Мир «живого света»

Издавна люди знали, что оставленное без присмотра мясо или рыба могут засветиться призрачным зеленовато-голубым светом. Физик Роберт Бойль в 1668 году провел с такими образцами серию экспериментов и выяснил, что они светятся только в присутствии кислорода, но доказать, что свечение вызывают живые организмы, удалось лишь два века спустя. До изобретения антисептики врачи часто наблюдали свечение ран в госпиталях. Они считали это хорошим признаком – такие раны заживали лучше, чем обычные. Безвредные светящиеся бактерии, поселяясь на ранах, мешали развитию в них вредных микроорганизмов. Бывали и курьезные случаи, когда светился весь человек, ставший «рассадником» для бактерий. Английский натуралист Джозеф Пристли описал свечение пота у человека, страдавшего заболеванием щитовидной железы. Особенно сильно светилась его кожа после физической работы, а рубашка в темноте казалась охваченной пламенем.

Джозеф Пристли. Иллюстрация: Ellen Sharples, commons.wikimedia.org 

Изучая светящиеся бактерии, ученые выяснили, что реакция с выделением света – побочный эффект химической реакции окисления. Именно поэтому в среде, где нет кислорода, свечение исчезает, даже если сами бактерии могут без кислорода обходиться. В реакции участвуют особые вещества – люциферины, которые окисляются и выделяют свет под воздействием катализатора – люциферазы. Латинское слово «люцифер», давшее название обоим компонентам реакции, в переводе означает «светоносный». Химики выделили эти вещества и, смешав их, воспроизвели световой эффект без бактерий. Были даже попытки создать лампы на подобном принципе, но разводить микроорганизмы оказалось куда проще.

Обитающие в море светящиеся бактерии производят эффекты, которые видны даже из космоса. Моряки называют это явление «молочным морем». 25 января 1995 года американский метеорологический спутник сфотографировал в Индийском океане светящийся участок площадью 15 тыс. км². Теплоход «Лима», пересекавший это пятно, вышел за его пределы только спустя шесть часов. Один из очевидцев, наблюдавший «молочное море» с борта парохода «Сомерсетшир» у берегов Сокотры, вспоминал:

«Все море стало абсолютно белым, с попадающимися там и сям круглыми черными пятнами и полосами. Все вокруг было ярко освещено. На воде не было никакой зыби, и судно, которое раньше сильно раскачивалось, казалось практически неподвижным».

Морские светящиеся бактерии часто входят в своеобразный симбиоз с животными: рыбами, кальмарами и ракообразными, исполняя роль «лампочки» в светоносных органах. В их тканях они находят кров, пищу и кислород для дыхания. Животное-хозяин пользуется светом «домашних» бактерий для освещения добычи, отпугивания врагов, светомаскировки, научившись его активировать по необходимости. Рыбы умеют регулировать силу свечения, подгоняя его к меняющемуся фону, или делают его мозаичным, и тогда силуэт хозяина «распадается» на отдельные пятна, сбивая хищников с толку. Как животным удается управлять обменом веществ бактерий, пока остается тайной.

Молочное море в Индийском океане, twitter.com/BimradB 

Многие свободно плавающие бактерии светятся, чтобы их… съели. Израильские биологи Маргарита Зарубина из Института морских наук в Эйлате и ее коллеги из Института зоологии в Иерусалиме в 2012 году обнаружили, что креветки едят лишь светящихся бактерий. Это казалось чистым самоубийством, пока не выяснилось, что так креветки тоже начинают светиться и привлекают хищных рыб. Тогда поведение бактерий приобрело биологический смысл: в желудке рыб, плавающих на большие расстояния, выжившие бактерии имеют шанс попасть в новые места, куда они сами никогда бы не добрались. Такие вот путешественницы.

В 2012 году ученые из Института биофизики Сибирского отделения РАН смогли применить светящиеся бактерии в качестве живых приборов, реагирующих на изменения в окружающей среде. Бактерии оказались чувствительными к малейшим примесям токсичных веществ, и по их свечению можно точно определить, не загрязнена ли вода ионами тяжелых металлов, нефтью и прочими опасными химикатами. Их использовали для оценки эффективности новых антибиотиков и для проверки опасности различных излучений.

Картина Синзы Меркенс. Выставка «Биоиллюминация», март 2015 года, Окленд, Новая Зеландия. Фото: Benj Brooking, sbs.com.au

Этим сфера применения бактерий не ограничивается. Бразильский художник Эдуардо Кац рисует картины светящимися бактериями на полотне, покрытом питательными веществами. Пока такие творения недолговечны, но производят на зрителей сильное впечатление. Бактерии можно использовать и просто для освещения. Еще в 1935 году колбами с бактериями осветили большой зал Океанографического института в Париже. Во времена Второй мировой войны японским морякам выдавали высушенных рачков. Стоило только на них плюнуть, и бактерии оживали, давая свет, достаточный для чтения карты без нарушения светомаскировки.

A bioluminescent ostracod. Маленькая «лампочка»-рачок. Хоть на них и плевали, японских моряков они в беде не бросили! Фото: Elliot Lowndes, washingtonpost.com 

«Живой свет» уверенно занимает свое место среди природных явлений, освоенных человеком, и можно не сомневаться, что в ближайшем будущем он станет таким же привычным, как электричество.