Как светлячки производят свет?

Сумерки мерцают светлячков подтверждает, что лето наступило. Будучи ребенком, вы, возможно, поймали этих так называемых молниеносных жуков в ваших чашеобразных руках и заглянули сквозь пальцы, чтобы посмотреть, как они светятся, задаваясь вопросом, как эти очаровательные светлячки производить свет.

Светлячки создать свет таким же образом, как работает светящийся жезл. Свет возникает в результате химической реакции или хемилюминесценции. Когда в живом организме происходит светопроизводящая химическая реакция, ученые называют это свойство биолюминесценцией. Наиболее биолюминесцентные организмы живут в морской среде, но светлячки относятся к числу земных существ, способных излучать свет.

Если вы внимательно посмотрите на взрослую светлячку, то увидите, что последние два или три брюшных сегмента отличаются от остальных. Эти сегменты содержат светоизлучающий орган, эффективную структуру, которая излучает свет без потери тепловой энергии. Если вы когда-нибудь дотрагивались до лампы накаливания после нескольких минут, вы знаете, что она горячая. Если бы световой орган светлячка излучал сравнимое тепло, насекомое встретило бы хрустящий конец.

У светлячков химическая реакция, которая заставляет их светиться, зависит от фермента, называемого люциферазой. Не обманывайтесь его именем; этот фермент не работа дьявола. Люцифер происходит от латинского Lucis, что означает свет, и Ferre, значит нести. люциферазы буквально, фермент, который приносит свет.

Биолюминесценция светлячка требует присутствия в легком органе кальция, аденозинтрифосфата, химического люциферана и фермента люциферазы. Когда кислород вводится в эту комбинацию химических ингредиентов, он запускает реакцию, которая производит свет.

Ученые недавно обнаружили, что оксид азота играет ключевую роль, позволяя кислороду проникать в светлый орган светлячка и инициировать реакцию. В отсутствие оксида азота молекулы кислорода связываются с митохондриями на поверхности клеток легкого органа и не могут проникнуть в орган, чтобы вызвать реакцию. Так что свет не может быть произведен. Вместо этого оксид азота связывается с митохондриями, позволяя кислороду проникать в орган, соединяться с другими химическими веществами и генерировать свет.

Помимо того, что они являются маркерами видов для привлечения спаривания, биолюминесценция также является сигналом для хищников светлячков, таких как летучие мыши, о том, что они будут горькими на вкус. В исследовании, опубликованном в августовском номере журнала за 2018 год Научные достижения, исследователи обнаружили, что летучие мыши ели меньше светлячков, когда светящиеся светлячки.

Светящиеся светлячки мерцают узором и цветом, которые уникальны для их видов, и эти узоры вспышек можно использовать для их идентификации. Обучение распознаванию видов светлячков в вашем районе требует знания длины, количества и ритма их вспышек, интервала время между их вспышками, цвет света, который они производят, предпочтительный режим полета и время ночи, когда они обычно вспыхивают.

Скорость вспышки светлячка контролируется высвобождением АТФ во время химической реакции. Цвет (или частота) производимого света, вероятно, зависит от pH. Частота вспышки светлячка также зависит от температуры. Более низкие температуры приводят к снижению скорости вспышки.

Даже если вы хорошо разбираетесь в шаблонах вспышек для светлячков в своем районе, вам следует помнить о возможных подражателях, пытающихся обмануть своих собратьев-светлячков. Самки светлячка известны своей способностью подражать вспышкам других видов, уловка, которую они используют, чтобы заманить ничего не подозревающих мужчин ближе, чтобы они могли выиграть легкую еду. Чтобы не отставать, некоторые светлячки-самцы также могут копировать образцы вспышек других видов.

Люцифераза является ценным ферментом для биомедицинских исследований, особенно в качестве маркера экспрессии генов. Исследователи могут буквально увидеть ген на работе или присутствие бактерии, когда люцифераза помечена. Люцифераза широко использовалась, чтобы помочь идентифицировать загрязнение пищи бактериями.

Из-за своей ценности как инструмента исследования люцифераза пользуется большим спросом в лабораториях, а коммерческий сбор живых светлячков отрицательно сказывается на популяциях светлячков в некоторых районах. Однако ученые успешно клонировали ген люциферазы одного вида светлячков, Photinus pyralis, в 1985 году, что позволило широкомасштабное производство синтетической люциферазы.

К сожалению, некоторые химические компании до сих пор добывают люциферазу из светлячков, а не производят и продают синтетическую версию. Это фактически наградило головами светлячков в некоторых регионах, где людям предлагается собирать их тысячами во время своего пика. летний брачный сезон.

В 2008 году в одном графстве Теннесси люди стремились заработать на спросе одной компании на пойманных светлячков и заморозили примерно 40 000 мужчин. Компьютерное моделирование одной исследовательской группой предполагает, что этот уровень урожая может быть неустойчивым для такой популяции светлячков. С сегодняшним появлением синтетической люциферазы такие урожаи светлячков для получения прибыли совершенно не нужны.

• Капинера, Джон Л. Энциклопедия энтомологии. Springer, 2008.
• “Firefly Watch.” Музей науки, Бостон.
• “Как и почему загораются светлячки?” Ученый американец5 сентября 2005.
• “Светлячки загораются, чтобы привлекать товарищей, но и отпугивать хищников.” Американская ассоциация развития науки21 августа 2018.
• _{Ли, Джон. "Основная Биолюминесценция«Кафедра биохимии и молекулярной биологии Университета Джорджии.}
• _{"Моделирование влияния урожая на устойчивость популяции светляков," Экологическое моделирование, 2013.}