Известно, что светодиоды являются намного более экономными источниками света, нежели обычные лампы накаливания или даже люминесцентные. Но работа группы ученых из Тайваня, проведенная под руководством Янь-Сун Су (Yen Hsun Su), позволяет сделать их еще эффективнее – им удалось получить наночастицы золота и имплантировать их в живые листья бакопы каролинской (Bacopa caroliniana), влаго- и светолюбивого растения, довольно популярного у аквариумистов.

Имеющийся в любом растении хлорофилл сам по себе проявляет способность к биолюминесценции, будучи облучен ультрафиолетом с длиной волны около 400 нм. Именно на этой длине волны излучают и наночастицы золота, тем самым стимулируя хлорофилл к свечению ясным красным светом.

По мнению ученых, такие растения уже вскоре можно будет использовать если не для освещения, то для подсветки, обозначения кюветов на дорогах и так далее. Более того, поглощение излучения наночастицами золота, передача его энергии на хлорофилл и дальнейшее свечение будет даже полезным для растения, поскольку позволит ему продолжать фотосинтез даже ночью. И во тьме растения, высаженные по краям дороги, будут не только ее подсвечивать, но и поглощать часть углекислого газа, выброшенного автомобилями.

Живой свет: Биолюминесценция

Биолюминесценция (греч. ?ioc – жизнь и лат. lumen – свет) – способность живых организмов светиться за счет собственных белков или с помощью симбиотических бактерий.

Сегодня известно около 800 видов светящихся живых существ. Большинство из них обитают в море. Это бактерии, одноклеточные жгутиконосные водоросли, радиолярии, грибы, планктонные и прикрепленные кишечнополостные, сифонофоры, морские перья, гребневики, иглокожие, черви, моллюски, ракообразные, рыбы. Одни из наиболее ярко светящихся животных – пиросомы (огнетелки). Из пресноводных биолюминесцентных видов известны новозеландский брюхоногий моллюск Latia neritoides и ряд бактерий. Среди наземных организмов светятся отдельные виды грибов, земляных червей, улиток, многоножек и насекомых.

На уровне микромира очень слабое свечение, которое мы можем зарегистрировать только с помощью высокочувствительных фотометров, – это побочный эффект нейтрализации ферментами активных форм кислорода, необходимых, но токсичных для клеток, – участников процесса окисления глюкозы. Они же поставляют энергию, необходимую для хемилюминесценции, различным люминофорным белкам.

У бактерий люминофорные белки рассеяны по всей клетке, у одноклеточных эукариотических (имеющих клеточное ядро) организмов они находятся в окруженных мембраной пузырьках в цитоплазме. У многоклеточных животных свет обычно излучают специальные клетки – фотоциты, часто сгруппированные в особые органы – фотофоры. Фотоциты кишечнополостных и других примитивных животных, как и фотофоры, работающие за счет симбиотических фотобактерий, светятся непрерывно или в течение нескольких секунд после механического или химического раздражения. У животных с более-менее развитой нервной системой она управляет работой фотоцитов, включая и выключая их в ответ на внешние раздражители или при изменении внутренней среды организма. Кроме внутриклеточного, у глубоководных креветок, осьминогов, каракатиц и кальмаров встречается свечение секреторного типа: смесь продуктов секреции двух разных желез выбрасывается из мантии или из-под панциря и расплывается в воде как сияющее облако, ослепляя противника.

Другой классический пример биолюминесценции – древесные гнилушки. Светится в них не само дерево, а мицелий обыкновенного опенка. А у высших грибов рода Mycena, тоже растущих на гниющем дереве, но в теплых краях вроде Бразилии и Японии, светятся плодовые тела – то, что обычно называют грибами (хотя плесневые, дрожжевые и прочие грибки – это тоже грибы, только низшие). Один из видов этого рода называется M. lux-coeli, «мицена – свет небесный».

Светящееся море

Те, кому повезло купаться в море ночью во время его свечения, на всю жизнь запомнят это феерическое зрелище. Чаще всего причина свечения – жгутиконосные водоросли ночесветки (Noctiluca). В отдельные годы их численность возрастает настолько, что светится все море. Если вам не повезет и вы окажетесь на берегах теплых морей в неподходящее время, попробуйте налить морскую воду в банку и добавить туда немного сахара. Ноктилюки среагируют на это усилением активности белка люциферина. Взболтайте воду и любуйтесь голубоватым свечением. А когда налюбуетесь, можете вспомнить о том, что смотрите на одну из нерешенных тайн природы: неясность эволюционных механизмов появления у самых разных таксонов способности светиться отметил в отдельной главе «Происхождения видов» еще Дарвин, и с тех пор ученым так и не удалось пролить на этот вопрос свет истины. Свечение могло развиться у организмов, живущих в условиях хорошей освещенности, на основе пигментных соединений, выполняющих светозащитную функцию. Но постепенное накопление признака – один фотон в секунду, два, десять – и у них, и у их ночных и глубоководных родственников не могло повлиять на естественный отбор: такое слабое свечение не ощущается даже самыми чувствительными глазами, а появление готовых механизмов интенсивного свечения на голом месте тоже выглядит невозможным. И даже функции свечения у многих видов остаются непонятными.

Зачем они светятся?

Светящиеся колонии бактерий и грибы привлекают насекомых, которые распространяют микробы, споры или мицелий. Насекомоядные личинки новозеландских комаров Arachnocampa плетут ловчую сеть и подсвечивают ее собственным телом, привлекая насекомых. Световые вспышки могут отпугнуть хищников от медузы, гребневика и других беспомощных и нежных созданий. С той же целью растущие на мелководье кораллы и другие колониальные животные светятся в ответ на механическое раздражение, а их соседи, которых никто не трогал, тоже начинают мерцать. Глубоководные кораллы превращают доходящий до них слабый коротковолновой свет в излучение с большей длиной волны – возможно, для того чтобы обеспечить возможность фотосинтеза обитающим в их тканях симбиотическим водорослям.

Расположение люминофоров и даже характер мигания светящихся пятен может служить для коммуникации – например, для привлечения партнера. А самки американского светлячка Photuris versicolor после спаривания начинают «отбивать морзянку» самок другого вида, привлекая их самцов не с амурными, а с гастрономическими целями. У берегов Японии массовые свадьбы празднуют умитохару (морские светлячки) – крошечные, 1–2 мм длиной, рачки рода Cypridina – и кальмары Watasenia scintellans. Тельца ватазений длиной около 10 см вместе со щупальцами усеяны жемчужинками-фотофорами и освещают зону диаметром 25–30 см – представьте себе, как выглядит море с целым косяком этих кальмаров!

У многих глубоководных головоногих тело разрисовано узором из разноцветных световых пятен, а фотофоры устроены очень сложно, наподобие светящего только в нужном направлении прожектора с отражателями и линзами (иногда двойными и окрашенными).

Самое яркое применение биолюминесценции – создание трансгенных растений и животных. Первую мышь с геном GFP, внедренным в хромосомы, создали в 1998 году.

Многие глубоководные планктонные креветки обладают способностью к свечению. На конечностях, вдоль боков и на брюшной стороне тела у них располагается до 150 фотофоров, иногда прикрытых линзами. Расположение и число фотофоров для каждого вида строго постоянно и в темноте океанских глубин помогает самцам находить самок и всем вместе – собираться в стаи.