Да будет свет!
Представьте себе картину: вечер, Вы сидите в ресторане на набережной северного приморского городка. Официант приносит Вам салат со свежепойманной рыбой, Вы приподнимаете вилкой зелень и не верите своим глазам… Филе рыбы светится!
Myctophid - рыба с фотофторами
Нет, это не избыток фосфора и не радиоактивное заражение. Это всего лишь безобидная бактерия Photobacterium phosphoreum, обладающая биолюминесценцией.
Биолюминесценция - это способность некоторых живых организмов при помощи химических реакций производить свечение. Всего в мире известно около 800 видов светящихся организмов из различных царств: животные, растения, грибы и бактерии. Большинство из них живут в солёных и пресных водоемах.
Среди одноклеточных открыто четыре рода люминесцирующих бактерий (фотобактерий) . Фотобактерии распространены почти по всему земному шару. Большинство из них обитает в морской воде, однако известны пресноводные и почвенные виды.
Зональность распределения морских светящихся бактерий зависит от температуры водоёмов.
География морских светящихся бактерий
Для психрофильного вида Photobacterium phosphoreum характерны холодные зоны с температурой ниже 15ºС. Этот вид обитает в северных морях, а также на глубине более 500 метров.
Виды Photobacterium leiognathi, Vibrio harveyi, Vibrio fischeri являются мезофильными (оптимальная температура роста для них 25-37ºС) и обитают в морях умеренного, субтропического и тропического поясов.
Светящиеся бактерии являются прямыми или изогнутыми палочками, либо кокковидными бациллами. Каждый вид имеет собственный характерный тип жгутикования.Большинство известных видов фотобактерий являются симбионтами рыб и головоногих моллюсков.
Помните рыб-удильщиков? Большинство из них используют свечение бактерий, которых бережно выращивают в специальных органах - фотофорах. Помимо рыб светящихся бактерий в своих целях выращивают шесть видов кальмаров, некоторые почвенные черви, губки и оболочники.
Осьминог Euprymna scolopes
Как они светятся?
Всему виной бактериальная люцифераза - окислительный фермент, катализирующий реакцию свечения и его фермент - люциферин.
Нет, названия взяты вовсе не из преисподней, но от латинского слова «Lucifer», то есть «Светоносный».
Люциферазы разных видов фотобактерий являются катализаторами одной и той же реакции, субстратами в которой являются кислород и восстановленный флавиномононуклеотид.
Спектр излучения различается у разных штаммов светящихся бактерий.
Большинство бактерий излучают свет в зелёном спектре. Данное свечение характерно для рода Vibrio.Большинство штаммов Photobacterium phosphoreum излучают свет в сине-голубом спектре. Существует также уникальный штамм Vibrio fischeri Y1, имеющий жёлтое свечение.
Колонии Vibrio fischeri Y-1 (слева) и Photobacterium phosphoreum (справа)
Для людей почти все виды фотобактерий безопасны, кроме, разве что, одного светящегося штамма холерного вибриона (Vibrio cholerae). Более того, известен случай, когда светящиеся бактерии помогали людям выжить. В 1862 году, во время Гражданской войны в США, раны некоторых солдат начали светиться в ночи. Эвакуировать раненных смогли лишь спустя два дня. За это время многие бойцы успели умереть от полученных ранений и заражения крови. Однако солдаты, чьи раны светились, в большинстве выжили. Их раны почти не гноились и быстрее заживали. Это чудо тогда назвали «Ангельским свечением». И только спустя полтора века Джонатану Кертису, Биллу Мартину и Филлис Мартин удалось раскрыть тайну. Свечение вызывала фотобактерия почвенных нематод Photorhabdus luminescens, которая подавляла рост патогенных микроорганизмов в ране.
Photorhabdus luminescens
Однако не для всех фотобактерии столь же безопасны. Известны случаи поражения светящимися бактериями из рода Photobacterium насекомых и ракообразных. Особенно часто гибнут креветки, крабы и гусеницы бабочек. Известно, что определенные виды фотобактерий обладают свойством разрушать хитиновый слой членистоногих.
Светящиеся бактерии в чашках Петри, культивированные автором статьи
Зачем они светятся?
А вот это уже вопрос сложнее. Ученые до сих пор не имеют определенного мнения на этот счет. Наиболее распространенной гипотезой считается теория о том, что свечение является побочным продуктом в реакции нейтрализации опасного для бактерий пероксида водорода. В далеком прошлом все бактерии использовали именно эту реакцию люциферазы для избавления от активных форм кислорода. Позже большинство микроорганизмов избрали другие, более экономные стратегии выживания, и лишь небольшая группа, именуемая фотобактериями, осталась верна своим «светлым» принципам.
Быть может, для того, чтобы мы обратили на них внимание?
Автор: Софья Соловьева
Основано на работах д.б.н. Исмаилова Анвара Джураевича