Возможно, вы видели фотографии голубых, светящихся пляжей под темным небом. Такое свечение называется биолюминесценцией. Оно испускается крошечными организмами, называемыми биолюминесцентными водорослями, которые живут в воде.
Биолюминесцентные водоросли - это светящиеся водоросли, которые встречаются в океанах по всему миру. Они появляются как вспышки голубовато-зеленого света, когда в воде, где они живут, происходит какое-либо возмущение.
Вот все, что вам нужно знать о биолюминесцентных водорослях и о том, почему они светятся.
Что такое биолюминесценция?
Биолюминесценция - это разновидность хемилюминесценции, то есть химической реакции, в результате которой возникает свет. Биолюминесценция возникает, когда химическая реакция внутри живого организма производит свет в качестве побочного продукта. При этом возникает эффект свечения или мерцания.
Этот тип механизма наблюдается у морских животных, таких как водоросли или кальмары. Он помогает некоторым животным привлекать пищу для выживания.
Он известен как "холодный свет", потому что кажется голубоватым и выделяет мало тепла. Биолюминесцентные морские организмы, включая рыб, бактерии, медуз и водоросли, встречаются в водах океана. Биолюминесцентные организмы, такие как светлячки и некоторые грибы, встречаются на суше.
В химической реакции, вызывающей биолюминесценцию, участвуют химические вещества люциферин и люцифераза. Некоторые биолюминесцентные организмы производят эти химические вещества сами, а некоторые получают их через пищу.
Люциферин - это сложное вещество, которое производит свет. Люцифераза - это фермент или химическое вещество, которое помогает ускорить реакцию. Она позволяет молекулам кислорода связываться с люциферином. Эта реакция называется окислением. Когда люциферин связывается с кислородом, образуется оксилюциферин, который излучает энергию в виде света. Цвет и интенсивность света зависят от того, как расположены молекулы люциферина в организме, а также от типа фермента люциферазы.
Некоторые организмы имеют химические вещества, называемые фотопротеинами, которые соединяются с люциферином и кислородом. Им не требуется люцифераза, чтобы выделять свет в качестве побочного продукта. Вместо этого они производят свет, когда вступают в контакт с ионами кальция.
Биолюминесценцию не следует путать с флуоресценцией. Флуоресценция возникает в присутствии стимулирующего света, который поглощается и затем излучается в течение длительного времени.
Что такое биолюминесцентные водоросли?
Биолюминесцентные водоросли - это крошечные морские водоросли, которые излучают голубовато-зеленый свет. Они представляют собой одноклеточные организмы. Динофлагелляты - самый распространенный вид биолюминесцентных водорослей, растущих на поверхности океана. Noctiluca scintillans, также известная как морская блесна, является одной из таких биолюминесцентных динофлагеллят.
Почему светятся биолюминесцентные водоросли?
Биолюминесцентные водоросли производят люциферин и люциферазу. Люцифераза в динофлагеллятах аналогична химическому веществу зеленых растений - хлорофиллу. Химическая реакция, происходящая между люциферином и люциферазой, запускается, когда биолюминесцентные водоросли нарушаются движением или изменениями в окружающей среде.
В динофлагеллятах фермент люцифераза и молекула люциферина находятся внутри круглой структуры, называемой сцинтиллой. Возмущения или изменения в окружающей среде приводят к напряжению покровной или внешней мембраны клетки динофлагелляты, что стимулирует определенные реакции внутри клетки. Это вызывает изменения в сцинтиллоне, делая его более кислым.
Эти изменения активируют фермент люциферазу и ускоряют связывание люциферина с кислородом. В результате химической реакции образуется оксилюциферин, а в качестве побочного продукта генерируется свет.
Биолюминесцентные водоросли светятся в течение короткого времени, когда их беспокоят. Однако изменения в окружающей среде, например, снижение солености воды, могут заставить биолюминесцентные водоросли светиться постоянно.
В таких случаях они выглядят как искрящиеся голубые или зеленые пятна в темном океане.
Вредны ли биолюминесцентные водоросли?
Биолюминесцентные водоросли выглядят завораживающе на фоне темных вод. Наблюдение за биолюминесценцией может быть самым прекрасным зрелищем. Однако это может быть предупреждающим знаком, поскольку многие виды биолюминесцентных динофлагеллят токсичны.
Они могут быть ядовиты для рыб, которые плавают вокруг них. Если вы вступите в контакт с такими биолюминесцентными водорослями, они могут быть вредны и для вас. Некоторые виды, например, морская блесна, не очень ядовиты, но все же могут иметь неприятные побочные эффекты.
Имеющиеся данные также свидетельствуют о том, что биолюминесценция может быть признаком изменений в окружающей среде, включая загрязнение и глобальное потепление. Изменения в окружающей среде могут вызвать низкий уровень кислорода и высокий уровень азота и фосфора в воде. В таких условиях токсичные динофлагелляты склонны к быстрому размножению и росту, что приводит к вредному цветению водорослей. В дальнейшем это может привести к явлению, называемому "красные приливы". Миллионы разросшихся токсичных водорослей меняют цвет воды на красный при дневном свете и заставляют ее искриться ночью.
Во время красных приливов морские животные, такие как рыбы или креветки, которые питаются водорослями, также становятся ядовитыми, поскольку в их организме накапливаются токсины динофлагеллятов. Если вы вступите в контакт с водорослями или съедите этих ядовитых морских животных, у вас могут возникнуть побочные эффекты, такие как проблемы с кишечником или пищевое отравление. Некоторые динофлагелляты вырабатывают нейротоксины, которые могут повлиять на работу мозга и память.
Безопасно ли плавать в биолюминесцентной воде?
Некоторые биолюминесцентные водоросли вырабатывают токсины, которые вредны для морской фауны, людей и всего, что с ними соприкасается, поэтому прикасаться к водорослям или купаться в биолюминесцентной воде может быть небезопасно. Вы можете посетить морские берега, где растут биолюминесцентные водоросли, но лучше избегать контакта с ними и наблюдать за свечением с безопасного расстояния.
Где можно найти биолюминесцентные водоросли?
Биолюминесцентные водоросли цветут в летние месяцы в водах вдоль материковой части США. Она часто собирается в тепловодных лагунах или заливах с узкими отверстиями. Это не позволяет водорослям выходить в открытое море. Ночью вся лагуна кажется сверкающей и подсвеченной.
Биолюминесценция не видна при дневном свете. Если вы пытаетесь заметить ее невооруженным глазом, она может быть слабой, особенно если вокруг есть свет. Однако на темном пляже в безлунную ночь можно увидеть биолюминесценцию динофлагеллят в волнах, разбивающихся о берег. Так как они выбрасываются на берег, вы можете заметить некоторые из них, прогуливаясь по пляжу. Вы также можете увидеть их в следе от лодки или в виде фигуры в воде.
Текущие исследования
Ученые изучают возможность использования биолюминесцентных водорослей в архитектуре. Поскольку эти водоросли способны вырабатывать свет, они могут использоваться в качестве устойчивого, экологически чистого источника света. Их использование может устранить необходимость в электроэнергии, которая вырабатывается из ископаемого топлива, и помочь защитить планету.
Кроме того, дизайнеры, занимающиеся вопросами взаимодействия человека и компьютера, пытаются изучить и понять, как биологические существа могут улучшить цифровое общение. Биолюминесцентные водоросли похожи на крошечные, самодостаточные компьютеры, и они позволяют ученым изучать, как они обрабатывают информацию и взаимодействуют с окружающей средой. Это может помочь создать новые и уникальные цифровые системы для удобства человека.
