Кальмар-светлячок

Многие головоногие моллюски, или цефалоподы, — кальмары и каракатицы, вампиротеутисы (см. картинку дня Адский вампир) и спирулы, а также некоторые осьминоги — способны к биолюминесценции. Как и у большинства морских обитателей, свечение у головоногих происходит за счет окисления люциферина кислородом в присутствии фермента люциферазы в специальных органах — фотофорах, хотя некоторые цефалоподы используют свечение симбиотических люминесцирующих бактерий (см. Симбиоз кальмаров со светящимися бактериями зависит от единственного гена, «Элементы», 06.02.2009). Но ярче всех светится кальмар Watasenia scintillans (на фото), за эту свою особенность получивший прозвище кальмар-светлячок (firefly squid).

Этот маленький кальмар, длиной 6–7 см, обитает в Тихом океане и Японском море у берегов Японии. Тело ватасении покрыто множеством фотофоров (от 850 до 1100 у одной особи), самые крупные из которых находятся на концах рук. При свете дня ватасения выглядит как вполне заурядный кальмар, однако в темноте она преображается: всё ее тело начинает светиться ярким сине-голубым светом.

Watasenia scintillans при дневном свете и в темноте. Слева — фото с сайта en.wikipedia.org, справа — с сайта jpninfo.com

Чтобы «включить» люциферин, кальмары увеличивают приток крови, несущей кислород, к фотофорам (подробнее о люциферине читайте в статье Огоньки под ногами). Однако увеличение или уменьшение притока крови — процесс довольно медленный, а кальмары могут заставлять свои фотофоры вспыхивать и гаснуть много раз в секунду. Делают они это за счет специальных пигментных клеток — хроматофоров, способных по команде нервной системы практически мгновенно расширяться, закрывая фотофор, или собираться в точку, снова открывая светящийся орган (см. Технология попиксельного наблюдения за кожей каракатиц поможет понять, как они управляют своей окраской, «Элементы», 22.10.2018).

Кальмары, и ватасения в том числе, используют биолюминесценцию для разных целей. Во-первых, свет помогает им приманивать добычу или отпугивать хищников внезапными вспышками (такую тактику используют и другие морские жители, см. картинку дня Защита светом). Во-вторых, свечение служит для привлечения партнеров в сезон размножения. Кроме того, ватасении используют свечение для маскировки: днем их фотофоры, расположенные на нижней стороне тела, слабо светятся и делают кальмаров практически невидимыми снизу на светлом фоне освещенной солнцем воды (см. Counter-illumination).

Кальмары-светлячки в прибрежной полосе воды у пляжа в заливе Тояма. Фото с сайта reddit.com

Ватасении обитают на глубине 100–300 метров, и их свечение обычно видят только морские обитатели. Но каждую весну эти кальмары собираются на нерест у побережья Японии — особенно много их в небольшом заливе Тояма (Toyama Bay) на западном побережье острова Хонсю. Для привлечения партнеров они включают все свои фотофоры «на полную мощность», и прибрежные воды залива оказываются залиты ярко-синим светом. Обычно чтобы увидеть свечение кальмаров во всей красе, нужно отплыть на несколько километров от берега, но иногда волны выносят множество кальмаров прямо на побережье. Дело в том, что ватасении, как и другие кальмары, размножаются только один раз в жизни. Они вкладывают в формирование яиц или спермы все ресурсы своего организма и после нереста неизбежно погибают от истощения. Но умирают кальмары не мгновенно, это происходит в течение нескольких часов, а иногда и нескольких суток, и наступает момент, когда они еще могут светиться, но уже не могут бороться с течением, которое выносит их к берегу.

Нерест кальмаров-светлячков — очень важное событие для жителей городов и деревень, расположенных у залива Тояма. Вокруг него сформировалась целая туристическая индустрия, так как посмотреть на светящихся кальмаров съезжаются не только жители Японии, но и иностранные туристы. На берегу залива работает музей Hotaru Ika (так называется кальмар-светлячок на японском языке), в котором можно не только получить информацию о кальмарах, но и посмотреть на их свечение в специальных бассейнах, подержать в руках и даже съесть приготовленное из них блюдо. Да, кальмары-светлячки съедобны — их ловят и используют в пищу, как и многих других кальмаров (иногда даже сырыми).

Однако Watasenia scintillans не только ценный источник питательного белка и аттракцион для туристов — это еще и замечательный объект для изучения биологии головоногих. В начале ХХ века именно кальмар-светлячок помог биологам опровергнуть одно необычное заблуждение, касавшееся органов чувств кальмаров. В 1893 году известный французский биолог и специалист по головоногим моллюскам Луи Жубен (Louis Joubin) описал у некоторых кальмаров странные органы, которые он назвал термоскопическими глазами. Эти «глаза» располагались на плавниках и на поверхности тела кальмаров и, как и настоящие органы зрения, были связаны с нервами и крупными кровеносными сосудами, имели стекловидное тело и отражающий слой. Однако, в отличие от настоящих глаз, они были полностью закрыты черным пигментом. Внимательные читатели, наверно, уже догадались, в чем дело. Но Жубен не видел свечения ватасений или других кальмаров и решил, что черный пигмент — это светофильтр, отсекающий свет видимой части спектра и пропускающий только инфракрасное излучение, а глаза, работающие в инфракрасной части спектра, нужны кальмарам для того, чтобы видеть теплокровных морских млекопитающих, которые часто охотятся на головоногих. Идея Жубена многим понравилась и впоследствии неоднократно упоминалась в популярной литературе (например, в книге «Приматы моря» И. Акимушкина).

Схема строения фотофора кальмара Abralia trigonura. Видно, что в целом фотофоры действительно имеют некоторое сходство с глазами. Photocytes — фотоциты, клетки, продуцирующие свет; Photogenic crystalloids — фотогенные кристаллы в фотоцитах; Lens — линза, определяющая направление света. Рисунок с сайта tolweb.org

Но у большинства ученых она вызывала сомнения: ведь вода хорошо поглощает тепло, инфракрасное излучение в воде очень быстро затухает, а все морские млекопитающие покрыты толстым слоем подкожного жира, который защищает их от остывания — всё это делает инфракрасные глаза в воде совершенно бесполезными. Загадку «термоскопических глаз» разгадал японский биолог Сёдзабуро Ватасе (Shozaburo Watase), в честь которого позже и был назван кальмар-светлячок. Изучая этих кальмаров в заливе Тояма в 1905 году, он установил, что «термоскопические глаза» — это обычные крупные фотофоры, органы свечения, а закрывающий их черный слой у живых кальмаров подвижен и работает в качестве шторки, открывающей и закрывающей фотофор по сигналу нервной системы. Ошибка возникла из-за того, что после смерти кальмара контроль за пигментными клетками исчезает, и они расширяются, навсегда закрывая фотофор черным слоем, а предшественники Ватасе изучали именно мертвых кальмаров и не могли видеть сложный механизм работы их фотофоров.

Фото с сайта animalreader.ru.

Александр Мироненко