Живые летающие фонари: как светлячки овладели мастерством отпугивать хищников светом

Фото: Unsplash

В разных частях мира летние ночи часто украшены мерцающим светом светлячков. Эти жуки, принадлежащие к семейству Lampyridae, обладают биолюминесценцией — явлением, при котором живые организмы производят собственный свет. Эта удивительная способность присуща не только светлячкам: она также встречается у некоторых животных, бактерий и грибов, многие из которых обитают в пещерах или океанах, лишенных естественных источников света. Однако способность светлячков источать свет довольно уникальна и хорошо изучена наукой, пишет Live Science.

Необычный и яркий свет светлячков является результатом химической реакции с участием люциферина. По словам Тимоти Фэллона, биохимика-генетика из Калифорнийского университета в Сан-Диего, люциферин подвергается окислению, теряя электроны в присутствии аденозинтрифосфата (АТФ) и магния, чему способствует фермент люцифераза.

Люциферин — это молекула естественного происхождения, встречающаяся в биолюминесцентных организмах и отвечающая за их светоизлучающую способность.

Интересным аспектом люциферина является его потенциальное применение в медицинских исследованиях, где он используется в качестве маркера для отслеживания экспрессии генов и клеточных процессов в режиме реального времени, что позволяет получить ценные сведения о различных биологических функциях и механизмах заболеваний. Светлячки же обладают специализированными световыми органами в брюшке, где и происходят эти реакции, чему способствует слой кристаллизованной мочевой кислоты, описанной в исследовании опубликованом в журнале PLOS ONE, усиливающий яркость света.

Интересно, что подобная система биолюминесценции независимо эволюционировала в разных группах светопроизводящих животных, в том числе в другом семействе жуков под названием Sinopyrophoridae. Научное понимание биолюминесценции начало формироваться всего несколько столетий назад, а первые открытия показали, что для производства подобного света необходим кислород. Способность светлячков излучать свет проявляется на ранних этапах их жизненного цикла: даже куколки и яйца способны светиться, возможно, в качестве предупреждения хищников благодаря токсичным химическим веществам, называемым люцибуфагинами.

Свет светлячков контролируется поступлением кислорода в их светопродуцирующие клетки, богатые люциферином, люциферазой и митохондриями, которые вырабатывают АТФ, необходимый для химической реакции. Эта способность включать и выключать свет имеет решающее значение для брачных ритуалов насекомых: разные виды используют уникальные световые схемы для привлечения партнеров. Как отмечает Линн Фауст, независимый исследователь светлячков, биолюминесценция служит "любовной песней Морзе на свету", что крайне важно для короткой продолжительности жизни этих жуков.

Несмотря на значительный прогресс в понимании биолюминесценции светлячков, многие виды остаются незадокументированными, особенно в Азии и Африке. Исследователи продолжают изучать генетические механизмы, лежащие в основе этого свечения. Среди значимых открытий — идентификация гена люциферазы в 1985 году и более поздние находки в 2024 году, касающиеся дополнительных генов у водного светлячка Aquatica leii, опубликованные в журнале Nature Communications. Эти гены могут способствовать расположению фонаря в брюшке и регулировать производство света.

Помимо биохимической особенности, светлячки сталкиваются с проблемой сокращения популяций из-за светового загрязнения, потери среды обитания и изменения климата. Сохранение этих насекомых требует более глубокого понимания их естественного поведения и экологических потребностей, а эта задача остается сложной из-за ограниченности знаний об их жизненных циклах и нюансах, присущих этим удивительным созданиям.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ARDinform