Как устроены «живые фонарики»? Или почему светятся светлячки. Почему светятся светлячки

Каждая из этих клеток имеет свое собственное вещество, которое является топливом, называемым люциферином. Вся эта сложная система светлячка работает с помощью дыхания насекомого. Когда вы вдыхаете, воздух проходит через трахею в световой орган.

Как устроены «живые фонарики»? Или почему светятся светлячки?

Привет, мои любители природы! Вы когда-нибудь видели маленькие зеленовато-желтые огоньки в траве ночью? Нет? Ну, тогда наверняка читали Драгунского «Живо и сияет»! Вы понимаете, о ком я говорю? Правильно, светлячки!

В далеком детстве мы ловили их и прятали в спичечных коробках, а придя домой, запирались в ванной и, приподняв крышку, смотрели в темноте, как жучок горит, как волшебный фонарь.

Детям всегда было интересно, почему светлячки светятся, почему они нам подмигивают и как долго они готовы дать свой свет. Поэтому сегодня предлагаю вам узнать, как работает этот живой фонарик.

Как устроен светлячок?

Начнем с того, что светлячок, ласково прозванный нами в простонародье светлячком, является жуком из класса насекомых. Ведет ночной образ жизни, днем ​​спит на траве и «выходит» в темноте. Сегодня семейство светлячков насчитывает около 2000 видов, из которых в нашей стране всего 15. Наибольшее его разнообразие обитает в тропических и субтропических странах.

У большинства жуков светящийся орган представляет собой светящийся орган, который расположен на кончике их брюшка.

• первая, нижняя, отражает свет как зеркало,
• третий, верхний, пропускает блики, так как он прозрачный,
• вторая, средняя, ​​самая интересная, потому что именно в ней происходит волшебство, там сидят фотогеничные клетки, «включающие» свет.

У некоторых видов вместо одного этих светоизлучающих органов много, они распределены по всему телу.

Производство света светлячками включает химическую реакцию, включающую:

• термостойкое вещество под названием люциферин,
• вещество, ускоряющее процесс реакции, называемое люциферазой,
• и кислота с комплексным названием аденозитрифосфорная.

Как они фиксируют друг друга, чтобы светлячок включил свой фонарик? Люциферин окисляется одноименной кислотой со сложным названием под действием кислорода, а при участии люциферазы начинается процесс осветления. Вы не запутались?

Люциферин + кислая АТФ + кислород + люцифераза = фонарик.

Интересно, что светлячки не имеют легких и берут кислород, столь необходимый для окисления, через трубки — трахеи. С помощью подачи кислорода насекомые могут регулировать свою яркость. Открыл кислородный канал, светится, перекрыл кислород, выключился.

Что именно определяет свет, излучаемый жуками? За тонус, который у разных видов светлячков разный, отвечает фермент люцифераза. Также на цветовой спектр влияет температурный режим и щелочная среда. Именно поэтому на одной стороне нашей планеты светлячки светятся одним цветом, а на другой совсем другим.

Это интересно! Ими светятся не только взрослые насекомые. В семействе светлячков фонарик включается еще до рождения, на стадии яйца, личинки и куколки.

Светлячки общаются своим свечением. Удивительно, но люминесцентные сигналы позволяют жукам отображать весь спектр своих эмоций. Они могут выражать желание или отказ от спаривания, предупреждать сородичей об опасности, использовать свет для охоты или защиты.

Почему светляки светятся

Почему светлячки светятся, зачем это нужно? Дело в том, что биолюминесценцию можно и нужно отнести к способу общения полов, очень романтичному и красивому. Самцы североамериканских и тропических видов, например, устраивают перед свадьбой настоящий флешмоб. Жуки сидят на дереве и беспорядочно моргают в сумерках. Через некоторое время они подхватывают единый ритм, синхронизируясь на одном осветительном приборе, и елка словно украшается живой гирляндой.

Самки светлячков, кстати, не особо красивы: в отличие от самцов, у них нет крыльев, но они тоже синхронно загораются в ответ на древесных мальчишек. Однако женщины хитры, особенно самки Photuris, которые притворяются другим видом: Photinus. Впоследствии обманутых самцов вида Photinus поедают, а вот самки обретают уверенность в завтрашнем дне, так как тела их жертв содержат особый фермент, отпугивающий птиц и пауков. Иногда акт каннибализма случается без уважительной причины.

Представительницы женского пола подают специальный сигнал, говорящий о том, что они готовы к оплодотворению. Так самец понимает, куда лететь. В общем, чем больше он блестит, тем больше женского внимания привлекает.

Также светятся их личинки, куколки и яйца; ученые не могут этого объяснить. Но можно предположить, что таким образом они передают хищникам сигнал о том, что они несъедобны.

В Евразии самый распространенный вид носит название «иванский червь». Считается, что именно в ночь на Ивана Купалу эти насекомые проявляют наибольшую активность.

Интересен тот факт, что из 2000 видов светлячков светятся всего несколько, остальные работают в основном только днем.

Чему светлячки могли бы нас научить

Помимо привития людям чувства прекрасного, светлячки обладают способностью преобразовывать свою энергию в свет. Недавно исследователи, изучающие поверхность тела светлячков, отметили их чешуйчатую структуру, напоминающую черепицу. С помощью нанотехнологий они попытались создать аналогичную структуру на поверхности светодиода. И это повысило эффективность их работы на 55%!

По поверьям некоторых народов, жуки-светлячки — это души умерших, которые не могут найти дорогу. Ну а как еще объяснить это волшебство? В философии фэн-шуй светлячок позиционируется как символ возрождения души. Необычная яркость насекомого придает ему почти священный характер.

Но наибольшее количество традиций и глубокую символику светлячкам дают японцы. Как и положено жаркому влажному климату, они светятся намного ярче своих бледных среднеширотных сородичей. Поэтому период их спаривания представляет собой грандиозное световое шоу. Япония даже празднует Фестиваль светлячков, Фестиваль Хотару.

Люди использовали светлячков для самых разных целей: как украшение для волос, как инструмент для создания романтической атмосферы, как осветительный прибор, как помощники в борьбе с нечистью. Сегодня синтетическая люцифераза, которую первоначально извлекали из живых насекомых, используется в судебной медицине, а также для контроля качества пищевых продуктов.

Популяция светлячков резко сократилась, и это связано с загрязнением и разрушением мест их обитания. Дело в том, что они не мигрируют из этих мест, а просто исчезают.

Детям всегда было интересно, почему светлячки светятся, почему они нам подмигивают и как долго они готовы дать свой свет. Поэтому сегодня предлагаю вам узнать, как работает этот живой фонарик.

Зачем светлячки светятся?

Ученые считают, что эти насекомые излучают свет для привлечения представителей противоположного пола. Разные виды светлячков излучают свет с разной частотой, поэтому светлячок уверен, что спаривается с самкой своего вида.

Некоторые виды светлячков, скопившиеся в одном месте, синхронно мигают. Вы можете увидеть, как большая группа насекомых одновременно включает и выключает свет. Например, в Таиланде светлячки, собравшись на дереве, сначала моргают, каждый в свое время. Затем пара жуков начинает делать это синхронно. Проходит немного времени, все больше и больше насекомых начинают испускать короткие вспышки света вместе и одновременно.

Через полчаса все дерево ведет себя как один маяк, мигая каждую секунду. Создается впечатление, что елка окружена гирляндой новогодних лампочек. Ученые не знают, почему и как светлячки координируют излучение света. Наблюдая за свечением насекомых, ученые задались вопросом, можно ли как-то использовать вещество, заставляющее светлячков светиться.

Интересный факт: некоторые светлячки в Азии и Южной Америке настолько яркие, что их привыкли освещать дома.

Клетки содержат гены, которые сообщают клетке, что и когда делать. С помощью сложных манипуляций ученым удалось выделить ген, отвечающий за «производство» клеткой люциферазы. После этого этот ген был пересажен в табачный лист, в результате табачная плантация стала светиться по ночам.

Такая любовная связь между полами светлячков и их загадочное свечение отмечались еще в древности, поэтому предки издавна связывали их особое свечение с праздником Ивана Купалы.

Питание

Этих насекомых смело можно отнести к хищникам. Светлячки питаются разнообразной животной пищей. Любят муравьев, пауков, личинок их сородичей, улиток и гнилые растения.

Не все светлячки хищники. Среди них также есть виды, предпочитающие пыльцу и нектар с растений. Виды светлячков в фазе имаго, например, вообще ничего не едят, у них вообще нет рта. Те светлячки, которые обманным путем заманивают к себе представителей других видов и тут же поедают их, выбрали самый трудный способ добычи пищи.

Размножение и продолжительность жизни

Мигание светлячков — одно из главных его достижений. Таким образом они не только привлекают потенциальную пищу, но и привлекают противоположный пол. Больше всего это наблюдается в начале летнего периода. Светлячки зажигают искры любви и ищут себе пару среди большого разнообразия насекомых.

Спаривание не занимает много времени. После него у самки появляется задача отложить яйца на землю. Через некоторое время из яиц выходят личинки. Они больше похожи на червей и очень прожорливы. Способность светиться буквально присуща личинкам всех видов. И все они по сути хищники.

Во время своего созревания личинка предпочитает прятаться среди камней, в земле и среди коры. Развитие личинок занимает много времени. Одним нужно перезимовать, а другие виды находятся в личиночной стадии несколько лет.

Затем личинка трансформируется в куколку, которая через 1-2,5 недели превращается в настоящего светлячка. Светлячок в лесу долго не живет. Средняя продолжительность жизни этих насекомых составляет от 90 до 120 дней.

Спаривание не занимает много времени. После него у самки появляется задача отложить яйца на землю. Через некоторое время из яиц выходят личинки. Они больше похожи на червей и очень прожорливы. Способность светиться буквально присуща личинкам всех видов. И все они по сути хищники.

Светляк обыкновенный

Обыкновенный светлячок — незаметное насекомое в дневное время. На планете их насчитывается более 2000 видов. Большинство обитает в тропиках и субтропиках. Но, и на территории России насчитывается около 20 разновидностей этих насекомых.

Светлячкам свет нужен для выполнения важных функций, а не для того, чтобы освещать нам путь в темную ночь. Жуки общаются друг с другом с помощью световых сигналов. Так, самцы привлекают самок, ограничивают территорию, отпугивают врагов, привлекают добычу.

Как появляется свет

Прежде чем выяснить, почему светлячки светятся, важно понять, как вообще производится свет. С точки зрения физики световое излучение — это энергия, излучаемая атомами, которые по какой-то причине достигли возбужденного состояния.

Есть много способов возбудить атомы материи, чтобы они начали излучать фотоны. Самый простой из них — нагрев вещества до такого состояния, когда атомы начинают ударяться друг о друга с большой скоростью. Такие процессы происходят при горении костра, пламени свечи и даже обычной лампочки. Даже металл при нагревании до очень высокой температуры начинает светиться.

Ученые считают, что эти насекомые излучают свет для привлечения представителей противоположного пола. Разные виды светлячков излучают свет с разной частотой, поэтому светлячок уверен, что спаривается с самкой своего вида.

Какой свет излучают светлячки

Цвет свечения зависит от состава люциферазы и может варьироваться в зависимости от разновидности светлячков.

Обычно свет состоит из оттенков желтого и зеленого спектра. Длина волны 500-600 нм.

Светящийся жук излучает холодный свет. Обычная лампа со временем нагревается и выделяет тепло вместе со светом. При этом КПД искусственного источника света редко превышает 10%.

Светлячки преобразуют до 98% затраченной энергии в излучение.

По частоте моргания, а также по тени светлячок может отличить своих сородичей из одного семейства.

Самки некоторых видов могут менять оттенок свечения, тем самым привлекая для атаки светлячков другого вида.

Типы световых сигналов светляков

Ученые выделяют несколько видов бликов:

На самом деле, большинство вспышек состояло как минимум из двух одновременно активных светлячков, вспышки которых происходили синхронно (6а2).

Эпилог

Важным отличием этого исследования от его предшественников является наличие камеры с углом обзора 360°, которая позволяла захватывать гораздо больше информации, чем обычные камеры. Получив больше данных в естественной среде, ученые сопоставили их в контролируемых условиях.

Результаты наблюдений в контролируемых условиях при прогрессивном увеличении численности наблюдаемого роя показывают, что прерывистая и синхронная яркость P carolinus в природе является результатом индивидуального и коллективного поведения. Хотя интервал между вспышками на частоте 1,75 Гц идентичен для одиночного светлячка и для группы светлячков, для появления четко выраженного интервала между вспышками требуется присутствие многих особей.

Периодичность свечения появляется, когда в камере более 15 особей. В предыдущих исследованиях утверждалось, что такое количество особей является минимальным порогом проявления коллективного поведения.

Каждое свечение состоит из нескольких синхронных вспышек и имеет треугольную форму, аналогичную наблюдаемой в природе. В синхронном свечении всегда участвовало подавляющее большинство особей, чего нельзя сказать о полете, так как лишь немногие летали, а остальные оставались неподвижными или просто ползали по стенкам камеры. Также стоит отметить, что синхронная яркость самцов происходит даже в отсутствие самки, а ее продолжительность составляет около 15 минут.

Ранее были созданы математические модели, пытавшиеся описать синхронное свечение светлячков. Однако, учитывая ограниченные данные, эти модели не были точными. Хотя долгие годы они считались абсолютно надежными.

Информация, полученная в ходе данного исследования, позволяет в дальнейшем пересматривать эти модели, улучшать и уточнять их. Светлячки не синхронизированы какой-то особой нейронной связью, их поведение просто копирует то, что делают другие особи в рое. Как только один светлячок устанавливает ритм, другие немедленно следуют его примеру.
Раньше считалось, что синхронное свечение связано с ритуалом ухаживания самцов за самками. Однако испытания показали, что отсутствие самки в камере не мешало самцам светиться синхронно. Возможно, суть синхронного свечения не в привлечении самок, а в конкурентной борьбе между самцами. Так или иначе, этот аспект поведения таких удивительных созданий до сих пор не изучен, чем ученые и намерены заняться в будущем.

Кому-то такие исследования покажутся пустой тратой времени, но такое заявление было бы слишком радикальным. Мы живем не изолированно от окружающего мира, а внутри него. Человек по своей природе существо любопытное, и отрицание проявлений любопытства близко к отрицанию самой природы. Познание мира не всегда должно иметь какой-то практический смысл и капиталистическую окраску. Иногда достаточно того, что мы узнали что-то новое, что-то удивительное и интересное. В большинстве случаев знания являются достаточной наградой.

Спасибо за просмотр, оставайтесь любопытными и всем хороших выходных! 🙂

Немного рекламы

Спасибо за то, что вы с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересного контента? Поддержите нас, заказав или порекомендовав друзьям, Облачный VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог серверов начального уровня, который мы создали для вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 ядер) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно расшарить сервер? (Доступно с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40 ГБ DDR4).

Dell R730xd вдвое дешевле в дата-центре Equinix Tier IV в Амстердаме? У нас есть только 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2,6 ГГц 14C 64 ГБ DDR4 4×960 ГБ SSD 1 Гбит/с 100 ТВ по цене от 199 долларов в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2,2 ГГц 6C 128 ГБ DDR3 2×960 ГБ SSD 1 Гбит/с 100 ТБ — от 99 долларов! Читать о том, как построить инфраструктуру корпоративного класса с использованием серверов Dell R730xd E5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?