«Живой» свет океана

«Звук и свет - два вечные начала», - сказал однажды поэт. Его слова полностью подтверждает море. Действительно, в Мировом океане, помимо говорунов и певцов, обитают также животные, которые светятся, словно новогодние гирлянды. Причем таких организмов немало. Правда, квалификация у каждого из них разная. У одних организмов способность продуцировать свет находится в самом зачатке, другие смогли обзавестись столь мощными прожекторами, что устраивают изумительные по красоте иллюминации и великолепные фейерверки.

Вот только совершенно непонятно, какими принципами руководствовалась Природа, наделяя способностью к освещению тех или иных морских животных. Можно было бы подумать, что главным критерием в данном случае является глубина. Но, как показывают исследования, между глубиной и способностью организма к свечению видимой связи нет. Так, одни светящиеся организмы обитают в толще многокилометровых глубин, другие же всю свою жизнь проводят у самой поверхности океана.

Может быть, на способность быть «фонарем» или отсутствие таковой влияет как-то образ жизни животного? Увы, опять - никакой зависимости: фонарики имеют и убежденные домоседы, и планктонные организмы, и самые быстроходные стайеры океана - рыбы и кальмары. В общем, в этом вопросе царит полная неразбериха. А чтобы не мучить себя домыслами, оставим эту проблему специалистам и поговорим о самóм живом свете.

Доказано, что возникает он в результате высвобождения энергии при сложных биохимических реакциях. В качестве «топлива» используются специальные вещества, по-научному называемые люциферинами. Общим для большинства из них является то, что свечение возникает в результате их окисления с помощью специальных ферментов - люцифераз.

Для реакций, порождающих свет, характерна еще одна особенность: выделяющаяся в результате окисления энергия не превращается в тепло, а тратится на специфическое возбуждение молекул, способных выделять энергию в виде фотонов света.

Так, у рачков ципридиний, относящихся к классу ракушковых, на окисление одной молекулы люциферина расходуется всего 1 молекула кислорода, в результате чего выделяется 1 молекула углекислого газа.

Ну а что же сам свет? Оказывается, эффективность люциферинов у разных животных разная, но в целом достаточно высокая. У одних организмов в свет переходит 10 % химической энергии, высвобождающейся при окислении люциферина, у других - до 50.

Количество же испускаемого света зависит от энергоемкости люциферина. Ципридии, медузы эквории и бактерии, чтобы получить всего 1 фотон, должны окислить свыше 3-х молекул люциферина.

Но встречаются организмы, в частности, некоторые моллюски, и с более энергоемким люциферином. У них при окислении тех же 3-х молекул этого вещества выделяется уже 2 фотона. Наиболее же «квалифицированные» обитатели моря синтезируют люциферин, способный при окислении 100 молекул обеспечить испускание 90 фотонов.

Что же касается самих светящихся структур, то их насчитывается несколько типов. Так, у одних животных гранулы люциферина находятся в клеточной протоплазме и там же окисляются, что приводит к непосредственному свечению тканей тела. У других животных люциферин выделяется в составе слизи, покрывающей кожу. При этом сами кожные покровы не светятся. Наконец, некоторые животные могут выбрасывать облачко светящейся жидкости, выработанной специальными желёзками, прямо в окружающее пространство.

Много в океане и таких организмов, которые хотя и используют фонарики, но, тем не менее, не умеют вырабатывать ни люциферина, ни люциферазы. Эту функцию выполняют за них их многочисленные помощники - микроорганизмы. Сами же хозяева ограничиваются лишь тем, что создают для существования крохотных «светотехников» подходящие условия, да еще и заботятся о рациональном использовании их фонариков и прожекторов.

В отличие от многоклеточных организмов, у одноклеточных животных гранулы люциферина равномерно распределены в протоплазме их миниатюрных тел. Причем у этих крошечных существ настолько мало материальных ресурсов, что, экономя их, они вспыхивают только в особых случаях. Так, маленькая водоросль ночесветка включает фонарик лишь в ответ на механическое воздействие.

Большинство видов моллюсков, ракообразных и рыб пользуются специализированными светильниками. Наиболее совершенные из них напоминают по своему устройству самые настоящие прожекторы, то есть могут направлять лучи света в разные участки пространства. Снаружи их световой орган покрыт темной непрозрачной оболочкой, внутренняя поверхность которой блестит, словно фольга; она хорошо отражает свет и является, по сути, рефлектором. В передней части светильника часто находится прозрачная линза, концентрирующая световой поток, а внутри - светящаяся в темноте слизь. Края линзы содержат большое количество пигментных клеток, играющих роль диафрагмы: они регулируют размер отверстия, а значит, и диаметр светового луча.

В случае необходимости линза полностью теряет прозрачность, и тогда прожектор «выключается». Часто для этого используется шторка - специальная кожная складка, заслоняющая линзу, как прикрывающее глаз веко.

Очень оригинальный выключатель у каракатиц. Их фонарики совмещены с чернильным мешочком. Если фонарь нужно выключить, каракатица выпускает в мантийную полость немного чернил, те покрывают тонкой светонепроницаемой пленкой поверхность фонарика, и свет гаснет.

Свет, испускаемый живыми организмами, может быть белым, сине-зеленым, рубиново-красным, фиолетовым. Иногда животное снабжено фонариками 3-4 цветов.

Сам же цвет зависит от природы молекул люциферина, от характера светофильтров, через которые он проходит, и от оптических свойств рефлекторов.

О том, как морские животные пользуются своими светильниками, известно значительно меньше, нежели о механизмах свечения. Например, трудно даже предположить, зачем небольшой рыбке апогону целых три прожектора в пищеводе. То ли для того, чтобы пойманная добыча не стремилась вырваться наружу, то ли, наоборот, чтобы она старалась протиснуться внутрь пищевода своим ходом.

Вообще же свет помогает обитателям океана решать несколько проблем. Главная из них, видимо, коммуникативная. Безусловно, без особых сигнальных систем найти себе пару в непроглядной мгле бескрайних вод океана самцу очень и очень сложно. Впрочем, как и отбившемуся от своей стаи кальмару вернуться в родной коллектив.

Обоняние для поисков непригодно: вода в глубинах океана перемещается крайне медленно, и запах далеко не распространяется. Звуки тоже не годятся: они слышны на значительном расстоянии и могут привлечь внимание врагов. А вот слабый свет фонариков издалека не виден, и им удобно пользоваться в своем обособленном мирке.

Взять, к примеру, эвкарид - крохотных рачков, в огромных количествах обитающих в полярных районах океана. Заметить их, пока они, зависнув у поверхности, сохраняют неподвижность, практически невозможно: рачки не имеют пигмента и потому прозрачны. Это помогает им спасаться от врагов, но мешает общению. И только световая сигнализация помогает устранить данную проблему. Органов свечения у рачков насчитывается обычно 5 пар: они располагаются на глазных стебельках, на грудных ножках и на нижней поверхности брюшных сегментов. Их фонарики вспыхивают на несколько секунд зеленовато-желтым светом, а потом гаснут. Такая световая сигнализация позволяет рачкам собираться в стаи, а самцам - находить самок. Ярчайшая же вспышка в случае нападения врага всех 10 светильников служит, несомненно, сигналом опасности.

Наиболее яркий пример использования световой сигнализации дают светящиеся черви из загадочного Бермудского треугольника. Самки этих донных животных в период размножения поднимаются к поверхности, где вальсируют, выписывая круги свадебного танца, и испускают при этом яркий свет. Вслед за ними поднимаются самцы. Они устремляются к свету. Самки с потушенными огнями их не привлекают. Если встреча состоялась, самцы включаются в танец и пляшут до упаду, а достигнув оргазма, одновременно со своими партнершами выбрасывают в воду половые продукты, где и происходит их оплодотворение.

Свет широко используется и на охоте. Небольшая глубоководная рыба галатеатума, проголодавшись, располагается где-нибудь на видном месте и раскрывает рот, в глубине которого шевелится нечто светящееся. Постоянно голодные глубоководные хищники не колеблясь засовывают свою голову в пасть галатеатумы, на что она как раз и рассчитывала.

Аналогичным образом поступают представители подотряда глубоководных удильщиков. У них один из лучей спинного плавника достигает очень большой длины и направлен вперед. С «удилища» прямо над пастью коварной рыбы свешивается приманка - очень ярко окрашенное грушеобразное утолщение, у глубоководных рыб к тому же еще и светящееся. Нетрудно догадаться, что подводные обитатели, заинтригованные соблазнительной приманкой, вмиг оказываются в зубах коварного обманщика.

Глубоководные хищники пользуются несколькими моделями «удочек». У одних они очень короткие, и тогда светящаяся приманка располагается прямо у самой пасти. А вот у гигантактиса, к примеру, «удилище» вместе с «леской» раза в 4 превышает его собственную длину. Поэтому хищник имеет возможность далеко «закидывать» наживку и собирать тем самым неплохой улов с огромного пространства.

Лизиогнаты и церации пользуются «спиннингами». Само «удилище» находится у них в специальном канале на спине и может выдвигаться оттуда и убираться назад. Пользуясь этим приспособлением, рыбы имеют возможность постепенно подманивать к своей пасти даже очень осторожную дичь. У лизиогнат приманка снабжена тремя крючками, позволяющими подцепить и подтащить ко рту опешившую от неожиданности добычу.

Но живой свет не только кормит своих хозяев. Нередко он даже спасает им жизнь. Известно, что если наземное животное ядовито или просто несъедобно, оно оповещает об этом окружающих яркой окраской. Морские же животные используют для подобных целей свои «бортовые огни».

Так, яркая вспышка часто используется для того, чтобы напугать или хотя бы отвлечь от себя внимание нападающего хищника. Многие животные зажигают свои огни, лишь оказавшись в чьих-либо зубах. В этом случае хищник от испуга или удивления может открыть рот, и тогда жертве удастся спастись. Таким приемом ловко пользуются некоторые черви.

Очень оригинально защищается от врагов каракатица двурогая сепиола, диаметр тела которой едва достигает 2 сантиметров. Ночью маленькая сепиола ярко сияет. Но если подвергается нападению, то выбрасывает в воду светящееся облачко, а сама, погасив огни, удирает от врага, обманутого светящимся двойником. Так же поступают и многие мелкие рачки.

У глубоководных креветок около ротовой полости расположены специальные железы, из которых в случае опасности вытекает светящееся облачко. Подвергшаяся нападению стайка креветок тотчас отгораживается от хищника «огненной» завесой из множества таких светящихся пятен и бросается врассыпную.

В царстве Посейдона с помощью фонариков многие организмы сообщают своим собратьям о появлении хищника. Яркая вспышка света раненого животного - своеобразный способ предупреждения соплеменников об опасности. Скопление рачков, потревоженное напавшими на них рыбами, ярко светится, сигнализируя сородичам о возникшей тревожной ситуации.

И хотя кому-то это может показаться невероятным, тем не менее свет в царстве вечного мрака помогает рыбам, каракатицам и кальмарам… маскироваться. Зоологи обратили внимание, что фонарики у подводных обитателей нередко находятся только на брюхе. Иногда их насчитывается несколько сотен, и располагаются они чаще всего правильными рядами. На небольших глубинах, куда еще проникают солнечные лучи, их голубой свет, если смотреть на животное снизу, должен сливаться с чуть голубым фоном поверхности моря и делать их незаметными. Рыбы же с потушенными огнями на светлом фоне океанского «неба» должны казаться серой или совсем темной тенью.

Кстати, ученые по сей день не могут ответить на ряд вопросов, связанных с окраской морских обитателей. Например: почему организмы, живущие на дне, становятся бесцветными начиная с глубины 2000 метров? И наоборот: почему некоторые виды креветок, бесцветные в верхних слоях океана, на глубине несколько тысяч метров приобретают красный либо фиолетовый цвета? Или: почему голубой свет вызывает у зоопланктона беспокойство и вся его масса сразу начинает беспорядочно метаться и рассеиваться? Подобное поведение зоологи прозвали в шутку «голубым танцем». При красном же свете, наоборот, происходит концентрация планктона.

Анатолий Сергеевич Бернацкий, «100 великих тайн океана», 2016г.Анатолий Сергеевич Бернацкий, «100 великих тайн океана», 2016г.