Живі літаючі ліхтарі: як світлячки опанували майстерність відлякувати хижаків світлом

У різних частинах світу літні ночі часто прикрашені мерехтливим світлом світлячків. Ці жуки, що належать до сімейства Lampyridae, мають біолюмінесценцію — явище, за якого живі організми виробляють власне світло. Ця дивовижна здатність притаманна не тільки світлячкам: вона також трапляється у деяких тварин, бактерій і грибів, багато з яких мешкають у печерах або океанах, позбавлених природних джерел світла. Однак здатність світлячків виділяти світло досить унікальна і добре вивчена наукою, пише Live Science.

У Фокус.Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найцікавіші новини зі світу науки!

Незвичайне і яскраве світло світлячків є результатом хімічної реакції за участю люциферину. За словами Тімоті Феллона, біохіміка-генетика з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго, люциферин піддається окисленню, втрачаючи електрони в присутності аденозинтрифосфату (АТФ) і магнію, чому сприяє фермент люцифераза. Люциферин — це молекула природного походження, що зустрічається в біолюмінесцентних організмах і відповідає за їхню світловипромінювальну здатність. Цікавим аспектом люциферину є його потенційне застосування в медичних дослідженнях, де його використовують як маркер для відстеження експресії генів і клітинних процесів у режимі реального часу, що дає змогу отримати цінні відомості про різноманітні біологічні функції та механізми захворювань. Світлячки ж мають спеціалізовані світлові органи в черевці, де і відбуваються ці реакції, чому сприяє шар кристалізованої сечової кислоти, описаної в дослідженні, опублікованому в журналі PLOS ONE, який посилює яскравість світла.

Цікаво, що подібна система біолюмінесценції незалежно еволюціонувала в різних групах тварин, які виробляють світло, зокрема в іншому сімействі жуків під назвою Sinopyrophoridae. Наукове розуміння біолюмінесценції почало формуватися лише кілька століть тому, а перші відкриття засвідчили, що для виробництва такого світла необхідний кисень. Здатність світлячків випромінювати світло проявляється на ранніх етапах їхнього життєвого циклу: навіть лялечки та яйця здатні світитися, можливо, як попередження хижаків завдяки токсичним хімічним речовинам, які називаються люцибуфагінами.

Світло світлячків контролюється надходженням кисню в їхні світлопродукуючі клітини, багаті на люциферин, люциферазу і мітохондрії, які виробляють АТФ, необхідний для хімічної реакції. Ця здатність вмикати та вимикати світло має вирішальне значення для шлюбних ритуалів комах: різні види використовують унікальні світлові схеми для приваблення партнерів. Як зазначає Лінн Фауст, незалежна дослідниця світлячків, біолюмінесценція слугує "любовною піснею Морзе на світлі", що вкрай важливо для короткої тривалості життя цих жуків.

Незважаючи на значний прогрес у розумінні біолюмінесценції світлячків, багато видів залишаються незадокументованими, особливо в Азії та Африці. Дослідники продовжують вивчати генетичні механізми, що лежать в основі цього світіння. Серед значущих відкриттів — ідентифікація гена люциферази 1985 року та пізніші знахідки 2024 року, що стосуються додаткових генів у водного світлячка Aquatica leii, опубліковані в журналі Nature Communications. Ці гени можуть сприяти розташуванню ліхтаря в черевці та регулювати виробництво світла.

Крім біохімічної особливості, світлячки стикаються з проблемою скорочення популяцій через світлове забруднення, втрату середовища проживання і зміни клімату. Збереження цих комах вимагає глибшого розуміння їхньої природної поведінки та екологічних потреб, а це завдання залишається складним через обмеженість знань про їхні життєві цикли та нюанси, властиві цим дивовижним створінням.

Раніше Фокус писав про прорив у захисті медоносних бджіл. США вперше схвалили вакцину від смертельної хвороби цих комах.

Також Фокус писав про те, наскільки правдиві переконання про масове вимирання бджіл на Землі. Вчені розповіли про масштаби скорочення популяції бджіл, наслідки цього для людини та альтернативні способи запилення.