Для чего светлячки светятся
Почему светлячки светятся? Процесс биолюминесценции у живых организмов
Вопрос, почему светятся светлячки, задавал себе хотя бы раз в жизни каждый человек. Как и где формируются в этих живых организмах частицы света – фотоны? Ведь, вырастая из детских сказок, мы понимаем, что их не могут зажигать микроскопические гномики.
Светляк обыкновенный
Насекомое светляк обыкновенный – это неприметный в дневное время жучок. Их на планете насчитывается более 2 тысяч видов. Большинство проживает в тропиках и субтропиках. Но, и на территории России встречается около 20 разновидностей этих насекомых.
Свет светлякам нужен для выполнения важных функций, а не для того, чтобы освещать нам путь темной ночью. С помощью световых сигналов жуки общаются между собой. Так самцы привлекают самок, ограничивают территорию, отпугивают врагов, приманивают добычу.
Как появляется свет
Прежде, чем выяснить, почему светятся светлячки, важно понять, как появляется свет вообще. С точки зрения физики световое излучение – это энергия, которую излучают атомы, пришедшие по каким-то причинам в возбужденное состояние.
Способов возбудить атомы вещества, чтоб они начали излучать фотоны много. Самый простой из них – это нагрев вещества до такого состояния, когда атомы начинают биться друг о друга с огромной скоростью. Такие процессы происходят при горении костра, пламени свечи и даже обычной лампочки. Даже металл, когда нагревается до очень большой температуры, начинает светиться.
Как светятся светлячки
Причиной, почему светятся светлячки, является процесс под названием биолюминесценция. В этом процессе возбуждение электронов происходит не за счет нагрева, а в результате химических реакций, сопровождающихся выделением энергии.
Светящиеся светлячки излучают фотоны в результате окисления люциферина. Причем, сам светлячок умеет управлять свечением. Он это делает, регулируя количество кислорода, поступающего в организм. Поэтому мы можем наблюдать, как в темноте зажигаются, светятся и мигают маленькие огоньки.
Процесс биолюминесценции у светлячков имеет весьма большое КПД. Оно составляет около 90%. Для сравнения, у лампочки этот показатель составляет всего 10%. То есть на освещение помещения она тратит лишь десятую часть энергии. Вся остальная уходит на тепловое излучение.
Светящиеся организмы
Светлячки не единственные живые существа, которые владеют процессом биолюминесценции. Излучать свечение умеют некоторые виды грибов, медузы, глубоководные рыбы. Например, подводный уникальный вид существ – гимантолоф имеет на своей голове специальный вырост, который и освещает ему путь в темных морских пучинах.
Почему светятся светлячки?
Отвечает доцент Факультета энтомологии и нематологии Флоридского университета Марк Бранхем (Marc A. Branham).
Свечение светлячков вызывается химическим процессом биолюминесценции в их теле. Свет излучается, когда внутриклеточный кислород соединяется с кальцием, молекулой аденозинтрифосфата (АТФ), служащей хранилищем энергии, и пигментом люциферином в присутствии фермента лоюциферазы. В отличие от ламп накаливания, выделяющих большое количество тепла, светлячки испускают «холодный свет». Если бы их светорождающий орган нагревался до температуры колбы лампочки, насекомое погибло бы.
Для «включения» света орган, управляющий свечением, начинает подавать кислород к другим соединениям, необходимым для генерирования света, а для «выключения» прекращает подачу. Когда кислород есть, орган свечения испускает свет, а когда кислорода нет, гаснет. Легких у насекомых нет, и кислород извне подается в организм по сложной системе постепенно сужающихся трубочек, которые называются трахеолами. Мышцы, управляющие подачей кислорода из трахеол, работают довольно медленно, и быстрое включение свечения долгое время оставалось загадкой.
Однако недавно ученые выяснили, что ключевую роль играет окись азота. Обычно весь кислород, необходимый органеллам для генерации энергии в клетках, удерживают митохондрии. Чтобы заставить митохондрии отдать часть кислорода, мозг насекомого дает команду на выработку окиси азота, которая замещает кислород в митохондриях. Вытесняемый ею кислород поступает к органам свечения и может использоваться в химических реакциях, в результате которых испускается свет. Однако окись азота быстро разлагается, поэтому кислород вскоре вновь связывается и генерация света прекращается.
Зажигаются светлячки по разным причинам. Они вырабатывают в своих телах защитные стероиды, которые делают их неприятными на вкус для хищников, а их свечение служит сигналом, предупреждающим об их несъедобности. Взрослые особи многих видов мерцают определенным образом, специфичным для каждого из них, что позволяет их половым партнерам отличать их от других. Исследования показали, что самки выбирают самцов по характеристикам их мерцания. Выяснилось, что у двух видов светлячков самки предпочитают самцов с более ярким свечением и более высокой частотой мерцания.
Как выглядит светлячок и отчего светится: интересные факты
К этим светящимся жучкам многие относятся гораздо благожелательнее, чем к большинству их «родственников». Даже называют этих насекомых ласково – светлячки. Наверное, потому, что в местах своего обитания они по ночам создают особую таинственную и романтическую обстановку.
Как выглядит светлячок и от чего светится? Этот вопрос интересует многих, и в этой статье мы постараемся дать на него исчерпывающий ответ.
Распространение
Светлячки широко распространены в Северной Америке, Азии и в Европе. Их можно встретить в лиственных и тропических лесах, на полянах, лугах и болотах. Это представитель многочисленного семейства из отряда жуков, который обладает поразительной способностью излучать довольно яркий свет.
Светлячок – насекомое, относящееся к семейству Светляки (Lampyridae), отряду жесткокрылых. Семейство насчитывает свыше двух тысяч видов. Особенно широко представлено в субтропиках и тропиках, довольно ограниченно — в умеренном поясе. В странах бывшего Советского Союза обитает семь родов и почти 20 видов. И в нашей стране многие знают, как выглядит светлячок. В России зарегистрировано 15 видов.
К примеру, ночные насекомые ивановские червячки, которые проводят день в опавшей листве и густой траве, а с наступлением сумерек отправляющиеся на охоту. Эти светлячки живут в лесу, где охотятся на мелких паучков, мелких насекомых и улиток. Самка не умеет летать. Она полностью окрашена в буро-коричневый цвет, только на нижней стороне брюшка три членика белые. Вот они-то и излучают яркий свет.
Светлячки, обитающие на Кавказе, светятся в полете. Искорки, пляшут в густой темноте и придают южной ночи особое очарование.
Как выглядит светлячок?
Надо сказать, что при дневном свете эти жучки выглядят довольно скромно, даже, можно сказать, невзрачно. Тело узкое и удлиненное, голова маленькая с короткими усиками. Да и размерами светлячок не может похвастаться – в среднем от одного до двух сантиметров. Тело у разных видов окрашено в темно-серый, черный или коричневый цвет. Многие разновидности имеют ярко выраженные половые различия: самцы крупнее самок. К тому же мужские особи внешне очень напоминают тараканов. Они умеют летать, но при этом не светятся.
Как выглядит светлячок-самка? Она внешне похожа на червячка или личинку. У нее отсутствуют крылья, поэтому она малоподвижна. Но именно самка у большинства видов светится, привлекая к себе самцов. У этих жуков нет легких, а кислород передается по особым трубочкам — трахеолам. Запас кислорода «хранится» в митохондриях.
Образ жизни
Светлячки не относятся к коллективными насекомым, но несмотря на это они нередко образуют довольно крупные скопления. Многие наши читатели не представляют, как выглядят светлячки, поскольку их сложно увидеть днем: они отдыхают, сидя на стебельках растений или земле, а ночью ведут активную жизнь.
По характеру питания тоже отличаются разные виды светлячков. Растительноядные безобидные жучки питаются нектаром и пыльцой. Хищные особи нападают на пауков, муравьев, улиток и многоножек. Существуют виды, взрослые особи которых не питаются вовсе, у них даже нет рта.
Почему светлячки светятся?
Наверное, многим доводилось в детстве, отдыхая у бабушки или в лагере на черноморском побережье, видеть как вечером, когда стемнеет, мелькают светлячки. Дети любят собирать уникальных насекомых в баночки, и любоваться, как светятся светлячки. Органом свечения этих насекомых является фотофор. Он располагается в нижней части брюшка и состоит из трех слоев. Самый нижний из них зеркальный. Он может отражать свет. Верхний — это прозрачная кутикула. В среднем слое расположены фотогенные клетки, которые вырабатывают свет. Как вы догадались, по своему устройству этот орган напоминает фонарик.
Такой вид свечения ученые называют биолюминисценцией, возникающей в результате соединения клетки кислорода с кальцием, пигментом люциферином, молекулой АТФ и ферментом лоюциферазы.
Какой свет излучают светлячки?
В отличие от электрических ламп, где большая часть энергии перетекает в бесполезное тепло, при этом КПД составляет не более 10%, светлячки в световое излучение переводят до 98% энергии. То есть он холодный. Свечение этих жучков относят к видимой желто-зеленой части спектра, соответствующей длинам волн до 600 нм.
Интересно, что некоторые виды светлячков способны увеличивать или уменьшать интенсивность света. И даже излучать прерывистое свечение. Когда нервная система насекомого дает сигнал на «включение» света, в фотофор активно поступает кислород, при прекращении его подачи свет «выключается».
И все-таки почему светлячки светятся? Ведь не ради того, чтобы порадовать взор человека? На самом деле биолюминисценция для светлячков является средством общения между самцами и самками. Насекомые непросто сигнализируют о своем нахождении, но и по частоте мерцания различают своего партнера. Североамериканские и тропические виды нередко исполняют хоровые серенады для своих партнеров, вспыхивая и затухая одновременно всей стайкой. Группа противоположного пола отвечает им таким же сигналом.
Размножение
Когда наступает период спаривания, самец-светлячок находится в непрерывном поиске знака от своей второй половины, готовой к продолжению рода. Как только он его обнаружит, спускается к избраннице. Разные виды светлячков излучают свет с разной частотой, а это, в свою очередь, гарантирует, что спариваются между собой только представители одного вида.
Выбор партнера
У светлячков царит матриархат – партнера выбирает самка. Определяет его она по интенсивности свечения. Чем свет ярче, чем выше частота его мерцания, тем у самца больше шансов очаровать самку. В тропических лесах во время коллективных «серенад» деревья, окутанные такими ожерельями, сияют ярче витрин в мегаполисах.
Зафиксированы случаи и брачных игр со смертельным исходом. Самка, используя световой знак, привлекает самцов другого вида. Когда ничего не подозревающие оплодотворители являются, коварная соблазнительница их съедает.
После оплодотворения из яиц, отложенных самкой, появляются личинки. Как выглядят личинки светлячка? Довольно крупные, прожорливые, окрашенные в черный цвет червячки с отчетливо видимыми желтыми пятнами. Интересно, что они светятся, как и взрослые особи. Ближе к осени они прячутся в кору деревьев, где и зимуют.
Развиваются личинки медленно: у видов, обитающих в средней полосе, личинки зимуют, а у большинства субтропических видов растут несколько недель. Стадия куколки продолжается до 2,5 недель. На следующую весну, личинки окукливаются и из них развиваются новые взрослые особи.
Интересные факты
Надеемся, что вы получили ответы на вопросы, как выглядит светлячок, где он живет и какой ведет образ жизни. Эти интересные насекомые всегда вызывали большой интерес человека и, как видите, совершенно обоснованно.
11 крутых фактов о светлячках, которые вы не знали
Вспышки светлячков в теплую летнюю ночь напоминают многим из нас о нашем беззаботном детстве и ощущении чуда. Летними вечерами их видели, я думаю, очень многие, а кто-то, вполне возможно, даже держал в руках эти волшебные сгустки света.
И, возможно, из-за того, что мы часто их встречали в детстве, гоняясь за ними, наблюдали их на картинах, в фильмах и книгах, мы можем подумать, что знаем все об этих простых насекомых. Тем не менее, у наших ярких друзей есть темная сторона, которая включает малоизвестные истории об обмане, отравлении и даже убийствах. И раз до лета осталась пара недель — вот вам 11 классных фактов о светлячках, про которые вы могли не знать.
Светлячки — это жуки. Называете ли вы их светлячками (fireflies) или светящимися клопами (lightning bugs), эти насекомые не являются ни мухами (flies), ни настоящими клопами. Вместо этого они — жуки, как божьи коровки и жуки-носороги. Как и у других жуков, у светлячков есть пара укрепленных передних крыла, называемых надкрыльями, под которыми прячутся задние крылья. Надкрылья поднимаются при взлете, как двери на некоторых автомобилях, освобождая крылья для полета.
В мире существует более 2000 видов светлячков. Светлячки встречаются по всему миру, на всех континентах, кроме Антарктиды, и они невероятно разнообразны. Даже в одной среде обитания может жить сразу несколько их разновидностей. На самом деле, вы, смотря на их огоньки по ночам, скорее всего видите сразу несколько видов этих необычных существ.
Вспышки — это светлячий язык любви. Светлячки используют вспышки в качестве сигналов к спариванию. Вспышки, которые вы видите, как правило, идут от мужчин, ищущих женщин. Во время полета они вспыхивают определенным образом, надеясь на женский ответ. Если женщине, ожидающей в траве или кустах, нравится то, что она видит, она отвечает собственной вспышкой. Они будут участвовать в этом мерцающем «разговоре», пока самец не найдет самку. У каждого вида есть свой собственный паттерн вспышек — код, который позволяет им идентифицировать подходящих партнеров одного и того же вида.
Самые большие в мире светлячки, относящиеся к виду Lamprigera, пусть и выглядят как личинки чужого, пугаться их не стоит, они абсолютно безопасны. Встретить их можно, например, в Тайланде.
Не все светлячки вспыхивают. В то время как все светлячки светятся в своих личиночных формах, есть много видов светлячков, которые не используют свет во взрослом состоянии в качестве сигналов к спариванию. Вместо этого такие «темные» светлячки используют для общения воздушные запахи, такие как феромоны.
Светлячки проводят большую часть своей жизни в личиночной стадии. Хотя не все взрослые особи излучают свет, все светлячки имеют светящиеся личиночные стадии. Бронированные, похожие на гусениц личинки — злобные хищники, выслеживающие и употребляющие в пищу слизней, улиток и дождевых червей. Они могут провести до двух лет в таком состоянии, прежде чем превратятся во взрослых особей. А вот последние могут жить лишь пару недель, и большинство из них не ест в это время — они просто спариваются, откладывают яйца и умирают. Это означает, что светлячки, которых вы увидите в парках этим летом, являются результатом успешных спариваний 2017 года, и они будут родителями светлячков, которых вы не увидите вспыхивающими до 2021 года.
Светлячки вида Photuris заманивают ничего не подозревающих самцов других видов на смерть. Самки одного вида светлячков, Photuris, получили прозвище «роковые женщины». В отличие от большинства видов, эти светлячки питаются, будучи взрослыми. Подражая вспышкам других видов светлячков, самка заманивает к себе ничего не подозревающих самцов. Таким образом, обманутый мужчина станет основным блюдом ее обеда. Охота на самцов других видов позволяет самкам Photuris получать токсины, называемые люцибуфагинами, которые они затем откладывают в свои яйца в качестве химической защиты.
«Роковые женщины» прокрадываются на паутину, чтобы украсть добычу. Хищные представительницы вида Photuris были пойманы на краже запутавшихся в паутине светлячков — такое поведение называется клептопаразитизмом. Вопрос, как они идентифицируют свою недееспособную добычу и выходят из паучьих сетей невредимыми, остается без ответа.
Нет, это не фотошоп, а шоу светлячков в Теннесси, снятое с длинной выдержкой.
Светлячки могут быть больше, чем вы думаете. Самки вида Lamprigera могут вырастать до размера вашей ладони. Они намного крупнее своих мужских собратьев и не имеют крыльев. За их свечение по ночам отвечают два больших световых органа на животе.
Есть зимние светлячки. В то время как светлячки для многих ассоциируются с летом, есть один североамериканский вид, который активен зимой. Будучи взрослыми, эти зимние светлячки не излучают свет и прячутся в коре деревьев, поэтому они долгое время оставались незамеченными. Появляются они в сентябре, чтобы найти места для зимовки, после чего ютятся в бороздчатой коре больших деревьев зимой, где находят друг друга по сигналам феромонов в апреле и мае, спариваются, откладывают яйца и уходят до прибытия своих летних коллег.
Некоторые светлячки вспыхивают в унисон. Некоторые виды светлячков имеют уникальный способ выполнения своих брачных ритуалов: они синхронизируют свои вспышки. По-настоящему синхронные светлячки встречаются в Юго-Восточной Азии. Они собираются в огромные колонии на деревьях и мигают в унисон. Другие виды синхронизируют свои вспышки в течение нескольких секунд, появляясь в виде волн света и тьмы, которые струятся по лесу. Их можно найти на восточном побережье США от Джорджии до северной Пенсильвании. Каждый год тысячи людей совершают поездки, чтобы стать свидетелями «светового шоу» по синхронному мерцанию Photinus carolinus в Элкмонте в Национальном парке Грейт-Смоки-Маунтинс и поучаствовать в фестивале светлячков в Пенсильвании в Национальном лесу Аллегейни.
Популяциям светлячков угрожает световое загрязнение. Наружное освещение не позволяет светлячкам видеть вспышки друг друга. Таким образом, им трудно найти себе пару. Другие потенциальные угрозы включают утрату среды обитания из-за использования пестицидов и изменения климата. Так что если вы живете за городом — выключайте свет по вечерам во время сезона светлячков, и они будут радовать вас своим свечением долгие годы.
Почему светятся светлячки
Как светляки светятся
Необходимый в большом количестве для создания свечения светлячка кислород вытесняется из клеточных митохондрий путем замещения его оксидом азота. У насекомых нет легких, поэтому все необходимые для существования процессы проходят в клетках, в том числе и дыхание. А нервная система регулирует режимы работы “фонарика”.
Почему светляки светятся
Представители женского пола подают особый сигнал, свидетельствующий о том, что они готовы к оплодотворению. Так самец понимает, куда ему лететь. А вообще, чем ярче он светится, тем больше женского внимания привлекает.
В Евразии наиболее распространен вид, именуемый “Ивановым червячком”. Считается, что именно в ночь на Ивана Купала эти насекомые активизируются.
Интересным является тот факт, что из 2000 видов лишь немногие светлячки светятся, остальные преимущественно функционируют только днем.
Чему светлячки могли бы нас научить
Помимо воспитания в людях чувства прекрасного, светляки могут похвастаться эффективностью преобразования своей энергией в свет. Недавно исследователи, изучая поверхность тела светляков, отметили ее чешуйчатое строение, напоминающее черепицу крыши. При помощи нанотехнологий они попытались создать подобную структуру на поверхности светодиода. И это увеличило эффективность его работы на 55%!
Символизм светлячка
Популяция светлячков резко упала, и это связано с загрязнением и разрушением территорий их обитания. Дело в том, что из этих мест они не мигрируют, а попросту исчезают.