Почему светится светлячок. Как устроены «живые фонарики»? Или почему светятся светлячки? Для чего необходимо свечение насекомым
Устройство «фонаря»
Чаще всего орган свечения этих жуков - фотофор - располагается на конце брюшка и по своему принципу действительно напоминает обычный карманный фонарик. Фотофор состоит из трёх слоев. Нижний слой, зеркальный, способен отражать свет. Верхний слой представляет собой светопрозрачную кутикулу. Но самое интересное происходит в среднем слое, где находятся фотогенные клетки, или фотоциты. Они вырабатывают свет благодаря интенсивному использованию кислорода.
У насекомых нет лёгких, а кислород передается посредством разветвлённой сети трубочек (трахеол) и запасается в митохондриях клеток. Для быстрого выделения необходимого количества кислорода, организм светлячка вырабатывает окись азота, которая, поступая в митохондрии, вытесняет из них кислород. Включение и выключение этих процессов регулируется нервной системой насекомых.
Люминесценция или флюоресценция?
В популярной прессе светящимися называют организмы, обладающие и флюоресценцией, и люминесценцией. Оба процесса встречаются в природе (порой у одних и тех же организмов) и в настоящий момент активно исследуются биологами, генетиками, фармацевтами и инженерами. Но если флюоресценция предполагает пассивное переизлучение света с небольшим уменьшением энергии и соответствующим сдвигом в длине волны, то люминесценция - это активный процесс, в ходе которого химическая энергия преобразуется в свет.
Ферменты, которые проводят преобразование химической энергии в свечение, называются люциферазами, а их субстраты (органические пигменты) - люциферинами. Оба слова происходят от латинского «lucifer», который, в свою очередь, состоит из латинских корней lux «свет» и fero «несу». Несмотря на одинаковое название, между люциферазами и люциферинами, помимо собственно функции, очень мало общего: они имеют разное строение, разное происхождение и по-разному работают.
Наиболее изученной является система свечения жуков-светляков - биолюминисценция. Люцифераза катализирует реакцию, в ходе которой молекула АТФ (универсальная единица клеточной энергии) активирует пигмент люциферин, после чего к нему присоединяется кислород. «Магия» происходит в тот момент, когда от окисленного люциферина отделяется CO2: молекула красителя оказывается в возбужденном состоянии, покидая которое она испускает квант света. Интересно, что у всех организмов, несмотря на независимое возникновение системы свечения, оно так или иначе связано именно с окислением.
От чего зависит цвет свечения?
В принципе свет, производимый люциферазой, может иметь почти любой оттенок - от сине-зелёного до красного. У светлячков, в частности, свечение относится к видимой желто-зелёной части спектра, соответствующей длинам волн от 500 до 600 нм. При этом свет, излучаемый светлячками, не даёт тепла – в нём нет инфракрасных и ультрафиолетовых лучей. В отличие от обычной электрической лампы, где основная часть энергии переходит в бесполезное тепло, а КПД составляет 5-10%, светлячки переводят в световое излучение до 98% затраченной энергии.
Однако в природе есть множество других живых организмов, излучающих свет - коралы, медузы, глубоководные рыбы… В их клетках встречаются одновременно и люцифераза, и флюоресцирующие белки (например, небезызвестный GFP). Они не просто находятся в одной клетке, но и настолько тесно связаны друг с другом, что возникает квантовый эффект переноса возбуждения: фотон, произведенный люциферазой, не излучаясь, переносится на GFP, который его выбрасывает уже с измененной длиной волны.
Поэтому обитатели морских глубин, а также созданные на основе извлечённого из них белка GFP светящиеся мыши, поросята, рыбки и прочая живность, светятся зелёным – хотя их люцефераза изначально настроена на синий цвет. Использование GFP позволяет увеличить эффективность излучения за счёт того, что флюоресцентный белок по сравнению с люциферином таких организмов менее склонен терять возбужденное состояние без излучения кванта света. У жуков-светляков (как и у люминесцентных бактерий) нет белков, подобных GFP, и в этом отношении их система свечения устроена проще.
Немного романтики…
Учёные считают, что биолюминисценция для светлячков является средством межполового общения. Тропические и североамериканские виды светлячков иногда исполняют целые хоровые серенады для своих партнёрш. Собравшись на одном дереве, они сначала мигают каждый в своё время. Затем пара насекомых начинает делать это синхронно. Проходит немного времени, и постепенно все насекомые начинают дружно и в одно и то же время испускать короткие вспышки света. Через полчаса целое дерево ведёт себя как единый живой организм, и может показаться, что оно просто украшено электрической гирляндой лампочек.
Самки отвечают им такой же светомузыкой, вспыхивая и затухая всей стайкой. Правда, по нашим меркам «прекрасным полом» их не назовёшь: своим внешним видом бескрылые самки светлячков напоминают личинок. Светлячок, не заморачиваясь на такие мелочи, летит к своей подруге… но бывает съеден. Например, самки светлячков вида Photuris подражают свечению вида Photinus и привлекают к себе чужих мужских особей. Съедая обманутых (и горько разочарованных в любви) самцов, хищницы получают не только пищу, но и защиту от птиц и пауков, поскольку их добыча содержит особое химическое вещество.
Впрочем, способность светится помогает привлекать противоположный пол даже другим видам – в частности, нам, людям. Известный энтомолог Эвелин Чисман в 1932 году в своих статьях писала, что некоторые экстравагантные дамы перед вечерними праздниками украшали светлячками свои платья и даже прическу, и в темноте казались усыпанными бриллиантами. Впрочем, у основной «романтической» версии свечения этих насекомых есть и непонятные моменты. Она не объясняет, почему светятся (только чуть слабее) личинки, куколки и даже яйца светлячков, которые обычно закопаны в почву.
Один из самых романтичных моментов в летних отпусках – наблюдение за маленькими летающими огоньками в вечерней тьме. И далеко не каждый взрослый знает, откуда берется свечение светлячков, а для маленьких детей это совсем как волшебство. А ведь уже давно все известно, давайте раскроем завесу тайны свечения этих маленьких насекомых, и для чего они это делают.
Светлячки в пещере
Природа свечения
Всего выделяют около двух тысяч видов светлячков. Каждый светлячок обладает способностью светиться фосфоресцирующим светом в темноте. Органом свечения, чаще всего у этих жуков, является фотофор. Он располагается сверху в конце брюшка.
Фотофор состоит всего из трех слоев. Зеркальный слой находится внизу, и способен отражать свет. Верхний являет собой специальную светопрозрачную кутикулу. Средний слой держит в себе фотогенные клетки, что вырабатывают свет. За своим устройством фотофор похож на обычный фонарик.
Подобный вид светоизлучения называется биолюминесценцией. Она появляется после соединения кальция с внутриклеточным кислородом, и пигмента люциферина с аденозинтрифосфатной молекулой (АТФ) в присутствии ферментов лоюциферазы.
Светящееся брюшко насекомого Светлячки излучают холодный свет. В типичной электрической лампе большая половина энергии уходит в ненужное тепло, а КПД составляет всего от 5% до 10%, а светлячки перерабатывают в свет от 87% до 98% выделяемой энергии. Свечение, излучаемое этими насекомыми, относится к желто-зеленой видимой части спектра, соответствующего длине волны с 500-600 нм.
Химические процессы формирования света
Много разных видов светлячков могут по своему усмотрению увеличивать и уменьшать интенсивность свечения, а также делать прерывистый свет. Сигнал о подаче света идет от нервной системы жука. При этом в фотофор интенсивно начинает поступать кислород. Соответственно, выключение света происходит простым перекрытием подачи кислорода.
Природа свечения — окисление У насекомых отсутствуют легкие, и кислород передается по специальным трубкам — трахеолам. Запас кислорода содержится в митохондриях. Чтобы быстро выделить нужное количество кислорода, в организме светлячка вырабатываться окись азота, который поступив в митохондрии, начинает вытеснять кислород из них.
Для чего необходимо свечение насекомым
Биолюминесценция может выступать для светлячков как средство межполового общения. Кроме того, что насекомые сигнализируют своё местоположение, они еще отличают своих партнеров по специальной частоте мерцания.
Огромные стаи насекомых Североамериканские и тропические виды светлячков, чтобы привлечь внимание своих партнерш, иногда исполняют хоровые серенады. Они одновременно вспахивают и затухают всей стайкой. Стайка самок начинает им отвечать аналогичной светомузыкой.
Видео урок, почему происходит свечение светлячков
Светлячок – это насекомое, которое относится к отряду жесткокрылые (или жуки), подотряду разноядные , семейству светляки (лампириды) (лат. Lampyridae).
Светлячки получили свое название благодаря тому, что их яйца, личинки и взрослые особи способны светиться. Самым древним письменным упоминанием о светляках являются записи в японском сборнике поэзии конца VIII века.
Светлячок – описание и фото. Как выглядит светлячок?
Светлячки – это маленькие насекомые размером от 4 мм до 3 см. Большинство из них имеет уплощенное продолговатое тело, покрытое волосками, и характерное для всех жуков строение, в котором выделяются:
- 4 крыла, два верхних из которых превратились в надкрылья, имеющие пунктировку и иногда следы ребер;
- подвижная голова, украшенная большими фасеточными глазами, полностью или частично прикрытая переднеспинкой;
- нитевидные, гребенчатые или пиловидные усики, состоящие из 11 члеников;
- ротовой аппарат грызущего типа (чаще он наблюдается у личинок и самок; у взрослых самцов он редуцирован).
Самцы многих видов, похожие на обычных жуков, сильно отличаются от самок, больше напоминающих личинок или маленьких червячков с ножками. У таких представительниц тёмно-бурое тело на 3 парах коротеньких конечностей, простые крупные глаза и совсем нет крыльев и надкрыльев. Соответственно, они не умеют летать. Усики у них небольшие, состоящие из трёх члеников, а трудноразличимая голова спрятана за шейным щитком. Чем менее развита самка, тем сильнее она светится.
Светляки не бывают ярко окрашенными: чаще встречаются представители бурого цвета, но их покровы также могут содержать чёрные и коричневые тона. Эти насекомые имеют сравнительно мягкие и гибкие, умеренно склеротизированные покровы тела. В отличие от других жуков, надкрылья светлячков очень легкие, поэтому насекомых раньше относили к мягкотелкам (лат. Cantharidae), но затем выделили в отдельное семейство.
Почему светятся светлячки?
Большинство представителей семейства светлячков известны своей способностью испускать фосфоресцирующее свечение, которое особенно хорошо заметно в темноте. У одних видов светиться могут только самцы, у других – только самки, у третьих – и те, и другие (например, итальянские светляки). Самцы испускают яркий свет в полёте. Самки малоподвижны и обычно ярко светятся на поверхности почвы. Также существуют светлячки, у которых совсем нет такой способности, при этом у многих видов свет исходит даже от личинок и яиц.
Кстати, немногие животные суши вообще обладают явлением биолюминесценции (химического свечения). Известны способные к этому личинки грибных комаров, ногохвостки (коллемболы), огненные мухи, пауки-скакуны и представители жуков, например, такие, как огненосные щелкуны (пирофорусы) из Вест-Индии. Но если считать и морских обитателей, то светящихся животных на Земле не менее 800 видов.
Органы, позволяющие светлячкам испускать лучи – это фотогенные клетки (лантерны), обильно оплетенные нервами и трахеями (воздухоносными трубочками). Внешне лантерны выглядят как желтоватые пятна на нижней стороне брюшка, покрытые прозрачной плёнкой (кутикулой). Они могут быть расположены на последних сегментах брюшка или равномерно распределены по телу насекомого. Под этими клетками лежат другие, заполненные кристаллами мочевой кислоты и способные отражать свет. Вместе эти клетки работают лишь при условии наличия нервного импульса от головного мозга насекомого. Кислород по трахеям попадает в фотогенную клетку и при помощи фермента люциферазы, ускоряющей реакцию, окисляет соединение люциферина (светоизлучающего биологического пигмента) и АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). Благодаря этому светлячок светится, излучая свет синего, жёлтого, красного или зелёного цвета.
Самцы и самки одного вида чаще всего испускают лучи схожего цвета, но бывают и исключения. Цвет свечения зависит от температуры и кислотности (pH) окружающей среды, а также от строения люциферазы.
Жуки сами регулируют свечение, они могут усилить или ослабить его, сделать его прерывистым или непрерывным. Каждый вид обладает своей уникальной системой фосфорического излучения. В зависимости от цели, свечение жуков-светляков может быть пульсирующим, мигающим, стабильным, затухающим, ярким или тусклым. Самка каждого вида реагирует только на сигналы самца с определённой частотой и силой света, то есть его режим. Особым ритмом испускания света жуки не только привлекают партнёров, но также отпугивают хищников и охраняют границы своих территорий. Различают:
- поисковые и призывные сигналы у самцов;
- сигналы согласия, отказа и посткопулятивные сигналы у самок;
- сигналы агрессии, протеста и даже световую мимикрию.
Интересно, что светлячки тратят около 98% своей энергии на испускание света, тогда как обыкновенная электрическая лампочка (лампа накаливания) превращает в свет только 4% энергии, остальная энергия рассеивается в виде тепла.
Светлячки, ведущие дневной образ жизни, зачастую не нуждаются в способности испускать свет, потому она отсутствует у них. Но те дневные представители, которые живут в пещерах или в тёмных уголках леса, также включают свои «фонарики». Яйца всех видов светлячков первое время также испускают свет, но вскоре он угасает. Днём свет светляка можно заметить, если прикрыть насекомое двумя ладонями или перенести в тёмное место.
Кстати, светлячки также подают сигналы при помощи направления полёта. Например, представители одного вида летают по прямой линии, представители другого вида – по ломаной.
Типы световых сигналов светляков
Все световые сигналы светляков В. Ф. Бак разделил на 4 типа:
- Непрерывное свечение
Так светятся взрослые жуки, относящиеся к роду Phengodes, и яйца всех светляков без исключения. Ни внешняя температура, ни освещение не оказывают влияние на яркость лучей этого неуправляемого вида свечения.
- Прерывающееся свечение
В зависимости от факторов внешней среды и внутреннего состояния насекомого, это может быть слабый или сильный свет. Он может на время совсем затухать. Так сияет большинство личинок.
- Пульсации
Этот тип свечения, при котором периоды излучения и отсутствия света повторяются через определённые промежутки времени, характерен для тропических родов Luciola и Pteroptix.
- Вспышки
Между промежутками вспышек и их отсутствием при этом типе свечения нет никакой временной зависимости. Такой вид сигнала характерен для большинства светляков, особенно в умеренных широтах. В условиях данного климата способность насекомых к излучению света сильно зависит от факторов внешней среды.
Х.А. Ллойд выделил также пятый вид свечения:
- Фликер
Этот вид светового сигнала представляет серию коротких вспышек (частотой от 5 до 30 Гц), появляющихся непосредственно друг за другом. Он встречается во всех подсемействах, а его наличие не зависит от места и среды обитания.
Коммуникативные системы светлячков
У лампирид выделяют 2 типа коммуникативных систем.
- В первой системе особь одного пола (чаще самка) испускает специфические призывные сигналы и привлекает представителя противоположного пола, для которого наличие собственных световых органов не является обязательным. Такой тип общения характерен для светляков родов Phengodes, Lampyris, Arachnocampa, Diplocadon, Dioptoma (Cantheroidae).
- В системе второго типа особи одного пола (чаще летающие самцы) испускают призывные сигналы, на которые нелетающие самки дают поло- и видоспецифические ответы. Такой способ общения свойственен многим видам из подсемейств Lampyrinae (род Photinus) и Photurinae, обитающих в Северной и Южной Америке.
Это деление не абсолютно, так как существуют виды с промежуточным типом коммуникации и с более совершенной диалоговой системой свечения (у европейских видов Luciola italica и Luciola mingrelica).
Синхронное вспыхивание светлячков
В тропиках многие виды жучков из семейства Lampyridae как бы светят совместно. Они одновременно зажигают свои «фонарики» и в одно время гасят их. Это явление учёные назвали синхронным вспыхиванием светляков. Процесс синхронного вспыхивания светлячков до конца ещё не изучен, и есть несколько версий касательно того, как насекомым удается светить одновременно. По одной из них, внутри группы жуков одного вида есть лидер, он и служит дирижёром этого «хора». А так как все представители знают частоту (время перерыва и время свечения), у них получается делать это очень дружно. Синхронно вспыхивают, в основном, самцы лампирид. Причем все исследователи склоняются к версии, что синхронизация сигналов светляков связана с половым поведением насекомых. За счёт увеличения плотности популяции у них повышается возможность найти партнёра для спаривания. Также ученые заметили, что синхронность света насекомых можно нарушать, если повесить рядом с ними лампу. Но с прекращением её работы процесс восстанавливается.
Первое упоминание об этом феномене относится к 1680 году – это описание, которое сделал Э. Кэмпфер после путешествия в Бангкок. В дальнейшем было сделано много заявлений о наблюдении этого явления в Техасе (США), Японии, Таиланде, Малайзии и горных районах Новой Гвинеи. Особенно много таких видов светляков обитает в Малайзии: там это явление местные жители называют «келип-келип». В США в национальном парке Элкомонт (Great Smoky Mountains) приезжающие наблюдают за синхронным свечением представителей вида Photinus carolinus.
Где обитают светлячки?
Светляки – это довольно распространённые, теплолюбивые насекомые, которые обитают во всех частях света:
- в Северной и Южной Америке;
- в Африке;
- в Австралии и Новой Зеландии;
- в Европе (в том числе и в Великобритании);
- в Азии (Малайзии, Китае, Индии, Японии, Индонезии и Филлипинах).
Большинство светляков встречается в Северном полушарии. Многие из них живут в теплых странах, то есть в тропических и субтропических областях нашей планеты. Некоторые разновидности водятся в умеренных широтах. В России обитают 20 видов светляков, которых можно встретить на всей территории, кроме севера: на Дальнем Востоке, в европейской части и в Сибири. Их можно обнаружить в лиственных лесах, на болотах, у рек и озёр, на полянах.
Светлячки не любят жить группами, они одиночки, но при этом часто образуют временные скопления. Большая часть светляков – ночные животные, но есть и такие, которые активны в светлое время суток. Днём насекомые отдыхают на траве, прячутся под корой, камнями или в иле, а ночью те, что способны летать, делают это плавно и быстро. В холодную погоду их можно часто заметить на поверхности земли.
Чем питаются светлячки?
И личинки, и взрослые особи чаще являются хищниками, хотя существуют светлячки, которые питаются нектаром и пыльцой цветов, а также гниющими растениями. Плотоядные жучки охотятся на других насекомых, на гусениц бабочек-совок, моллюсков, многоножек, дождевых червей и даже на своих собратьев. Некоторые самки, обитающие в тропиках (например, из рода Photuris), после спаривания подражают ритму свечения самцов другого вида, чтобы съесть их и получить питательные вещества для развития своего потомства.
Самки во взрослом состоянии питаются чаще самцов. Многие самцы вообще не едят и умирают после нескольких спариваний, хотя существуют и другие данные, согласно которым пищу употребляют все взрослые особи.
У личинки светляка на последнем сегменте брюшка имеется втяжная кисточка. Она нужна для того, чтобы счищать слизь, остающуюся на её маленькой голове после поедания и слизней. Все личинки светляков – активные хищники. В основном, они едят моллюсков и часто селятся в их твёрдых раковинах.
Размножение светлячков
Как и все жесткокрылые, светляки развиваются с полным превращением. Жизненный цикл этих насекомых состоит из 4 стадий:
- Яйцо (3-4 недели),
- Личинка, или нимфа (от 3 месяцев до 1,5 лет),
- Куколка (1-2 недели),
- Имаго, или взрослая особь (3-4 месяца).
Самки и самцы спариваются на земле или на низких растениях в течение 1-3 часов, после чего самка откладывает до 100 яиц в углубления почвы, в мусор, на нижнюю поверхность листьев или в мох. Яйца обыкновенных светляков похожи на перламутрово-желтую гальку, обмытую водой. Скорлупа у них тонкая, а «головная» сторона яиц содержит зародыш, который просматривается сквозь прозрачную плёнку.
Через 3-4 недели из яиц вылупляются наземные или водные личинки, которые являются прожорливыми хищниками. Туловище личинок темное, слегка уплощенное, с длинными бегательными ногами. У водных видов развиты боковые брюшные жабры Маленькая удлиненная или квадратная голова нимф с трехчлениковыми усиками сильно втянута в переднегрудь. По бокам головы располагается по 1 светлому глазу. Сильно склеротизированные жвалы (мандибулы) личинок имеют форму серпа, внутри которого находится сосательный канал. В отличие от взрослых насекомых, верхняя губа у нимф отсутствует.
Селятся личинки на поверхности почвы – под камнями, в лесной подстилке, в раковинах моллюсков. Нимфы некоторых видов светляков окукливаются этой же осенью, но в основном они переживают зиму и лишь по весне превращаются в куколок.
Окукливаются личинки в почве или подвесив себя на коре дерева, как это делают . Через 1-2 недели из куколок выползают жуки.
Общий жизненный цикл светляков длится 1-2 года.
Виды светлячков, фото и названия.
Всего энтомологи насчитывают около 2000 видов светлячков. Поговорим о самых известных из них.
- Обыкновенный светляк (он же большой светляк) (лат. Lampyris noctiluca) имеет народные названия иванов червячок или ивановский червячок. Появление насекомого связывали с праздником Ивана Купалы, ведь именно с приходом лета у светляков начинается брачный период. Отсюда и появилось народное прозвище, которое дали самке, очень похожей на червячка.
Большой светляк – это жук с характерным для светлячков внешним видом. Размер самцов достигает 11-15 мм, самок – 11-18 мм. У насекомого плоское ворсинистое тельце и все остальные признаки семейства и отряда. Самец и самка данного вида сильно отличаются друг от друга. Самка похожа на личинку и ведёт малоподвижный напочвенный образ жизни. Оба представителя пола обладают способностью к биолюминесценции. Но у самки это выражено намного сильнее, в сумерках она испускает довольно яркое свечение. Самец же хорошо летает, но светится очень слабо, почти незаметно для наблюдателей. Очевидно именно самка подаёт сигнал партнёру.
- – обычный обитатель рисовых полей Японии. Живёт только в мокром иле или прямо в воде. Охотится ночью на моллюсков, в том числе на промежуточных хозяев червей-сосальщиков. Во время охоты он сияет очень ярко, излучая голубой свет.
- обитает на территории Северной Америки. Самцы из рода Photinus светятся только на взлёте и летают по зигзагообразной траектории, а самки используют подражательную иллюминацию для поедания самцов других видов. Из представителей данного рода американские учёные выделяют фермент люциферазу, чтобы использовать её в биологической практике. Обычный восточный светлячок является самым распространённым в Северной Америке.
Это ночной жук, имеющий темно-коричневое тело длиной 11-14 мм. Благодаря яркому свету он хорошо виден на поверхности почвы. Самки этого вида похожи на червячков. Личинки огненного фотинуса живут от 1 до 2 лет и прячутся во влажных местах – рядом с ручьями, под корой и на земле. Зиму они проводят, зарывшись в грунт.
И взрослые насекомые, и их личинки являются хищниками, поедают червей и улиток.
- живет только в Канаде и США. Взрослый жук достигает размера в 2 см. У него плоское тело чёрного цвета, красные глаза и жёлтые подкрылья. На последних сегментах его брюшка расположены фотогенные клетки.
Личинку этого насекомого прозвали «светящимся червяком» за её способность к биолюминесценции. Червеподобные самки этого вида тоже обладают способностью к световой мимикрии, они имитируют сигналы вида светляков Photinus, чтобы схватить и съесть их самцов.
- Cyphonocerus ruficollis – самый примитивный и малоизученный вид светляков. Обитает он в Северной Америке и Евразии. В России насекомое встречается в Приморье, где самки и самцы активно светятся в августе. Жук внесён в Красную книгу России.
- Рыжий светлячок (светлячок пироцелия) (лат. Pyrocaelia rufa) – редкий и малоизученный вид, обитающий на Дальнем Востоке России. Его длина может достигать 15 мм. Рыжим светляком его называют потому, что его щиток и округлая переднеспинка имеют оранжевый оттенок. Надкрылья жука тёмно-коричневые, усики пиловидные и небольшие.
Личиночная стадия этого насекомого продолжается 2 года. Найти личинку можно в траве, под камнями или в лесной подстилке. Взрослые самцы летают и светятся.
- – маленький чёрный жук с оранжевой головой и пиловидными усиками (сяжками). Самки этого вида летают и светятся, самцы же теряют способность излучать свет после превращения во взрослое насекомое.
Обитают жуки светляки пихты в лесах Северной Америки.
- – обитатель центра Европы. На переднеспинке жука-самца есть чёткие прозрачные пятна, а вся остальная часть его тела окрашена в светло-коричневый цвет. Длина тела насекомого варьирует от 10 до 15 мм.
Особенно ярко светятся в полёте самцы. Самки червеобразны и также способны излучать яркий свет. Органы светопроизводства расположены у среднеевропейских червей не только на конце брюшка, но и во втором сегменте груди. Личинки этого вида также могут светиться. Они имеют черное ворсинистое тельце с желто-розовыми точками по бокам.
Привет, мои любители природы! Приходилось ли вам когда-нибудь в траве в тёмное время суток наблюдать малюсенькие жёлто-зелёные огонёчки? Нет? Ну, тогда уж точно читали у Драгунского «Он живой и светится»! Поняли, про кого я? Совершенно верно, про светлячков!
В нашем далёком детстве мы ловили их и прятали в коробочках из-под спичек, а придя домой, запирались в ванной и, отодвинув крышку, в темноте наблюдали, как малюсенький жучок горит, словно волшебный фонарик.
Для детей всегда было любопытно, а почему светятся светлячки, зачем они нам подмигивают и как долго они готовы дарить свой свет? Потому сегодня предлагаю вам разобраться, как работает этот живой фонарик.
План урока:
Как устроен светлячок?
Начнём с того, что светляк, нами в простонародье ласково прозванный светлячком, — это жук из класса насекомых. Ведёт он ночной образ жизни, днём он отсыпается в траве и «выходит в свет» в тёмное время суток. Сегодня светлячковое семейство насчитывает порядка 2 тысяч видов, из которых в нашей стране есть лишь 15. Наибольшее их разнообразие проживает в тропических и субтропических странах.
У большинства жуков органом свечения является один светящийся орган, что находится на кончике его брюшка.
Состоит он из трёх слоёв:
- первый, нижний, подобно зеркалу отражает свет,
- третий, верхний, пропускает свечение, так как он прозрачный,
- второй, средний, — самый интересный, потому как именно в нём происходит магическое волшебство, там сидят фотогенные клетки, «включающие» свет.
У некоторых видов вместо одного много таких излучающих свет органов, распределены они по всему телу.
В производстве светляками света кроется химическая реакция, в которой участвуют:
- устойчивое к нагреванию вещество под названием люциферин,
- ускоряющее процесс реакции вещество под названием люцефераза,
- и кислота со сложным названием аденозитрифосфорная.
Как они договариваются между собой, чтобы светлячок включил свой фонарик? Люциферин окисляется той самой кислотой с трудным названием под воздействием кислорода и при участии люциферазы запускает процесс свечения. Не запутались?
Люциферин + кислота АТФ + кислород + люцифераза = фонарик.
Что интересно, у светлячков нет лёгких, а кислород, так необходимый для окисления, они берут через трубочки – трахеи. При помощи подачи кислорода насекомые и могут регулировать своё свечение. Открыл кислородопроводник – светишься, перекрыл кислород – затух.
От чего именно зависит излучаемый жуками свет? За оттенок отвечает фермент люцифераза, который у разных видов светлячков разный. Помимо него на цветовой спектр влияют температурный режим и щелочная среда. Потому-то в одной стороне нашей планеты светляки светятся одним цветом, а в другой – совершенно отличной.
Это интересно! Светятся не только взрослые насекомые. У светлячкового семейства фонарик включается ещё до рождения – на стадии яйца, личинки и куколки.
Они такие романтики
Зачем и для кого светлячки горят в темноте? Ведь наверняка не для нас, блуждающих в потемках.
Оказывается, эти романтические по природе натуры таким образом «поют» своим дамам любовные серенады и приглашают на свидание, а свечение у жуков является ничем иным, как средством общения, своеобразным маяком для противоположного пола.
При помощи подмигивания они могут предлагать встретиться, «кивнуть» светомузыкой в ответ и дать согласие, отказаться от «чашечки кофе» и прекратить блистать, а могут рассердиться и ярким светом обозначить выход и «показать на дверь».
Помимо романтического общения между «мальчиками» и «девочками» свет для жуков является средством предупреждения своих сородичей об опасности.
Это интересно! Тропические светляки обычно больших размеров. А вообще к слову, эти насекомые могут быть от 4 миллиметров до 2 сантиметров длиной. Так вот, южные фонарики могут настолько ярко светиться, что многие жители тропических стран раньше освещали при помощи этих насекомых свои дома. Как? Да очень просто: садили их в лампады, а те и рады стараться, включались на полную!
Как светлячки умеют подмигивать?
Каждый вид этого семейства подмигивает по-своему, своим определённым светом. Правда, есть и такие жуки, у которых «мальчики» могут моргать не так, как это делают «девочки». Учёные изучили много представителей светляков и объединили их сигнальную азбуку в 4 основных типа. Итак, светлячки могут зажигаться:
- непрерывным свечением, то есть постоянно и ярко,
- прерывающимся свечением, когда сначала жук долго ярко «горит», потом насыщенность излучения меняется и полностью прекращается, затем насекомое снова загорается,
- путём пульсаций, при которых свет вспыхивает с определённым интервалом времени,
- посредством вспышек, которые возникают у жука беспорядочно в зависимости от внешних факторов.
При этом энергия светлячков превращается в свет на все 87-98 процентов. Если сравнить, то лампа накаливания только 5% своей энергии преобразует в видимый нами свет!
Ещё светлячки умеют регулировать своё свечение, делая его ярче и тускнее, прерывая и снова возобновляя. Есть такие тропические артисты, которые балуют местных жителей хоровыми выступлениями, зажигаясь все вместе одновременно, словно флешмоб.
Это интересно! Особо смелые дамы, жившие в давние времена в Южной Америке, украшали свой вечерний наряд при помощи живого бриллианта – крупного тропического светляка, который в темноте сверкал как драгоценный камень.
Ну как, разобрались с устройством живого фонарика? Будете в тёмное время в лесу или поле, обратите внимание, может рядом с вами окажется тот, что живой и светится!
А сейчас нереально красивое видео! Буквально, чудо природы! Пещера светлячков, правда это не наши светляки, а новозеландские. Но очень, ОООООчень красиво)
Вообще, в природе много всего интересного и прекрасного:
- почитайте, например, про морских медуз ;
- или про самых необычных животных мира ;
- и даже про самых ядовитых .
Не забудьте добавиться в нашу группу «ВКонтакте» и подписаться на новости блога.
Нескучной вам учебы)
"Он с важностью водрузил мерцающую и подмигивающую банку на ночной столик, взял карандаш и стал усердно писать что-то в своем блокноте.
Светлячки горели, умирали, снова горели и снова умирали, в глазах мальчика вспыхивали и гасли три десятка переменчивых зеленых огоньков, а он все писал — десять минут, двадцать, черкал, исправлял строчку за строчкой, записывал и вновь переписывал сведения, которые так жадно, второпях копил все лето.
Том лежал и как завороженный не сводил глаз с крохотного живого костра, что вздрагивал, полыхал и замирал в банке, и наконец так и уснул, опершись на локоть, а Дуглас все писал и писал..."
Мой интерес к светлячкам возник внезапно и был вызван именно этим абзацем после недавнего прочтения замечательной книги Рэя Бредребри "Вино из одуванчиков".
Мне стало любопытно, а действительно ли светлячки могут светиться в банке
так долго? Да и почему вообще они светятся?
Перечитав много разной информации об этом на разных сайтах, я собрала все наиболее интересное, на мой взгляд, в своем посте, чем с вами и делюсь!
************************************************
Летом, по вечерам, когда уже стемнеет, в поле, словно маленькие молнии, мелькают светлячки. Каждый в детстве собирал этих уникальных насекомых в банку и любовался тем, как они светятся. И, конечно, задавался вопросом, а почему они светятся?
Всего известно около 2000 видов светлячков и каждый из них обладает способностью излучать фосфорецирующий свет. Чаще всего орган свечения этих жуков — фотофор — располагается на конце брюшка.
Фотофор состоит из 3-х слоев. Нижний слой, зеркальный, способен отражать свет. Верхний — представляет собой светопрозрачную кутикулу. В среднем слое находятся фотогенные клетки, вырабатывающие свет. Как видно, по своему устройству фотофор напоминает обычный фонарик.
Подобный вид свечения называется биолюминисценцией, которая возникает в результате соединения внутриклеточного кислорода с кальцием, молекулой аденозинтрифосфата (АТФ) и пигментом люциферином в присутствии фермента лоюциферазы.
Свет, излучаемый светлячками — холодный. В отличие от обычной электрической лампы, где основная часть энергии переходит в бесполезное тепло, а КПД составляет 5% — 10 %, светлячки переводят в световое излучение 87% — 98% затраченной энергии.
Свечение этих насекомых относится к видимой желто-зеленой части спектра, соответствующей длинам волн от 500 до 600 нм.
Многие виды светлячков в состоянии по своему желанию уменьшать и увеличивать интенсивность свечения или излучать прерывистый свет. Когда нервная система жука подает сигнал о «включении» света, в фотофор начинает интенсивно поступать кислород, а для «выключения» достаточно прекратить подачу.
У насекомых нет легких, а кислород передается посредством специальных трубочек — трахеол. Запас кислорода находится в митохондриях. Для быстрого выделения необходимого количества кислорода, организм светлячка вырабатывает окись азота, которая, поступая в митохондрии, вытесняет из них кислород.
Биолюминисценция для светлячков является средством межполового общения. Насекомые не только сигнализируют о своем местоположении, но и отличают своего партнера по особой частоте мерцания. Тропические и североамериканские виды светлячков иногда исполняют целые хоровые серенады для своих партнерш, одновременно вспыхивая и затухая всей стайкой. Стайка самок отвечает им такой же светомузыкой.
Конечно, интересно, зачем природа наделила светляков такой интересной особенностью. Ведь свечение не помогает им в поисках пищи, не отпугивает собак и больших кошек. Большинство ученых склоняется к предположению, что таким своеобразным образом жуки привлекают особей противоположного пола для спаривания. Поскольку разные виды светлячков светят по-разному, мерцают с разной периодичностью, это позволяет им быть уверенными, что спаривание внутривидовое.
Некоторые экзотические виды светляков способны синхронно излучать свет. Так, например, в Таиланде можно наблюдать такую картину - светляки собираются на одном дереве в большом количестве. Сначала каждое насекомое испускает вспышки света в своем определенном ритме. Но спустя некоторое время пара жуков начинает мигать синхронно, а затем и остальные присоединяются к их ритму. В результате дерево выглядит как новогодняя елка, мигающая ежесекундно, словно украшенная гирляндами огней.
Ученым даже удалось выделить ген, отвечающий за свечение. Он был успешно транспортирован в растения, в результате получились целые светящиеся по ночам плантации.
Свет, испускаемый многими тропическими видами светлячков, очень яркий. Первые европейцы, поселившиеся в Бразилии, при отсутствии свечей освещали свои дома светлячками. Ими же наполняли лампады перед иконами. Индейцы, путешествуя ночью через джунгли, до сих пор привязывают к большим пальцам на ногах крупных светлячков. Их свет не только помогает видеть дорогу, но и, возможно, отпугивает змей.
Энтомолог Эвелин Чисман в 1932 г. писала, что некоторые эксцентричные дамы Южной Америки и Вест-Индии, где водятся особенно крупные светлячки, перед вечерними праздниками украшали этими насекомыми свои прическу и платье, и живые украшения на них сверкали подобно бриллиантам.
Британские генетики из университета Хартфордшира (University of Hertfordshire) придумали, как с помощью генной инженерии заставить ёлочные иголки излучать собственный свет. Для этого они собираются пересадить ели два гена, взятые у медуз и светлячков. Один из них отвечает за производство зелёного флуоресцентного белка, а второй вырабатывает фермент люциферазу.
Молодой побег планируется заразить безобидной бактерией, которая несёт необходимые гены и встраивает их в ДНК дерева. Затем с помощью химического вещества люцеферина, включённого в состав удобрений, будет активирован фермент, который в свою очередь «включит» светящийся белок. В итоге модифицированная хвоя будет светиться как в темноте, так и при дневном освещении.
Какой бы фантастической не казалась эта идея, при её разработке учёные опирались на предыдущие успешные научные работы. Ранее подобным путём были созданы светящийся в темноте шёлк, картофель и даже мыши и поросята.
Светящийся шелк
Свиньи с генами светящейся медузы
Единственной проблемой, которую видят авторы проекта, является цена удивительной ёлки. По их подсчётам такое дерево будет стоить около $320 и окажется по карману далеко не всем. Однако они полагают, что такой необычный товар в любом случае будет пользоваться спросом.
Идея имеет потенциал для развития. Ведь не так давно в природе были открыты синий и красный флуоресцентные белки. Так что в будущем можно создать рождественские и новогодние деревья, которые будут излучать разноцветное свечение.
А эта фотография похожа на звездное небо, правда?!
Пещеры Вайтомо (Waitomo Caves) - одноименная деревня и знаменитые карстовые пещеры, являющиеся главной достопримечательностью юга Области Вайкато (Waikato), на Северном острове Новой Зеландии, в 12 километрах к северо-западу от городка Те Куити (Te Kuiti).
Это пещера Glowworm, Новая Зеландия. Она заселена удивительными существами — Arachnocampa Luminosa. Это светлячки, которых можно встретить только в Новой Зеландии. Их зелёно-голубое свечение делает свод пещеры похожим на звёздное небо в морозную ночь.
Именно так выглядят потолки пещеры с личинками светлячков Arachnocampa luminosa, которые, по утверждению учёных, светятся преимущественно от голода. Причём чем острее голод — тем ярче свечение.