Ученые разгадали тайну свечения светлячков

lampyridaeУченым удалось разгадать предназначение и объяснить все детали свечения светлячков. Оказывается, таким образом они привлекают половых партнеров и коммуникации между особями.

Светлячки – мягкокожие жуки, представители семейства Lampyridae, которых на данный момент насчитывается более двух тысяч видов. Известны они благодаря своей биолюминесценции, т.е. способности светиться в темноте.

Биолюминесценция обусловлена наличием в их теле специального пигмента люциферина (от латинского lucifer, «несущий свет»), который, окисляясь вод воздействием особого фермента, выделяет избыточную энергию в виде света. Причем в свет переходит около 87-98% энергии. Это очень высокий КПД (к примеру, у ламп накаливания КПД всего 5%, остальное переходит в тепло), пишет Science.YoRead.ru.

Удивителен также факт, что цвет биолюминесценции у светлячков разный – от красно-желтого до зеленого. Если у всех светлячков одни и те же пигменты, и одни и те же белки действующие на них, то как объяснить такое цветовое разнообразие? Химические и физические составляющие этого «спектра красок» до недавнего времени оставались загадкой.

Группа ученых из Пекина во главе с Изабель Навизе (Isabelle Navizet) проводила эксперименты над жучками японского водяного светляка Luciola cruciata и исследовала изменения их свечения. Рентгеноанализ и компьютерное моделирование позволили выяснить, что изменение длины волны света испускаемого люциферином (т.е изменение цвета свечения) определяется изменением полярности в люминесцирующий системе.

До этого выдвигалась гипотеза, что в основе этого явления лежит присутствии АТФ и ионов магния, которые действуя на фермент-люциферазу катализируют окисление люциферина. Реакция происходит из-за способности фермента структурно менять размеры в своей каталитической «полости», — полагали ученые. Изменения размеров приводит к изменению потерь энергии, и, следовательно, более или менее длинноволновому свечению.

Но команда Изабель Навизе показала, что эта теория несовершенна и неадекватно описывает изменения цвета свечения. Согласно им, цвет может меняться под действием мельчайших изменений в распределении заряда внутри каталитической полости. А на полярность участков белка влияет многое от формы, до молекул воды заключенных в активном фрагменте. Ученым удалось воздействовать на отдельные мутации, приводящие к смене набора аминокислот, и заставлять насекомых светиться необходимым цветом.

Это исследование имеет практический смысл. Так белок-люцифераза очень широко используется в качестве индикатора в изучении и контролировании сложных процессов и биохимических реакций, благодаря способности вызывать биолюминесценцию. Теперь можно создать более совершенные маркеры или даже их системы.

Генная инженерия уже сейчас способна включить люциферин в самые неожиданные организмы. Например, в новогодние елочки или светящихся аквариумных рыбок.