Когда древние люди видели таинственные мигающие огни над полем, они иногда приписывали этот свет драконам, богам или демонам. Отчеты в ранних религиозных сочинениях из Китая и Индии содержат самое раннее зарегистрированное открытие истинного источника света. Свечение исходило не от божеств или монстров, а от обычных смертных насекомых - светлячков.
Греческие и римские ученые провели первые тщательные исследования светлячков (которые на самом деле семейство жуков, известных как Lampyridae) и других «светящихся организмов». Аристотель описал почти 200 морских видов со странной способностью светиться.
Спустя столетия феномен биолюминесценции (от греческого bios («живой») и латинского просвета («light»)) был довольно хорошо известен, но все еще плохо изучен. В то время как Шекспир упомянул «эффективный огонь светящегося червя» в Гамлете, английские исследователи упустили свой шанс приземлиться на плохо защищенной испанской Кубе, приняв светлячков за испанские костры и решив, что они будут в меньшинстве.
В 1887 году французский фармаколог Рафаэль Дюбуа совершил гигантский скачок в выяснении секретов биолюминесценции.
Во время одного из своих экспериментов он взял ткани у биолюминесцентного моллюска, называемого обыкновенным пиддоком, и размолол их. Он обнаружил, что если положить наземные ткани в холодную воду, они светились в течение нескольких минут. Он извлек светотворящие вещества животного происхождения. Когда он положил молотые ткани в горячую воду, света не было, но добавление горячей воды в холодную воду заставило свет снова включиться. Он назвал экстракт горячей воды люциферином (от Lucifer, в переводе с латыни «утренняя звезда») и экстракт холодной воды люциферазу.
Американский биолог Эдмунд Ньютон Харви продолжил путь, который придумал Дюбуа, и провел большую часть своей карьеры в поисках люциферина и люциферазы почти в каждом светящемся организме, который он мог найти. Он обнаружил, что люциферины и люциферазы от разных животных не являются взаимозаменяемыми; и предположил, что это потому, что биолюминесценция и ее системы эволюционировали, чтобы соответствовать различным потребностям различных видов.
Вы освещаете мою жизнь: как и почему биолюминесценция работает у светлячков.
Группа меток фермента люциферазы и молекулы люциферина - ключ к включению светлячка. Чтобы сделать свет, люциферин соединяется с аденозинтрифосфатом (АТФ), высокоэнергетической молекулой, которая питает клетки, с образованием люцифериладенилата и пирофосфата. Эти соединения связываются с поверхностью люциферазы. Люциферил аденилат затем соединяется с кислородом, образуя молекулы оксилюциферина и аденозинмонофосфата (АМФ). Быстрая потеря энергии от возбужденного оксилюциферина приводит к тому, что он испускает видимый свет.
Длина волны этого света составляет от 510 до 670 нанометров, что делает его похожим на бледно-желтый или оранжево-зеленый цвет для нас. В области тела, где происходит светообразование, называемое фотическим органом или фонарем, есть кристаллы мочевой кислоты, которые помогают отражать свет вдали от живота.
Как светлячки контролируют свое свечение, до сих пор остается загадкой. Есть несколько конкурирующих гипотез, которые указывают на потребление кислорода, сообщения от мозга и другие методы управления фонарем. Однако светлячки включают и выключают свет, ученые знают, для чего нужен свет: любовь и война.
Для личинок светлячка биолюминесценция является защитой от хищников. Большинство личинок светлячка производят химические вещества внутри своего тела, которые токсичны или, по крайней мере, имеют ужасный вкус. Их жар предупреждает хищников, что они не будут приятной едой, и что попытка съесть их не принесет никакой пользы.
Биологи считают, что взрослые светлячки также использовали свое свечение для защиты, но в конечном итоге оно превратилось в инструмент для выбора партнера и общения. В определенное время ночи, когда они активны, самцы светлячков начинают мигать светом, характерным для их видов. Самки того же вида будут наблюдать, и если сверкающий самец поймает взгляд самки, она ответит тем же рисунком с небольшой задержкой. Внезапный диалог происходит, когда самец находит свою самку согласной и летит к ней, чтобы начать спаривание. Известно, что светлячки женского пола любят определенные характеристики вспышки, такие как более длительная вспышка и большие фонари, и будут преимущественно реагировать и спариваться с самцами, которые имеют более привлекательное свечение.
Самцы, ищущие партнера, проходят тонкую грань между сексом и смертью каждый раз, когда вспыхивают своим светом. Самки североамериканского рода Photuris выяснили, как превратить влюблённых самцов в легкую еду. Они разработали способность копировать сопряженный флэш-код, используемый родом Photinus. Самки Photuris будут возвращать взломанный код в ответ самцам, и когда бедные самцы ищут любовниц, они идут на ужин, который не заканчивается хорошо.
Photuris не только получают еду, но и получают страховой полис от того, чтобы их съели. Светлячки Photinus имеют естественную защиту от хищников в виде стероидных химикатов, называемых lucibufagins, которых не хватает у светлячков Photuris. Когда самка Фотуриса сьедает самца Фотинуса, токсины попадают в ее кровь. Теперь она получила защиту от голодных хищников и может даже передавать защитные химические вещества потомству.