Защита светом

На фото вы видите небольшую рыбку (вверху справа) из семейства апогоновые (кардиналовые), которая выплевывает облако света. Маленькое пятнышко внизу на конце светящейся дуги — крохотный рачок, которого до этого рыбка проглотила. Попав к ней в рот, ничем внешне не примечательный рачок вдруг стал испускать свет. Полупрозрачная рыба тоже начала светиться, и ей пришлось выплюнуть рачка, чтобы не привлечь внимание хищников (голубой свет хорошо распространяется в воде и виден издалека). А рачок целым и невредимым уплыл восвояси.

Что же это за чудо-рачок такой? Он из семейства Cypridinidae класса остракод. Рачки этого семейства используют для защиты от хищников биолюминесценцию. Это явление встречается у бактерий, грибов (см.: Биолюминесценция осенних опят), насекомых (см.: Огни светлячков: желтый или зеленый?), рыб и других организмов. Оно служит для коммуникации, привлечения добычи, защиты от хищников.

Свечение происходит либо с помощью бактерий-симбионтов, либо за счет свечения фотогенных клеток светового органа, либо светящийся секрет выделяется во внешнюю среду. Последний способ — это как раз наш случай. У Cypridinidae свет испускается в результате относительно простой химической реакции, в которой участвуют три компонента: пептид люциферин, состоящий у этих рачков всего из трех аминокислот (триптофана, изолейцина, аргинина), окислительный фермент люцифераза и растворенный в воде кислород. В ходе реакции люциферин окисляется и образуются оксилюциферин, вода, углекислый газ и, собственно, свет. Реакция происходит во внешней среде, хотя лициферин и люцифераза производятся в клетках железистого светового органа в верхней губе рачка. Выделение светящегося секрета происходит с помощью мышц, окружающих и пронизывающих световой орган.

Рачок из семейства Cypridinidae испускает свет. Видно, что он идет из верхней губы. Фото © Elliot Lowndes с сайта phys.org

Несмотря на относительную простоту реакции, Cypridinidae могут с удивительной точностью регулировать интенсивность и продолжительность испускания света. Скорее всего, интенсивность реакции контролируется путем изменения количества ее компонентов, а кинетика — их соотношением. Например, если люциферина и люциферазы равное количество, реакция будет происходить быстро, если люциферина намного больше, реакция будет длиться дольше.

При встрече с хищниками все виды люминесцирующих Cypridinidae (а их более 200 видов) испускают длительную (до нескольких секунд) и очень яркую вспышку света. Эти виды обитают во всех океанах и на всех глубинах. Свет производят самцы, самки, личинки и даже эмбрионы.

Рыба Phaeoptyx pigmentaria из семейства апогоновые пытается съесть рачка Photeros annecohenae. A–E — кадры из видео, сделанного при тусклом красном источнике света. Стрелочка указывает на двухмиллиметрового рачка. A — кадр за 0,1 секунды до атаки. B — во рту рыбы рачок начинает испускать большое количество света, рыба выбрасывает светящееся облако химикалий через жабры. C — свет виден и в ротовой полости рыбы. D — выкачивание светящегося секрета из жабр продолжается. E — рыба выплюнула рачка и он поплыл дальше, оставляя за собой светящийся шлейф. F — фото без внешнего источника света, рыба находится в центре светового пятна. Изображение из статьи T. J. Rivers, J. G. Morin, 2012. The relative cost of using luminescence for sex and defense: light budgets in cypridinid ostracods

А вот рачки этого семейства, обитающие в Карибском море (это около 60 видов), используют свет и в брачных демонстрациях, причем делают это только самцы. Соотношение самцов и самок у этих рачков высоко (например, у Photeros annecohenae — 178 к 1), поэтому свет помогает привлечь самку, а также посоревноваться с другими самцами. В темные безлунные ночи самцы производят специфичное для вида число световых вспышек, каждая из которых в зависимости от вида длится от миллисекунд до нескольких секунд. Варьирует и направление светового шлейфа: он может быть горизонтальным, вертикальным, диагональным.

Использование биолюминесценции в оборонительных целях более затратно, чем для ухаживания. Облако света, испускаемое при защите от хищника, в среднем в 13 раз ярче, чем при брачных демонстрациях. Также ученые посчитали, что при одинаковом запасе компонентов реакции, самец рачка может выпустить 10 облаков света в целях защиты и 450 — в брачных демонстрациях. При такой легкости использования света для брачных демонстраций кажется довольно странным, что в этих целях его используют только карибские рачки.

Фото с сайта hakaimagazine.com.

Юлия Михневич