За счет чего светятся светлячки
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
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.
За счет чего светятся светлячки?
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.
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.
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
А вообще известно около 2000 видов светлячков и каждый из них обладает способностью излучать фосфорецирующий свет. Чаще всего орган свечения этих жуков — фотофор — располагается на конце брюшка.
Фотофор состоит из 3-х слоев. Нижний слой, зеркальный, способен отражать свет. Верхний — представляет собой светопрозрачную кутикулу. В среднем слое находятся фотогенные клетки, вырабатывающие свет. Как видно, по своему устройству фотофор напоминает обычный фонарик. Подобный вид свечения называется биолюминисценцией, которая возникает в результате соединения внутриклеточного кислорода с кальцием, молекулой аденозинтрифосфата (АТФ) и пигментом люциферином в присутствии фермента лоюциферазы.
Свет, излучаемый светлячками — холодный. В отличие от обычной электрической лампы, где основная часть энергии переходит в бесполезное тепло, а КПД составляет 5% — 10 %, светлячки переводят в световое излучение 87% — 98% затраченной энергии. Свечение этих насекомых относится к видимой желто-зеленой части спектра, соответствующей длинам волн от 500 до 600 нм. Многие виды светлячков в состоянии по своему желанию уменьшать и увеличивать интенсивность свечения или излучать прерывистый свет. Когда нервная система жука подает сигнал о «включении» света, в фотофор начинает интенсивно поступать кислород, а для «выключения» достаточно прекратить подачу. У насекомых нет легких, а кислород передается посредством специальных трубочек — трахеол. Запас кислорода находится в митохондриях. Для быстрого выделения необходимого количества кислорода, организм светлячка вырабатывает окись азота, которая, поступая в митохондрии, вытесняет из них кислород.
Биолюминисценция для светлячков является средством межполового общения. Насекомые не только сигнализируют о своем местоположении, но и отличают своего партнера по особой частоте мерцания. Тропические и североамериканские виды светлячков иногда исполняют целые хоровые серенады для своих партнерш, одновременно вспыхивая и затухая всей стайкой. Стайка самок отвечает им такой же светомузыкой.