Светлячки - живые фонарики
Прекрасные и загадочные светлячки способны не только услаждать наш взор. Этим созданиям по силам и более серьёзные дела.
В летние сумерки на опушке леса, у просёлочной дороги или на лугу можно увидеть, если повезёт, в высокой влажной траве «живую звёздочку». Подойдя поближе, чтобы хорошенько рассмотреть таинственную «лампочку», вы скорее всего будете разочарованы, обнаружив на стебельке мягкое червеобразное тельце со светящимся концом членистого брюшка.
М-да... Зрелище совсем не романтичное. Светлячком, пожалуй, лучше любоваться издали. Но что это за существо, неудержимо манящее нас своим прохладным зеленоватым сиянием?
ОГНЕННЫЕ СТРАСТИ
Светляк обыкновенный - а именно он обращает на себя наше внимание на большей части территории Европейской России - это жук из семейства лампирид. К сожалению, его название сегодня явно устарело - в дачных местностях вблизи больших городов «живой фонарик» давно стал редкостью.
В старину на Руси это насекомое знали как Иванова (или ивановского) червячка. Жук, похожий на червяка? Может ли быть такое? Может. Ведь наш герой - создание в каком-то смысле недоразвитое. Зеленоватая «лампочка» - это бескрылая личинкоподобная самка. На конце её незащищённого брюшка есть специальный светящийся орган, с помощью которого жучиха призывает самца.
«Я здесь, и я ещё ни с кем не спарилась», - вот что означает её световой сигнал. Тот, к кому обращен этот «знак любви», по виду - обычный жук. С головой, крыльями, ногами. Иллюминацию не устраивает - она ему ни к чему. Его задача - обнаружить свободную самку и спариться с ней для продолжения рода.
Возможно, наши далёкие предки интуитивно чувствовали, что в таинственном свете насекомых содержится любовный призыв. Не зря же они связали название жука с Иваном Купалой - древним языческим праздником летнего солнцестояния.
Его отмечают 24 июня по старому стилю (7 июля - по новому). Именно в этот период года проще всего найти светлячка. Ну а если он будет сидеть на листе папоротника, то издалека может сойти за тот самый чудесный цветок, который распускается в сказочную купальскую ночь. Как уже говорилось, иванов червячок
- представитель семейства светящихся жуков-лампирид, насчитывающего около двух тысяч видов. Правда, большинство насекомых, излучающих сияние, предпочитают тропики и субтропики. Полюбоваться этими экзотическими созданиями, не покидая пределов России, можно в Приморье на Черноморском побережье Кавказа.
Если вам доводилось прогуливаться тёплым вечером по сочинским или адлерским набережным и аллеям, вы не могли не заметить маленькие желтоватые трассирующие огоньки, наполняющие летние сумерки «русской Ривьеры». «Дизайнер» этой впечатляющей иллюминации - жук люциола мингрелика (Luciola mingrelica), причём свой вклад в световое оформление курорта вносят и самки, и самцы.
В отличие от немигающего сияния нашей северной светлячихи, половая сигнальная система южан сродни световой морзянке. Кавалеры летают невысоко над землёй и непрерывно с одинаковыми интервалами испускают поисковые сигналы - вспышки света. Если жених окажется поблизости от сидящей на листьях куста суженой, она отвечает ему своей характерной вспышкой. Заметив этот «знак любви», самец резко меняет курс полёта, приближается к самке и начинает посылать сигналы ухаживания - более короткие и частые вспышки.
В странах Юго-Восточной Азии живут светлячки, способные координировать подачу своих «любовных призывов» с сигналами находящихся поблизости сотоварищей. В результате возникает поразительная картина: в воздухе и в кронах деревьев начинают синхронно вспыхивать и гаснуть тысячи крошечных живых лампочек. Кажется, что невидимый дирижёр управляет этой волшебной светомузыкой.
Такое феерическое зрелище издавна собирает в Японии множество восторженных поклонников. Ежегодно в июне-июле в разных городах Страны восходящего солнца проходит Хотару Мацури - Праздник светлячков.
Обычно в тёплую погоду перед началом массового лёта светящихся жуков люди собираются в сумерках в саду возле какого-нибудь буддийского или синтоистского храма. Как правило, «жучиный фестиваль» приурочивают к новолунию - чтобы «посторонний» свет не отвлекал зрителей от сказочного представления живых огоньков. Многие японцы считают крылатые фонарики душами своих умерших предков
ПОВЕРИВ АЛГЕБРОЙ ГАРМОНИЮ...
Слов нет, звёздочки, светящиеся под ногами, в кронах деревьев или барражирующие почти над самой головой в тёплом ночном воздухе. - зрелище поистине волшебное. Но это далёкое от науки определение не может удовлетворить учёного, который стремится познать физическую природу всякого явления окружающего мира.
Раскрыть тайну «его сиятельства» жука-лампирида - такую цель поставил перед собой французский физиолог XIX века Рафаэль Дюбуа. Для решения этой задачи он отделял органы свечения от брюшка насекомых и растирал их в ступке, превращая в светящуюся гомогенную кашицу, затем подливал немного холодной воды. «Фонарик» светил в ступке ещё несколько минут, после чего гас.
Когда учёный добавлял в кашицу, приготовленную тем же способом, кипяток, огонёк потухал мгновенно. Однажды исследователь на пробу соединил содержимое «холодной» и «горячей» ступок. К его изумлению, свечение возобновилось! Дюбуа оставалось только объяснить с точки зрения химии такой неожиданный эффект. Крепко поломав голову, физиолог пришёл к выводу: «живую лампочку» «включают» два разных химических вещества. Учёный назвал их люциферин и люцифераза. При этом второе вещество каким-то образом активизирует первое, заставляя его светиться.
В «холодной» ступке свечение прекратилось, поскольку кончился люциферин, а в «горячей» - потому что под действием высокой температуры разрушилась люцифераза. Когда содержимое обеих ступок соединили, люциферин и люцифераза снова встретились и «засияли».
Дальнейшие исследования подтвердили правоту французского физиолога. Более того, как выяснилось, химические вещества типа люциферина и люциферазы присутствуют в светящихся органах всех известных видов жуков-лампиридов, живущих в разных странах и даже на разных континентах.
Разгадав феномен свечения насекомых, учёные со временем проникли и в другой секрет «сиятельных особ». Как рождается синхронная светомузыка, о которой мы рассказали выше? Изучая световые органы «огненных» букашек, исследователи установили, что нервные волокна связывают их с глазами светлячков.
Работа «живой лампочки» напрямую зависит от сигналов, которые получает и обрабатывает зрительный анализатор насекомого; последний, в свою очередь, подаёт команды на световой орган. Конечно, один жук не может охватить взглядом крону большого дерева или пространство поляны. Он видит вспышки сородичей, находящихся с ним рядом, и действует с ними в унисон
Те ориентируются на своих соседей и так далее. Возникает своеобразная «агентурная сеть», в которой каждый маленький сигнальщик находится на своём месте и передаёт световую информацию по цепочке, не зная, сколько всего особей задействовано в системе.
С «ЕГО СИЯТЕЛЬСТВОМ» ПО ДЖУНГЛЯМ
Конечно, люди ценят светлячков прежде всего за красоту, загадочность и романтичность. Но в той же Японии, например, в старину этих насекомых собирали в специальные плетёные сосуды. Знать и богатые гейши использовали их в качестве изящных ночников, а бедным студентам «живые фонарики» помогали зубрить по ночам. Кстати 38 жуков дают столько света, сколько средняя по размерам восковая свеча.
«Звёздочками на ножках» как осветительными приборами с давних пор пользовались коренные жители Центральной и Южной Америки для ритуального украшения жилищ и самих себя в дни праздников. Первые европейские переселенцы в Бразилии наполняли жуками вместо масла лампады возле католических икон. Особо ценную услугу «живые фонарики» оказывали тем, кто путешествовал по джунглям Амазонии
Чтобы обезопасить ночное передвижение по кишащему змеями и прочими ядовитыми тварями тропическому лесу, индейцы привязывали светлячков к ногам. Благодаря такой «иллюминации» риск случайно наступить на опасного обитателя джунглей значительно уменьшался.
Современному любителю экстрима даже амазонская чаща может показаться исхоженным местом. Сегодня единственная область, где туризм делает только первые шаги, - это космос. Но, оказывается, и в его освоение светлячки способны внести свой достойный вклад.
ЕСТЬ ЛИ ЖИЗНЬ НА МАРСЕ -РАССКАЖЕТ СВЕТЛЯК
Вспомним ещё раз Рафаэля Дюбуа, стараниями которого мир в XIX веке узнал о люциферине и люциферазе - двух химических веществах, обусловливающих «живое» сияние. В первой половине минувшего столетия его открытие было существенно дополнено.
Выяснилось, что для правильной работы «жучиной лампочки» необходима третья составляющая, а именно - аденозинтрифосфорная кислота, или сокращённо - АТФ. Эту важнейшую биологическую молекулу обнаружили в 1929 году, так что французский физиолог даже не подозревал о её участии в его экспериментах.
АТФ представляет собой своеобразный «портативный аккумулятор» в живой клетке, задача которого - обеспечение энергией всех реакций биохимического синтеза. В том числе и взаимодействия между люциферином и люциферазой - ведь для светоиспускания тоже нужна энергия. Сначала благодаря аденозинтрифосфорной кислоте люциферин переходит в особую «энергетическую» форму, а затем люцифераза включает реакцию, в результате которой его «лишняя» энергия преобразуется в квант света.
Ещё в реакциях свечения жуков-лампиридов участвуют кислород, перекись водорода, оксид азота и кальций. Вот как всё непросто в «живых лампочках»! Зато у них поразительно высокий КПД. В результате превращения химической энергии АТФ в свет теряется в виде тепла только два процента, в то время как у электрической лампочки бесполезно расходуется 96 процентов энергии.
Всё это хорошо, скажете вы, но при чём здесь космос? А вот при чём. Упомянутую кислоту «умеют делать» только живые организмы, но зато абсолютно все - от вирусов и бактерий до человека. Люциферин и люцифераза способны светиться в присутствии АТФ, которую синтезировал любой живой организм, не обязательно светлячок. В то же время эти два вещества, открытые Дюбуа, искусственно лишённые своего неизменного спутника, не дадут «огонька». Зато если все три участника реакции вновь соберутся вместе, свечение может возобновиться.
Вот на этой идее и был основан проект, который разрабатывали в Американском аэрокосмическом агентстве (NASA) в 60-е годы прошлого века. Предполагалось снабжать автоматические космические лаборатории, предназначенные для изучения поверхности планет Солнечной системы, специальными контейнерами, содержащими люциферин и люциферазу. При этом они должны были быть полностью очищены от АТФ.
Взяв пробу грунта на другой планете, следовало, не теряя времени, соединить небольшое количество «космической» почвы с земными субстратами свечения. Если на поверхности небесного тела обитают хотя бы микроорганизмы, то их АТФ вступит в контакт с люциферином, «зарядит» его, а затем люцифераза «включит» реакцию свечения.
Полученный световой сигнал передаётся на Землю, и там люди сразу поймут - жизнь есть! Ну а отсутствие свечения, увы, будет означать, что этот островок во Вселенной скорее всего безжизнен. Пока, судя по всему, ещё ни с одной планеты Солнечной системы нам не мигнул зеленоватый «живой огонёк». Но - исследования продолжаются!