Jonvabaliai švyti ryškiai geltonai, kalmarai – mėlynai, o grybai – žaliai. Skleisti šviesą gali įvairiausi organizmai. Jiems šviesa nėra tik puošmena – ji gali būti gyvybės ir mirties klausimas. Naujausi tyrimai rodo, kad bioliuminescencija atsirado daug anksčiau, nei manyta iki šiol.
Jūros gelmėse, tūkstančiai metrų po vandeniu, mirga melsvos šviesos rūkas. Jis sklinda iš vandenyno dugno, kuriame esančios senovinių organizmų kolonijos sukuria stebuklingą atmosferą. Šis reiškinys vadinamas bioliuminescencija. Tyrinėdami jūros gelmes mokslininkai siekia atskleisti šios mistiškos šviesos paslaptis.
Vykstant evoliucijai įvairūs organizmai nesuskaičiuojamą daugybę kartų savarankiškai išsivystė gebėjimą skleisti šviesą. Neseniai JAV tyrėjų komandai pavyko nustatyti, kas ėmė švytėti pirmasis.
Pirmasis švytintis organizmas atsirado prieš daugiau nei 500 mln. metų. Šis ypatingas Žemės istorijos momentas padėjo mokslininkams suprasti, kodėl gyvūnams apskritai reikėjo įjungti šviesą.
Švytinti gyvūnų karalystė
Gebėjimą švytėti turi daugybė rūšių, pavyzdžiui: grybai, vabzdžiai, moliuskai, vėžiagyviai ir žuvys. Gyvūnų karalystėje bioliuminescencija aptinkama daugiau kaip 900 genčių, iš jų 80 % yra jūrinės, gyvenančios pačiose jūrų gelmėse.
17 metų trukęs tyrimas šį vandenyno šviesų šou įamžino net 3 900 m gylyje. Analizuojant filmuotą medžiagą paaiškėjo, kad daugiau kaip 75 % stebėtų gyvūnų gali švytėti. Šviesą jie naudoja medžioklės, maskuotės, poravimosi ir kitais tikslais.
Bioliuminescencija ypač būdinga daugiašerėms žieduotosioms kirmėlėms ir įvairių rūšių medūzoms.
Šviesą skleidžiantys švytėjimo organai veikia dviem skirtingais būdais. Šviesą generuoti gali tam tikros ląstelės arba organuose esančios bakterijos. Dažniausiai pasitelkiama biocheminė sistema, apimanti liuciferino molekulę ir liuciferazės fermentą. Kai liuciferino molekulė gauna deguonies iš liuciferazės fermento, suaktyvinami signalai, priverčiantys švytėjimo organą spinduliuoti.
Liuciferazė ir liuciferinas gali būti skirtingų tipų, todėl gyvūnai švyti skirtingomis spalvomis. Jos priklauso nuo gyvenamosios aplinkos. Sausumos organizmai, pavyzdžiui, jonvabaliai, paprastai skleidžia žalią arba gelsvą šviesą. Jūros gelmėse gyvūnai daugiausia švyti mėlynai, o kelios rūšys skleidžia raudoną šviesą.
Švytinčių organizmų gausa ir spalvų įvairovė rodo, jog gebėjimas švytėti turi praktinės naudos. Remiantis 2020 m. atliktu tyrimu, gyvybės istorijoje jis atsirado mažiausiai 94 kartus labai skirtinguose organizmuose. Vadinasi, šviesa gyvūnams suteikia išgyventi būtinų gebėjimų.
Kol kas seniausi bioliuminescencijos įrodymai gyvūnų karalystėje yra mažyčiai vėžiagyviai, egzistavę prieš 276 mln. metų, tačiau nauji tyrimai rodo, kad šviesa buvo įjungta daug anksčiau.
Gyvybė ėmė švytėti anksčiau, nei manyta
2024 m. JAV mokslininkų grupė, vadovaujama Danielle M. DeLeo iš Smithsono instituto Vašingtone, atliko eksperimentą su aštuoniaspinduliais koraliniais polipais. Jie gyvena kolonijomis, o kai kurios rūšys palietus ima švytėti melsva spalva.
Atrodo, kad bioliuminescencija buvo itin svarbi šių koralinių polipų evoliucijai, tačiau nebuvo tiksliai žinoma, kam jie naudoja šviesą ir kada pradėjo tai daryti.
Remdamiesi 185 švytinčių ir nešvytinčių koralinių polipų rūšių genetiniais duomenimis ir fosilijų analize, JAV mokslininkai sudarė koralinių polipų giminės medį. Jis leido apytiksliai nustatyti, kada skirtingos gentys išsiskyrė ir suformavo genealoginio medžio šakas.
Tada tyrėjai patikrino, kurios šiuolaikinės rūšys geba švytėti. Tai jie darė tiesiog pincetu baksnodami įvairių rūšių koralinius polipus.
Gautus rezultatus mokslininkai palygino su genealoginio medžio informacija ir padarė išvadą, kad bioliuminescencija atsirado iš bendro visų švytinčių koralinių polipų protėvio prieš 540 mln. metų. Tai beveik dvigubai anksčiau, nei buvo manyta iki šiol. Vadinasi, šis protėvis gyveno vienoje svarbiausių planetos istorijos epochų.
Šviesa užkirto kelią apsinuodijimui
Koralinių polipų bioliuminescencijos atsiradimas sutampa su kambro sprogimo pradžia. Šiuo laikotarpiu gyvūnų įvairovė labai staigiai padidėjo, o įvairių rūšių gyvūnams išsivystė akys.
Vis dėlto tyrėjai nemano, kad pirminis bioliuminescencijos tikslas buvo vizualinė komunikacija. Jie įtaria, kad šviesa yra šalutinis detoksikacijos proceso produktas. Detoksikacija buvo gyvybiškai būtina per kambro sprogimą.
Vienas pagrindinių veiksnių, lėmusių įspūdingą to meto biologinę įvairovę, buvo didėjantis deguonies kiekis. Deguonies konversija yra labai svarbi energijos gamybai ląstelėse, tačiau jai vykstant gali susidaryti ir toksiškų deguonies junginių, vadinamų reaktyviosiomis deguonies formomis. Didelis kiekis reaktyviųjų deguonies formų gali būti pražūtingas ląstelėms, nes naikina membranas, DNR ir baltymus.
Deguonis yra dalis cheminės reakcijos, kurios metu biologiniuose organizmuose susidaro šviesa. Mokslininkai spėja, kad bioliuminescencija galėjo atsirasti kaip būdas apdoroti vandenynuose didėjantį kiekį deguonies. Taigi, gyvūnų ląstelėse ne susidarė toksiškos reaktyviosios deguonies formos junginiai, o deguonies perteklius buvo panaudotas reakcijoje su liuciferino molekulėmis.
Vėliau gebėjimas švytėti tapo naudingas ne tik kaip apsauga nuo didesnio deguonies kiekio. Šviesa tapo nauja bendravimo forma, naudojama plėšrūnams apgauti, grobiui privilioti ar su kitais gyvūnais bendrauti.
Bioluminescencija tikriausiai taip pat padėjo gyvūnams užkariauti jūros gelmes. Per kambro sprogimą dauguma gyvūnų gyveno ne didesniame kaip 200 m gylyje, tačiau koraliniams polipams išvysčius bioliuminescencijos gebėjimą jie ir kiti gyvūnai galėjo apsigyventi daug giliau.
Šviesa suteikia vilties
Tyrimą atlikę mokslininkai nustatė, jog pirmieji organizmai šviesą pradėjo skleisti per kambro sprogimą, tačiau daug paslapčių dar lieka neįmintų, todėl koralinių polipų tyrimai tęsiami. Atlikus genetinius gyvų rūšių tyrimus, bus nustatyta, ar ypatingos aplinkos ir ekosistemos sąlygos turėjo įtakos gebėjimui švytėti.
Gebėjimas švytėti vandenyne yra labai paplitęs, todėl tolesni tyrimai padės apskritai geriau suprasti jūros gelmes. Tai gali būti svarbu būsimoms gamtos apsaugos iniciatyvoms, kuriomis siekiama išsaugoti senąsias ekosistemas ir atlaikyti tokias grėsmes kaip tarša ir klimato kaita.
Mokslininkai apskaičiavo, kad 200–3 000 m gylyje gyvenančioms bioliuminescencinėms būtybėms kyla grėsmė dėl žmogaus veiklos sukelto vandenynų rūgštėjimo ir deguonies išsekimo. Būtų tikra tragedija, jei daugiau nei 0,5 mlrd. metų vandenyno gelmėse linksmai mirksinčios švieselės staiga užgestų.
Comments are closed.