei și Argentinei.
Diametrul umbrelei luminoase de meduze poate ajunge la 15 centimetri. Trăind în adâncurile întunecate, meduzele sunt nevoite să se adapteze condițiilor, să se asigure cu hrană, pentru a nu dispărea cu totul ca specie. Un fapt interesant este că corpurile meduzelor nu au fibre musculare și nu pot rezista curgerilor de apă.
Deoarece meduzele lente, care înoată la voința curentului, nu pot ține pasul cu crustaceele mobile, peștii mici sau alți locuitori planctonici, trebuie să folosească un truc și să le oblige să înoate până la deschiderea gurii prădătoare. Și cea mai bună momeală în întunericul spațiului de jos este lumina.
Corpul unei meduze luminoase conține un pigment - luciferină, care este oxidată sub influența unei enzime speciale - luciferaza. Lumina strălucitoare atrage victimele ca moliile la flacăra unei lumânări.
Unele tipuri meduze strălucitoare, precum Rathkeya, Equorea, Pelagia, trăiesc la suprafața apei și, adunându-se în cantități mari, fac literalmente să ardă marea. Capacitatea uimitoare de a emite lumină i-a interesat pe oamenii de știință. Fosforii au fost izolați cu succes din genomul meduzelor și introduși în genomul altor animale. Rezultatele s-au dovedit a fi destul de neobișnuite: de exemplu, șoarecii al căror genotip a fost schimbat în acest fel au început să crească fire de păr verzi.
Meduza otrăvitoare - Viespă de mare
Astăzi, sunt cunoscute peste trei mii de meduze, iar multe dintre ele sunt departe de a fi inofensive pentru oameni. Toate tipurile de meduze au celule înțepătoare „încărcate” cu otravă. Ele ajută la paralizarea victimei și la tratarea cu ea fără probleme. Fără exagerare, o meduză numită Viespa de mare reprezintă un pericol de moarte pentru scafandri, înotători și pescari. Habitatul principal al unor astfel de meduze sunt apele tropicale calde, există în special multe dintre ele în largul coastei Australiei și Oceaniei.
Corpurile transparente de culoare albastru pal sunt invizibile apa calda golfuri nisipoase liniştite. Mărime mică, și anume, până la patruzeci de centimetri în diametru, de asemenea, nu atrage atentie speciala. Între timp, otrava unui individ este suficientă pentru a trimite aproximativ cincizeci de oameni în rai. Spre deosebire de omologii lor fosforescenți, viespile marine își pot schimba direcția de mișcare, găsind cu ușurință înotători neglijenți. Otrava care intră în corpul victimei provoacă paralizia mușchilor netezi, inclusiv a tractului respirator. Fiind în apă puțin adâncă, o persoană are șanse mici de a fi salvată, dar chiar dacă asistența medicală a fost oferită în timp util și persoana nu a murit prin sufocare, se formează ulcere profunde la locurile „mușcăturii”, provocând dureri severe. și nu se vindecă multe zile.
Micuții periculoși - meduze Irukandji
Micile meduze Irukandji, descrise de australianul Jack Barnes în 1964, au un efect similar asupra corpului uman, singura diferență fiind că gradul de deteriorare nu este atât de profund. El, ca un adevărat om de știință care susține știința, a experimentat efectul otravii nu numai asupra lui, ci și asupra propriului său fiu. Simptomele otrăvirii - dureri severe de cap și dureri musculare, convulsii, greață, somnolență, pierderea conștienței - nu sunt fatale în sine, dar riscul principal este o creștere bruscă a tensiune arteriala de la un bărbat care l-a cunoscut personal pe Irukandji. Dacă victima are probleme cu sistemul cardiovascular, atunci probabilitatea decesului este destul de mare. Dimensiunea acestui bebeluș este de aproximativ 4 centimetri în diametru, dar tentaculele sale subțiri în formă de fus ating 30-35 de centimetri în lungime.
Frumusețe strălucitoare - Physalia meduză
Un alt locuitor foarte periculos al apelor tropicale pentru oameni este Physalia - barca maritimă. Umbrela ei este colorată culori deschise: albastru, violet, violet și plutește la suprafața apei, deci este vizibilă de departe. Colonii întregi de „flori” maritime atractive atrag turiști creduli, făcându-le semn să le ridice cât mai repede posibil. Aici se pândește principalul pericol: lungi, de până la câțiva metri, tentaculele, echipate cu un număr imens de celule înțepătoare, sunt ascunse sub apă. Otrava acționează foarte rapid, provocând arsuri grave, paralizii și tulburări în funcționarea sistemului cardiovascular, respirator și central. sistemele nervoase. Dacă întâlnirea a avut loc la mare adâncime sau pur și simplu departe de țărm, atunci rezultatul ei ar putea fi cel mai trist.
Meduza gigantică Nomura - Coamă de leu
Adevăratul gigant este Nomura Bell, numit și coama leului pentru o oarecare asemănare exterioară cu regele fiarelor. Diametrul cupolei poate ajunge la doi metri, iar greutatea unui astfel de „bebe” ajunge la două sute de kilograme. Continuă să trăiască Orientul îndepărtat, în apele de coastă ale Japoniei, în largul coastelor Coreei și Chinei.
O minge uriașă păroasă, care cade în plasele de pescuit, le strică, provocând daune pescarilor și lovindu-i ei înșiși atunci când încearcă să se elibereze. Chiar dacă veninul lor nu este fatal pentru oameni, întâlnirile cu „Coama Leului” au loc rareori într-o atmosferă prietenoasă.
Hairy Cyanea - cea mai mare meduză din ocean
Cyanea este considerată una dintre cele mai mari meduze. Trăind în ape reci, ajunge dimensiunile cele mai mari. Cel mai gigantic specimen a fost descoperit și descris de oamenii de știință la sfârșitul secolului al XIX-lea în America de Nord: domul său avea 230 de centimetri în diametru, iar lungimea tentaculelor s-a dovedit a fi de 36,5 metri. Există o mulțime de tentacule, acestea sunt colectate în opt grupuri, fiecare dintre ele având de la 60 la 150 de bucăți. Este caracteristic faptul că cupola meduzei este împărțită în opt segmente, reprezentând un fel de stea octogonală. Din fericire, ei nu locuiesc în Marea Azov și Marea Neagră, așa că nu trebuie să vă faceți griji pentru ei când mergeți la mare pentru a vă relaxa.
În funcție de mărime, culoarea se schimbă și ea: exemplarele mari sunt mov strălucitor sau violet, cele mai mici sunt portocalii, roz sau bej. Cyaneele trăiesc în apele de suprafață, coborând rar în adâncuri. Otrava nu este periculoasă pentru oameni, provocând doar o senzație de arsură neplăcută și vezicule pe piele.
Folosirea meduzei la gătit
Numărul de meduze care trăiesc în mările și oceanele globului este cu adevărat enorm și nici o singură specie nu este în pericol de dispariție. Utilizarea lor este limitată de capacitățile de minerit, dar oamenii folosesc de mult caracteristici benefice meduze în scop medicinal și bucurați-vă de ele calități gustativeîn gătit. În Japonia, Coreea, China, Indonezia, Malaezia și alte țări, meduzele au fost consumate de mult timp, numindu-le „carne de cristal”. Beneficiile sale se datorează conținutului ridicat de proteine, albumină, vitamine și aminoacizi și microelemente. Și atunci când este pregătit corespunzător, are un gust foarte rafinat.
„Carne” de meduză se adaugă la salate și deserturi, sushi și rulouri, supe și feluri principale. Într-o lume în care creșterea populației amenință în mod constant apariția foametei, în special în țările subdezvoltate, proteinele din meduze pot fi de un bun ajutor în rezolvarea acestei probleme.
Meduzele în medicină
Utilizarea meduzelor pentru fabricarea medicamentelor este tipică, într-o măsură mai mare, în acele țări în care utilizarea lor ca hrană a încetat de mult să mai fie un subiect de surpriză. În cea mai mare parte, acestea sunt țări situate în zonele de coastă, unde meduzele sunt recoltate direct.
În medicină, preparatele care conțin corpuri de meduză prelucrate sunt folosite pentru a trata infertilitatea, obezitatea, chelia și părul gri. Otrava extrasă din celulele înțepătoare ajută la a face față bolilor organelor ORL și la normalizarea tensiunii arteriale.
Oamenii de știință moderni se luptă să găsească un medicament care să poată învinge tumori canceroase, fara a exclude posibilitatea ca si meduzele sa ajute in aceasta lupta grea.