ความลึกของมหาสมุทรและทะเลเป็นที่อยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิตที่น่าทึ่งมากมายซึ่งมีปาฏิหาริย์แห่งธรรมชาติอย่างแท้จริง เหล่านี้เป็นสัตว์ใต้ทะเลลึกที่ติดตั้งอวัยวะพิเศษ - โฟโตฟอร์ ต่อมโคมไฟพิเศษเหล่านี้สามารถอยู่ในได้ สถานที่ที่แตกต่างกัน: บนศีรษะ รอบปาก หรือตา บนหนวด หลัง ด้านข้าง หรือส่วนของร่างกาย โฟโตฟอร์จะเต็มไปด้วยเมือกที่มีแบคทีเรียเรืองแสงเรืองแสง

ปลาเรืองแสงใต้ทะเลลึก

เป็นที่น่าสังเกตว่า ปลาเรืองแสง สามารถควบคุมการเรืองแสงของแบคทีเรียได้เอง การขยาย หรือ ตีบของหลอดเลือดเพราะว่า แสงวาบต้องใช้ออกซิเจน

หนึ่งในตัวแทนที่น่าสนใจที่สุด ปลาเรืองแสง เป็น ปลาแองเกลอร์ทะเลน้ำลึกซึ่งอาศัยอยู่ที่ระดับความลึกประมาณ 3,000 เมตร

ในคลังแสงตัวเมียที่มีความยาวถึงหนึ่งเมตรจะมีเบ็ดพิเศษที่มี "เหยื่อบีคอน" อยู่ที่ปลายซึ่งดึงดูดเหยื่อเข้ามา มาก มุมมองที่น่าสนใจคือกาลาเทธาอูมาที่อยู่ด้านล่าง (ละติน: Galatheathauma axeli) ซึ่งมี "เหยื่อ" แสงอยู่ในปากของมัน เธอไม่ "รบกวน" ตัวเองกับการล่าสัตว์ เพราะสิ่งที่เธอต้องทำคืออยู่ในท่าที่สบาย อ้าปากแล้วกลืนเหยื่อที่ "ไร้เดียงสา"

ปลาตกเบ็ด (lat. Ceratioidei)

อีกหนึ่งตัวแทนที่น่าสนใจ ปลาเรืองแสง เป็นมังกรดำ (lat. Malacosteus niger) เธอปล่อยแสงสีแดงโดยใช้ "สปอตไลท์" พิเศษที่อยู่ใต้ดวงตาของเธอ สำหรับผู้อาศัยใต้ท้องทะเลลึก แสงนี้มองไม่เห็น และปลามังกรดำก็ส่องสว่างเส้นทางของมันโดยไม่มีใครสังเกตเห็น

ตัวแทนของปลาทะเลน้ำลึกที่มีอวัยวะส่องสว่างเฉพาะ ตายืดไสลด์ ฯลฯ เป็นของปลาทะเลน้ำลึกที่แท้จริง ไม่ควรสับสนกับปลาทะเลน้ำลึกชั้นซึ่งไม่มีอวัยวะปรับตัวดังกล่าวและอาศัยอยู่บน ความลาดชันของทวีป

มังกรดำ (ละติน: Malacosteus niger)

รู้จักกันตั้งแต่ ปลาบิน:

ตาโคมไฟ (lat. Anomalopidae)

ปลากะตักเรืองแสงหรือ myctophidae (lat. Myctophidae)

ปลาตกเบ็ด (lat. Ceratioidei)

ปลาฉลามเรืองแสง (ซิการ์) ของบราซิล (lat. Isistius Brasiliensis)

gonostomaceae (lat. Gonostomatidae)

Chauliodontidae (lat. Chauliodontidae)

ปลากะตักเรืองแสง ปลาเล็กมีลำตัวที่ถูกบีบอัดด้านข้าง หัวใหญ่ และปากที่ใหญ่มาก ความยาวลำตัวขึ้นอยู่กับสายพันธุ์อยู่ระหว่าง 2.5 ถึง 25 ซม. พวกมันมีอวัยวะเรืองแสงพิเศษที่ปล่อยแสงสีเขียว น้ำเงิน หรือเหลือง ซึ่งเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นในเซลล์โฟโตไซติก

ปลากะตักเรืองแสง (lat. Myctophidae)

พวกมันแพร่หลายไปทั่วมหาสมุทรโลก Myctopidae หลายชนิดมีจำนวนมหาศาล Myctophidae พร้อมด้วย photychthyids และ gonostomids คิดเป็นมากถึง 90% ของประชากรปลาทะเลน้ำลึกที่รู้จักทั้งหมด

Gonostoma (lat. Gonostomatidae)

ชีวิตของตัวแทนสัตว์ทะเลใต้ท้องทะเลลึกที่เข้าใจยากเหล่านี้ ซึ่งถูกซ่อนไว้อย่างระมัดระวังไม่ให้ใครเห็น เกิดขึ้นที่ระดับความลึก 1,000 ถึง 6,000 เมตร ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุว่า มหาสมุทรโลกได้รับการศึกษาน้อยกว่า 5% มนุษยชาติยังคงมีอะไรอีกมากมายให้ตั้งตารอ การค้นพบที่น่าอัศจรรย์ในหมู่พวกเขาบางทีอาจจะมีทะเลน้ำลึกสายพันธุ์ใหม่ ปลาเรืองแสง

และบทความเหล่านี้จะแนะนำให้คุณรู้จักกับสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ที่น่าสนใจไม่น้อยที่อาศัยอยู่ในส่วนลึกของทะเล:

วี. ลุนเควิช.

Valeryan Viktorovich Lunkevich (2409-2484) - นักชีววิทยาอาจารย์ผู้เผยแพร่ยอดนิยม

ข้าว. 1. ไฟกลางคืน "เทียนทะเล"

ข้าว. 3.ปลาตกเบ็ด.

ข้าว. 4.ปลาเรืองแสง.

ข้าว. 6. กิ่งปะการังที่มีติ่งเนื้อเรืองแสง

ข้าว. 5. ส่องสว่าง ปลาหมึก.

ข้าว. 7. หิ่งห้อยตัวเมีย

ข้าว. 8. อวัยวะเรืองแสงในปลาหมึก: a - ส่วนที่เบาชวนให้นึกถึงเลนส์; ข - ชั้นในเซลล์เรืองแสง c - ชั้นของเซลล์เงิน d - ชั้นของเซลล์เม็ดสีเข้ม

ใครบ้างในพวกเราที่ไม่มีโอกาสชื่นชมแสงสีเขียวของหิ่งห้อยในยามเย็นฤดูร้อนอันอบอุ่นราวกับลูกศรที่ตัดผ่านอากาศไปในทิศทางที่ต่างกัน? แต่มีกี่คนที่รู้ว่าไม่เพียงแต่แมลงบางชนิดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสัตว์อื่น ๆ โดยเฉพาะที่อาศัยอยู่ในทะเลและมหาสมุทรด้วยซึ่งมีความสามารถในการเรืองแสงด้วย?

ทุกคนที่ใช้เวลาช่วงฤดูร้อนบนชายฝั่งทะเลดำได้เห็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่สวยงามที่สุดครั้งหนึ่งมากกว่าหนึ่งครั้ง

กลางคืนกำลังจะมา ทะเลก็สงบ ระลอกคลื่นเล็กๆ เลื่อนไปตามพื้นผิวของมัน ทันใดนั้น แถบแสงก็สว่างวาบบนยอดคลื่นที่ใกล้ที่สุดลูกหนึ่ง ข้างหลังเธอมีประกายอีกอันหนึ่งในสาม... มีมากมาย พวกมันจะแวววาวอยู่ครู่หนึ่งและจางหายไปพร้อมกับคลื่นที่แตกสลายแล้วกลับสว่างขึ้นอีกครั้ง คุณยืนมองและมองดูแสงนับล้านที่ท่วมทะเลด้วยแสงแห่งมนต์เสน่ห์ และคุณถามว่า เกิดอะไรขึ้น?

ปริศนานี้ได้รับการแก้ไขมานานแล้วด้วยวิทยาศาสตร์ ปรากฎว่าแสงถูกปล่อยออกมาจากสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กจิ๋วจำนวนหลายพันล้านตัวที่เรียกว่าไฟกลางคืน (รูปที่ 1) น้ำอุ่นในฤดูร้อนเอื้อต่อการสืบพันธุ์ของพวกมัน จากนั้นพวกมันก็รีบวิ่งข้ามทะเลไปเป็นฝูงจำนวนนับไม่ถ้วน ในตัวของแสงออกหากินเวลากลางคืนแต่ละดวงนั้น ลูกบอลสีเหลืองจะกระจัดกระจายซึ่งเปล่งแสงออกมา

บัดนี้ให้เรา “ก้าวไปข้างหน้า” ไปยังทะเลเขตร้อนแห่งหนึ่งและกระโดดลงไปในน่านน้ำของมัน ภาพนี้งดงามยิ่งขึ้น ที่นี่มีสัตว์ประหลาดบางตัวลอยอยู่ในฝูงชนที่เงียบสงบหรืออยู่ตามลำพัง: พวกมันดูเหมือนร่มหรือระฆังที่ทำจากเยลลี่หนาแน่น เหล่านี้คือแมงกะพรุน: ขนาดใหญ่และเล็ก สีเข้มและเรืองแสงเป็นสีน้ำเงิน เขียว เหลือง หรือแดง ในบรรดา "โคมไฟ" หลากสีที่เคลื่อนไหวเหล่านี้ แมงกะพรุนยักษ์ซึ่งมีร่มกว้างหกสิบถึงเจ็ดสิบเซนติเมตร ลอยอย่างช้าๆ อย่างสงบ (รูปที่ 2) ปลาเรืองแสงมองเห็นได้แต่ไกล ปลาพระจันทร์พุ่งหัวพุ่งเหมือนดวงจันทร์ท่ามกลางปลาดาวเรืองแสงอื่นๆ ปลาตัวหนึ่งมีดวงตาที่ลุกเป็นไฟ ส่วนอีกตัวมีกระบวนการบนหัว ด้านบนมีลักษณะคล้ายหลอดไฟฟ้าที่จุดไฟ ตัวที่สามมีสายยาวที่มี "ไฟฉาย" ที่ปลายห้อยลงมาจากกรามบน (รูปที่ 3 ) และปลาเรืองแสงบางตัวก็เต็มไปด้วยความเปล่งประกายด้วยอวัยวะพิเศษที่อยู่ตามลำตัวเหมือนหลอดไฟที่ห้อยอยู่บนลวด (รูปที่ 4)

เราลงไปด้านล่าง - ไปยังที่ที่แสงของดวงอาทิตย์ไม่ส่องเข้ามาอีกต่อไปซึ่งดูเหมือนว่าจะมีความมืดชั่วนิรันดร์ที่ไม่อาจทะลุผ่านได้ และที่นี่และที่นั่น "ไฟกำลังลุกไหม้"; และที่นี่ความมืดมิดของราตรีก็ถูกตัดผ่านด้วยรังสีที่เล็ดลอดออกมาจากร่างของสัตว์เรืองแสงต่างๆ

บน ก้นทะเลท่ามกลางหินและสาหร่ายมีหนอนเรืองแสงและหอยฝูง ร่างที่เปลือยเปล่าของพวกมันมีแถบ จุด หรือจุดแวววาวประปรายเหมือนฝุ่นเพชร บนหิ้งหินใต้น้ำมีปลาดาวเต็มไปด้วยแสง กุ้งเครย์ฟิชดำดิ่งเข้าไปในทุกมุมของเขตล่าสัตว์ทันที ทำให้เส้นทางข้างหน้าสว่างไสวด้วยดวงตาขนาดใหญ่ที่ดูเหมือนกล้องส่องทางไกล

แต่สิ่งที่งดงามที่สุดคือหนึ่งในเซฟาโลพอด: มันถูกอาบด้วยรังสีสีฟ้าสดใส (รูปที่ 5) ชั่วครู่หนึ่งแสงก็ดับลง ราวกับโคมระย้าไฟฟ้าถูกปิดอยู่ จากนั้นแสงก็ปรากฏขึ้นอีกครั้ง ในตอนแรกอ่อนลง จากนั้นจึงสว่างมากขึ้นเรื่อยๆ บัดนี้กลายเป็นสีม่วง ซึ่งเป็นสีของพระอาทิตย์ตก แล้วมันก็ดับลงอีกครั้งเพียงไม่กี่นาทีก็สว่างขึ้นอีกครั้งพร้อมกับสีของใบไม้สีเขียวอ่อน ๆ

ใน โลกใต้น้ำคุณยังสามารถชมภาพวาดสีสันสดใสอื่นๆ ได้อีกด้วย

ให้เราระลึกถึงกิ่งก้านของปะการังสีแดงอันเลื่องชื่อ สาขานี้เป็นบ้านของสัตว์ที่เรียบง่ายมาก - ติ่งเนื้อ ติ่งเนื้ออาศัยอยู่ในอาณานิคมอันกว้างใหญ่ที่มีลักษณะคล้ายพุ่มไม้ ติ่งเนื้อสร้างบ้านจากปูนขาวหรือสารมีเขา ที่อยู่อาศัยดังกล่าวเรียกว่า polypnyaks และกิ่งก้านของปะการังสีแดงนั้นเป็นอนุภาคของ polypnyak หินใต้น้ำถูกปกคลุมไปด้วยสถานที่ต่างๆ ป่าละเมาะทั้งหมดพุ่มไม้ปะการังที่มีรูปร่างและสีต่างๆ (รูปที่ 6) พร้อมด้วยห้องเล็กๆ จำนวนมากซึ่งมีติ่งเนื้อนับแสนตัว ซึ่งเป็นสัตว์ที่มีลักษณะคล้ายดอกไม้สีขาวเล็กๆ ในป่าโปลิปหลายแห่ง ดูเหมือนว่าโพลิปจะถูกกลืนหายไปในเปลวไฟที่เกิดจากแสงไฟจำนวนมาก บางครั้งไฟจะไหม้ไม่สม่ำเสมอและไม่ต่อเนื่องโดยเปลี่ยนสี: ทันใดนั้นพวกเขาจะเปล่งประกายด้วยแสงสีม่วงจากนั้นเปลี่ยนเป็นสีแดงหรือจะเปล่งประกายด้วยสีน้ำเงินอ่อนและเมื่อผ่านช่วงการเปลี่ยนภาพทั้งหมดจากสีน้ำเงินเป็นสีเขียวแล้วหยุดที่ สีมรกตหรือออกไปเกิดเป็นเงาสีดำรอบตัวแล้วเกิดประกายไฟสีรุ้งขึ้นมาอีกครั้ง

มีสัตว์เรืองแสงอยู่ในหมู่ผู้อาศัยบนบก: พวกนี้เกือบทั้งหมดเป็นแมลงเต่าทอง แมลงเต่าทองชนิดนี้มีหกสายพันธุ์ในยุโรป ในประเทศเขตร้อนมีอีกมากมาย พวกมันทั้งหมดประกอบขึ้นเป็นตระกูลแลมไพริดตระกูลเดียว นั่นคือหิ่งห้อย บางครั้ง "การส่องสว่าง" ที่เกิดจากแมลงเหล่านี้ก็เป็นภาพที่น่าทึ่งมาก

คืนหนึ่งฉันอยู่บนรถไฟจากฟลอเรนซ์ไปโรม ทันใดนั้นความสนใจของฉันก็ถูกดึงดูดด้วยประกายไฟที่ลอยอยู่ใกล้รถม้า ในตอนแรกพวกเขาอาจถูกเข้าใจผิดว่าเป็นประกายไฟที่ปล่อยออกมาจากปล่องไฟของหัวรถจักร เมื่อมองออกไปนอกหน้าต่าง ฉันเห็นว่ารถไฟของเรากำลังวิ่งไปข้างหน้าผ่านเมฆที่สว่างและโปร่งใสที่ทอจากแสงเล็กๆ สีฟ้าทอง พวกเขาเปล่งประกายทุกที่ พวกเขาหมุนวนเจาะอากาศด้วยส่วนโค้งที่เปล่งประกายตัดมันไปในทิศทางต่าง ๆ ข้ามจมลงและลุกเป็นไฟอีกครั้งในความมืดมิดแห่งราตรีล้มลงสู่พื้นท่ามกลางสายฝนที่ลุกเป็นไฟ และรถไฟก็วิ่งต่อไปอีกเรื่อยๆ ปกคลุมไปด้วยม่านแสงวิเศษ ปรากฏการณ์อันน่าจดจำนี้กินเวลานานถึงห้านาทีหรือมากกว่านั้น แล้วเราก็หลุดพ้นจากกลุ่มเมฆฝุ่นที่ลุกไหม้ ทิ้งพวกมันไว้ข้างหลังเราแสนไกล

เหล่านี้เป็นหิ่งห้อยจำนวนนับไม่ถ้วน รถไฟของเราชนเข้ากับฝูงแมลงที่ดูไม่เด่นชัดเหล่านี้ รวมตัวกันในคืนอันเงียบสงบและอบอุ่น ปรากฏอยู่ใน ฤดูผสมพันธุ์ชีวิตของตัวเอง. (ปรากฏการณ์ที่คล้ายกันนี้สามารถสังเกตได้ไม่เพียง แต่ในประเทศแถบเมดิเตอร์เรเนียนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงรัสเซียด้วย หากคุณเดินทางมาโดยรถไฟในตอนเย็นที่อบอุ่นและไม่มีฝนตกในช่วงครึ่งหลังของฤดูร้อน ชายฝั่งทะเลดำสังเกตความอลังการที่ผู้เขียนบรรยายไว้ในบริเวณใกล้กับเมืองทูออปส์ เนื่องจากมีอุโมงค์มากมาย ทางเลี้ยวมากมายและมีรางเดี่ยว รถไฟจึงวิ่งได้ไม่เร็วนัก และหิ่งห้อยบินได้เป็นภาพที่น่าหลงใหล - - ย.เอ็ม.)

หิ่งห้อยบางชนิดปล่อยแสงที่มีความเข้มค่อนข้างสูง มีหิ่งห้อยที่เรืองแสงเจิดจ้าจนบนขอบฟ้าอันมืดมิดจากระยะไกลคุณไม่สามารถระบุได้ทันทีว่าเป็นดวงดาวหรือหิ่งห้อยที่อยู่ตรงหน้าคุณ มีสายพันธุ์ที่ทั้งตัวผู้และตัวเมียเรืองแสงได้ดีพอๆ กัน (เช่น หิ่งห้อยอิตาลี) ในที่สุด ยังมีแมลงประเภทต่างๆ ที่ตัวผู้และตัวเมียเรืองแสงแตกต่างกัน แม้ว่าจะดูเหมือนกันก็ตาม โดยในตัวผู้ อวัยวะเรืองแสงจะได้รับการพัฒนาที่ดีกว่าและทำหน้าที่ได้อย่างกระฉับกระเฉงมากกว่าตัวเมีย เมื่อตัวเมียยังด้อยพัฒนา มีเพียงปีกพื้นฐานหรือไม่มีปีกเลย และตัวผู้ก็พัฒนาตามปกติก็สังเกตเห็นบางอย่างที่แตกต่างออกไป คือ ในตัวเมีย อวัยวะเรืองแสงจะทำหน้าที่ได้ดีกว่าตัวผู้มาก ยิ่งตัวเมียด้อยพัฒนามากเท่าไหร่ เธอก็ยิ่งเคลื่อนไหวไม่ได้และทำอะไรไม่ถูกมากขึ้นเท่านั้น อวัยวะที่ส่องสว่างของเธอก็จะยิ่งสว่างมากขึ้นเท่านั้น ตัวอย่างที่ดีที่สุดสิ่งที่เรียกว่า "หนอนของอีวาน" อาจให้บริการที่นี่ซึ่งไม่ใช่หนอนเลย แต่เป็นตัวเมียที่มีลักษณะคล้ายตัวอ่อนของด้วงหิ่งห้อยสายพันธุ์พิเศษ (รูปที่ 7) พวกเราหลายคนชื่นชมความหนาวเย็นของมัน แม้กระทั่งแสงที่ลอดผ่านใบไม้ของพุ่มไม้หรือหญ้า แต่มีภาพที่น่าสนใจยิ่งกว่านั้นอีก - แสงของหิ่งห้อยตัวเมียชนิดอื่น ไม่เด่นในระหว่างวันคล้ายกับหนอน annelid ในเวลากลางคืนมันจะอาบแสงสีขาวอมฟ้าอันงดงามของมันเองด้วยอวัยวะที่ส่องสว่างมากมาย

อย่างไรก็ตาม การชื่นชมความเปล่งประกายของสิ่งมีชีวิตนั้นไม่เพียงพอ จำเป็นต้องรู้ว่าอะไรเป็นสาเหตุของแสงเรืองของผู้อยู่อาศัยใต้น้ำและ โลกภาคพื้นดินและมีบทบาทอย่างไรต่อชีวิตของสัตว์ต่างๆ

ภายในแสงราตรีแต่ละดวง เมื่อใช้กล้องจุลทรรศน์ คุณสามารถมองเห็นเมล็ดสีเหลืองจำนวนมาก ซึ่งเป็นแบคทีเรียเรืองแสงที่อาศัยอยู่ในร่างกายของแสงราตรี ด้วยการเปล่งแสง พวกมันทำให้สัตว์ขนาดเล็กจิ๋วเหล่านี้เรืองแสงได้ ต้องพูดแบบเดียวกันเกี่ยวกับปลาที่มีดวงตาเหมือนโคมไฟที่กำลังลุกไหม้: แสงของพวกมันเกิดจากแบคทีเรียเรืองแสงที่เกาะอยู่ในเซลล์ของอวัยวะที่ส่องสว่างของปลาตัวนี้ แต่ความเรืองแสงของสัตว์ไม่ได้เกี่ยวข้องกับกิจกรรมของแบคทีเรียที่ส่องสว่างเสมอไป บางครั้งแสงก็เกิดจากเซลล์เรืองแสงพิเศษของสัตว์นั่นเอง

อวัยวะเรืองแสงของสัตว์ต่างๆ ถูกสร้างขึ้นตามประเภทเดียวกัน แต่บางชนิดก็เรียบง่ายกว่า ในขณะที่บางชนิดก็ซับซ้อนกว่า ขณะที่ติ่งเนื้อเรืองแสง แมงกะพรุน และ ปลาดาวทั้งตัวเรืองแสง กั้งบางสายพันธุ์มีแหล่งกำเนิดแสงเพียงแหล่งเดียว - ตาโตคล้ายกับกล้องโทรทรรศน์ อย่างไรก็ตาม ในบรรดาสัตว์เรืองแสง หนึ่งในสถานที่แรกๆ ที่เป็นของเซฟาโลพอดอย่างถูกต้อง ซึ่งรวมถึงปลาหมึกยักษ์ซึ่งมีความสามารถในการเปลี่ยนสีของเปลือกนอกได้

อวัยวะใดที่ทำให้เกิดแสง? พวกเขาสร้างขึ้นมาอย่างไรและทำงานอย่างไร?

ผิวหนังของปลาหมึกมีลำตัวแข็งขนาดเล็กรูปไข่ ส่วนหน้าของร่างกายนี้เมื่อมองออกไปด้านนอกมีความโปร่งใสอย่างสมบูรณ์และเป็นสิ่งที่คล้ายกับเลนส์ตาและส่วนด้านหลังส่วนใหญ่ถูกห่อหุ้มด้วยเซลล์เม็ดสีสีดำ (รูปที่ 8) ตรงใต้เปลือกหอยนี้มีเซลล์สีเงินเรียงกันหลายแถว: พวกมันก่อตัวเป็นชั้นกลางของอวัยวะเรืองแสงของหอย ข้างใต้มีเซลล์ที่มีรูปร่างซับซ้อนซึ่งมีลักษณะคล้ายกับองค์ประกอบของเส้นประสาทของเรตินา พวกมันเรียงกันเป็นแนวพื้นผิวด้านในของร่างกายนี้ ("อุปกรณ์") พวกมันยังเปล่งแสงออกมา

ดังนั้น “หลอดไฟ” ของปลาหมึกจึงประกอบด้วยสามชั้นที่แตกต่างกัน แสงถูกปล่อยออกมาจากเซลล์ชั้นใน สะท้อนจากเซลล์สีเงินของชั้นกลาง มันผ่านปลายโปร่งใสของ "หลอดไฟ" แล้วดับลง

รายละเอียดที่น่าสนใจอีกประการหนึ่งใน "อุปกรณ์" ที่ส่องสว่างนี้ ในผิวหนังของปลาหมึก ถัดจากแต่ละลำตัว จะมีบางสิ่งที่คล้ายกับกระจกเว้าหรือตัวสะท้อนแสง ตัวสะท้อนแสงแต่ละตัวใน "หลอดไฟ" ของหอยจะประกอบด้วยเซลล์สองประเภทตามลำดับ: เซลล์เม็ดสีเข้มที่ไม่ส่งผ่านแสง ซึ่งด้านหน้าจะมีเซลล์สีเงินเรียงกันเป็นแถวซึ่งสะท้อนแสง

ในขณะที่ร่างกายมีชีวิตอยู่ กระบวนการทางเคมีต่างๆ จะเกิดขึ้นภายในเซลล์ ในการเชื่อมต่อกับกระบวนการเหล่านี้ในร่างกายเกิดขึ้น รูปทรงต่างๆพลังงาน: ความร้อนซึ่งทำให้อุ่นขึ้น กลไกซึ่งขึ้นอยู่กับการเคลื่อนไหว ไฟฟ้าซึ่งสัมพันธ์กับการทำงานของเส้นประสาทของเขา แสงยังเป็นพลังงานชนิดพิเศษที่เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของสิ่งนั้น งานภายในที่เกิดขึ้นในร่างกาย สารของแบคทีเรียเรืองแสงและเซลล์ที่ใช้ประกอบอุปกรณ์เรืองแสงของสัตว์เมื่อถูกออกซิไดซ์จะปล่อยพลังงานแสงออกมา

เรืองแสงมีบทบาทอย่างไรในชีวิตของสัตว์? ยังไม่สามารถตอบคำถามนี้ในแต่ละกรณีได้ แต่แทบจะไม่มีข้อสงสัยเกี่ยวกับประโยชน์ของการเรืองแสงสำหรับสัตว์หลายชนิดเลย ปลาเรืองแสงและกั้งอาศัยอยู่ที่ระดับความลึก แสงแดดไม่ทะลุ ในความมืด เป็นการยากที่จะแยกแยะว่าเกิดอะไรขึ้นรอบๆ ติดตามเหยื่อและหลบหนีจากศัตรูได้ทันเวลา ในขณะเดียวกันก็มองเห็นปลาเรืองแสงและกั้งและมีตา ความสามารถในการเรืองแสงทำให้ชีวิตของพวกเขาง่ายขึ้น

นอกจากนี้เรายังรู้ว่าสัตว์บางชนิดดึงดูดแสงได้อย่างไร ปลาที่มีอะไรบางอย่างคล้ายหลอดไฟยื่นออกมาจากหัว หรือปลาเบ็ดตกปลาที่มีหนวดยาวคล้ายเชือก "มีไฟฉาย" อยู่ที่ปลาย จะใช้อวัยวะเรืองแสงเพื่อดึงดูดเหยื่อ ปลาหมึกยังมีความสุขมากขึ้นในเรื่องนี้: แสงสีรุ้งที่เปลี่ยนแปลงได้ดึงดูดบางส่วนและทำให้ผู้อื่นหวาดกลัว สัตว์จำพวกครัสเตเชียนเรืองแสงขนาดเล็กบางสายพันธุ์ในช่วงเวลาที่เกิดอันตรายปล่อยไอพ่นของสารเรืองแสงออกมาและเมฆเรืองแสงที่เกิดขึ้นก็ซ่อนพวกมันจากศัตรู ในที่สุด ในสัตว์บางชนิด แสงที่ส่องประกายทำหน้าที่เป็นวิธีการในการค้นหาและดึงดูดเพศหนึ่งของสัตว์ไปยังอีกเพศหนึ่ง: ตัวผู้จึงพบตัวเมียหรือในทางกลับกัน ดึงดูดพวกมันเข้าหาตัวเอง ด้วยเหตุนี้ แสงแวววาวของสัตว์จึงเป็นหนึ่งในการดัดแปลงที่อุดมสมบูรณ์มาก ธรรมชาติที่มีชีวิตหนึ่งในอาวุธในการต่อสู้เพื่อการดำรงอยู่

แสงเรืองถือเป็นปรากฏการณ์ทั่วไปในธรรมชาติ ดังนั้นความสามารถในการเปล่งแสงโดยใช้วิธีง่ายๆ ปฏิกิริยาเคมีหรือการเรืองแสงจากสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นอย่างน้อย 50 หลากหลายชนิดเห็ด หิ่งห้อย และแม้กระทั่งความน่ากลัว สัตว์ทะเล. ด้วยความช่วยเหลือของปฏิกิริยานี้ สิ่งมีชีวิตที่ส่องสว่างได้รับผลประโยชน์มากมายสำหรับตัวเอง: พวกมันขับไล่ผู้ล่าออกไป ดึงดูดเหยื่อ กำจัดเซลล์ออกซิเจนของพวกมัน หรือเพียงแค่รับมือกับการดำรงอยู่ในความมืดชั่วนิรันดร์ของส่วนลึกของมหาสมุทร

ไม่ทางใดก็ทางหนึ่งการเรืองแสงเป็นหนึ่งในเครื่องมือที่ชาญฉลาดที่สุดของชีวิตและเราจะนำเสนอรายการสิ่งที่แปลกและแปลกประหลาดที่สุดให้กับคุณ สัตว์ประหลาด,สามารถเรืองแสงในที่มืดได้ ปัจจุบันมีสัตว์หลายชนิดจัดแสดงอยู่ที่พิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติอเมริกันในนิวยอร์ก

ปลามังค์ตัวผู้และตัวเมีย

ปลาหมึกนรก

แมงกะพรุนเรืองแสง

มีสิ่งมีชีวิตที่แปลกประหลาดและน่าทึ่งมากมายที่คุณจะไม่พบในทะเลหรือในส่วนลึกของมหาสมุทร สิ่งมีชีวิตสีม่วงขอบเขียวต่อไปนี้อาศัยอยู่ มหาสมุทรแปซิฟิกนอกชายฝั่งทวีปอเมริกาเหนือ แมงกะพรุนเหล่านี้สามารถสร้างแสงได้สองประเภทในคราวเดียว สารเรืองแสงเรืองแสงมีแสงสีม่วงน้ำเงินและเกิดจากปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างแคลเซียมกับโปรตีน และปฏิกิริยานี้ทำให้เกิดการเรืองแสงรอบๆ ขอบแมงกะพรุน กลายเป็นโปรตีนเรืองแสงสีเขียว จากนั้นจึงเรืองแสงสีเขียว นักวิทยาศาสตร์ใช้คุณลักษณะนี้ของสิ่งมีชีวิตอย่างกว้างขวางเพื่อศึกษาการมองเห็นกระบวนการต่างๆ ในร่างกาย

ไฟน้ำ

มีเพียงไม่กี่คนที่รู้ว่าในธรรมชาติมีปรากฏการณ์ที่สามารถเปรียบเทียบได้กับมหาสมุทรที่ส่องสว่าง อย่างไรก็ตาม คงไม่มีใครปฏิเสธที่จะชมคลื่นนีออนสีฟ้าสดใสแห่งท้องทะเลด้วยตาของตัวเอง ประเด็นก็คือน้ำเต็มไปด้วยไดโนแฟลเจลเลต ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตแพลงก์ตอนเซลล์เดียวที่มีหาง ซึ่งกระจายอยู่ตามพื้นที่ที่น่าประทับใจนอกชายฝั่ง นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าสิ่งมีชีวิตเหล่านี้อาศัยอยู่ในโลกของเรามาเป็นเวลาหนึ่งพันล้านปีแล้ว และในช่วงไม่กี่พันปีที่ผ่านมา ผู้คนที่งุนงงมีแนวโน้มที่จะเชื่อว่าปรากฏการณ์นี้เกิดจากเวทมนตร์ลึกลับของเทพเจ้าแห่งท้องทะเล

ปากใหญ่

ในการล่าอาหาร ขั้นแรกปลาชนิดนี้จะใช้การเรืองแสงจากสิ่งมีชีวิตเพื่อสร้างแสงเรืองแสงในรูปของแสงสีแดงในบริเวณใกล้จมูกของมัน จากนั้นจึงปล่อยคลื่นสีแดงเพื่อตรวจจับกุ้ง เมื่อพบเหยื่อ สัญญาณปลดล็อคจะถูกส่งไปและกรามจะทำงาน นักล่าที่ชาญฉลาดใช้ประโยชน์จากข้อเท็จจริงที่ว่ากุ้งไม่สามารถจดจำแสงสีแดงได้เช่นเดียวกับผู้อาศัยในทะเลอื่น ๆ

กุ้งซิสเทลลาสปิส

อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่กุ้งทุกตัวจะมีความยืดหยุ่นและเข้าถึงได้ง่ายสำหรับผู้ล่า ตัวอย่างเช่น กุ้งซิสเทลลาสปิสมีการป้องกันที่ดีเยี่ยม รวมถึงกุ้งปากใหญ่ด้วย กุ้งเหล่านี้ปลดอาวุธผู้ล่าโดยการพ่นของเหลวที่น่ารังเกียจและเรืองแสงออกมาจากหางตรงหน้าปากของมัน

ผนังปะการัง

กำแพงเลือดสูง 1,000 ฟุตที่สร้างจากปะการังเรืองแสงถูกค้นพบในหมู่เกาะเคย์แมน ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจนี้เกิดขึ้นได้เนื่องจากมีสิ่งมีชีวิตเรืองแสงจำนวนมากมาหลบภัยที่นี่ นักดำน้ำจำนวนมากกระตือรือร้นที่จะถ่ายภาพว่าปะการังเปลี่ยนสีสีแดงเป็นแสงสีเขียวที่น่าทึ่งได้อย่างไร

การเรืองแสงจากสิ่งมีชีวิต (แปลจากภาษากรีก "bios" - ชีวิตและภาษาละติน "lumen" - แสง) คือความสามารถของสิ่งมีชีวิตในการเปล่งแสง นี่เป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ที่น่าทึ่งที่สุด ไม่พบบ่อยนักในธรรมชาติ มันดูเหมือนอะไร? มาดูกัน:

10. แพลงก์ตอนเรืองแสง

ภาพที่ 10 แพลงก์ตอนเรืองแสง มัลดีฟส์

แพลงก์ตอนเรืองแสงในทะเลสาบ Gippsland ประเทศออสเตรเลีย การเรืองแสงนี้ไม่มีอะไรมากไปกว่าการเรืองแสงจากสิ่งมีชีวิต - กระบวนการทางเคมีในร่างกายของสัตว์ซึ่งในระหว่างนั้นพลังงานที่ปล่อยออกมาจะถูกปล่อยออกมาในรูปของแสง ปรากฏการณ์เรืองแสงจากสิ่งมีชีวิตซึ่งอัศจรรย์ในธรรมชาติ ไม่เพียงแต่โชคดีที่ได้เห็นเท่านั้น แต่ยังถ่ายภาพโดยช่างภาพ Phil Hart อีกด้วย

9.เห็ดเรืองแสง

ภาพถ่ายแสดง Panellus stipticus หนึ่งในเห็ดไม่กี่ชนิดที่เรืองแสงได้ เห็ดชนิดนี้พบได้ทั่วไปในเอเชีย ออสเตรเลีย ยุโรป และ อเมริกาเหนือ. เจริญเติบโตเป็นกลุ่มบนท่อนไม้ ตอไม้ และลำต้นของต้นไม้ผลัดใบ โดยเฉพาะต้นโอ๊ก บีช และต้นเบิร์ช

8. ราศีพิจิก

ภาพถ่ายแสดงแมงป่องเรืองแสงภายใต้แสงอัลตราไวโอเลต ชาวราศีพิจิกไม่เปล่งแสงของตัวเอง แต่เรืองแสงได้ภายใต้แสงนีออนที่มองไม่เห็น ประเด็นก็คือในโครงกระดูกภายนอกของแมงป่องมีสารที่เปล่งแสงออกมาภายใต้รังสีอัลตราไวโอเลต

7. หนอนเรืองแสง ถ้ำ Waitomo ประเทศนิวซีแลนด์

ในนิวซีแลนด์ ถ้ำ Waitomo เป็นที่อยู่ของลูกน้ำยุงลายเรืองแสง พวกมันปกคลุมเพดานถ้ำ ตัวอ่อนเหล่านี้ทิ้งเส้นด้ายที่มีเมือกเรืองแสงไว้มากถึง 70 ตัวต่อหนอน สิ่งนี้ช่วยให้พวกมันจับแมลงวันและสัตว์ขนาดเล็กที่พวกมันกินเป็นอาหาร ด้ายชนิดนี้มีพิษในบางชนิด!

6. แมงกะพรุนเรืองแสง ประเทศญี่ปุ่น

ภาพที่ 6 แมงกะพรุนเรืองแสง ประเทศญี่ปุ่น

ภาพที่น่าตื่นตาตื่นใจสามารถพบเห็นได้ในอ่าวโทยามะในญี่ปุ่น - แมงกะพรุนนับพันตัวถูกเกยตื้นบนชายฝั่งของอ่าว นอกจากนี้แมงกะพรุนเหล่านี้ยังอาศัยอยู่อีกด้วย ความลึกมากและในช่วงฤดูผสมพันธุ์พวกมันจะขึ้นสู่ผิวน้ำ ขณะนั้นพวกเขาก็ถูกพาไปที่ จำนวนมากลงจอด ภายนอกภาพนี้ชวนให้นึกถึงแพลงก์ตอนเรืองแสงมาก! แต่นี่เป็นปรากฏการณ์ที่แตกต่างกันสองประการ

5. เห็ดเรืองแสง (Mycena lux-coeli)

สิ่งที่คุณเห็นตรงนี้คือเห็ดเรืองแสง Mycena lux-coeli พวกมันเติบโตในญี่ปุ่นในช่วงฤดูฝนบนต้น Chinquapin ที่ร่วงหล่น เห็ดเหล่านี้เปล่งแสงด้วยสารที่เรียกว่าลูซิเฟอริน ซึ่งออกซิไดซ์และทำให้เกิดแสงสีขาวแกมเขียวที่เข้มข้น น่าตลกมากที่ในภาษาลาติน ลูซิเฟอร์ แปลว่า "แสงสว่างของผู้ให้" ใครจะไปรู้! เห็ดเหล่านี้มีชีวิตอยู่ได้เพียงไม่กี่วันและตายเมื่อฝนหยุดตก

4. การเรืองแสงของนกกระจอกเทศ Cypridina hilgendorfii ประเทศญี่ปุ่น

Cypridina hilgendorfii เป็นชื่อที่ตั้งให้กับหอย ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตโปร่งใสขนาดเล็ก (ส่วนใหญ่ไม่เกิน 1-2 มม.) ที่อาศัยอยู่ในน่านน้ำชายฝั่งและทรายของญี่ปุ่น พวกมันเปล่งประกายด้วยสารลูซิเฟริน

ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจก็คือในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง ญี่ปุ่นรวบรวมสัตว์จำพวกกุ้งเหล่านี้เพื่อให้ได้แสงในเวลากลางคืน หลังจากแช่สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ลงในน้ำแล้ว พวกมันก็เริ่มเรืองแสงอีกครั้ง

3. หิ่งห้อยเรืองแสง

ภาพที่ 3. ภาพถ่ายหิ่งห้อยโดยเปิดรับแสงนาน

นี่คือลักษณะที่อยู่อาศัยของหิ่งห้อย เมื่อถ่ายโดยเปิดรับแสงนาน หิ่งห้อยกระพริบตาเพื่อดึงดูดความสนใจของเพศตรงข้าม

2.แบคทีเรียเรืองแสง

แบคทีเรียเรืองแสง - น่าทึ่งมาก ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ. แสงในแบคทีเรียถูกสร้างขึ้นในไซโตพลาสซึม พวกเขาอาศัยอยู่ที่ น้ำทะเลและบนบกไม่บ่อยนัก แบคทีเรียตัวหนึ่งปล่อยแสงที่อ่อนแอมากจนแทบมองไม่เห็นออกมาด้วยตัวมันเอง แต่เมื่อเข้าไปแล้ว ปริมาณมากจากนั้นพวกเขาก็เรืองแสงด้วยแสงสีฟ้าที่เข้มขึ้นและน่าพึงพอใจมาก

1. แมงกะพรุน (Aequorea Victoria)

ในคริสต์ทศวรรษ 1960 โอซามุ ชิโมมูระ นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันเชื้อสายญี่ปุ่นแห่งมหาวิทยาลัยนาโกย่า ได้ระบุโปรตีนเอควอรินเรืองแสงจากแมงกะพรุนเอโคเรีย (เอโคเรีย วิกตอเรีย) ชิโมมูระแสดงให้เห็นว่าเอควอรินเริ่มต้นจากแคลเซียมไอออนโดยไม่มีออกซิเจน (ออกซิเดชัน) กล่าวอีกนัยหนึ่ง ชิ้นส่วนที่เปล่งแสงไม่ได้เป็นซับสเตรตที่แยกจากกันในตัวเอง แต่เป็นซับสเตรตที่เกาะแน่นกับโปรตีน สิ่งนี้มีส่วนช่วยอย่างมากไม่เพียงแต่ในด้านวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการแพทย์ด้วย ในปี 2008 ชิโมมูระได้รับรางวัลโนเบลจากผลงานของเขา

“ปลาทอง” สมัยใหม่ควรมีขนาดนาโนและเรืองแสงด้วยแสงสีเขียว

เป็นเวลาหลายปีมาแล้วที่โปรตีนเรืองแสงสีเขียว (GFP) ดูเหมือนเป็นความอยากรู้อยากเห็นทางชีวเคมีที่ไร้ประโยชน์ แต่ในช่วงทศวรรษ 1990 มันกลายเป็นเครื่องมืออันทรงคุณค่าในด้านชีววิทยา โมเลกุลธรรมชาติที่มีเอกลักษณ์เฉพาะนี้เรืองแสงได้ไม่เลวร้ายไปกว่าสีย้อมสังเคราะห์ แต่ก็ไม่เป็นอันตราย ด้วย GFP คุณจะสามารถดูได้ว่าเซลล์แบ่งตัวอย่างไร เส้นใยประสาทแรงกระตุ้นไหลผ่านหรือการแพร่กระจาย "แพร่กระจาย" ไปทั่วร่างกายของสัตว์ทดลองอย่างไร ปัจจุบัน รางวัลโนเบลสาขาเคมีมอบให้กับนักวิทยาศาสตร์สามคนที่ทำงานในสหรัฐอเมริกาสำหรับการค้นพบและพัฒนาโปรตีนนี้

เพื่อให้ได้โปรตีนส่วนแรก นักวิจัยจับแมงกะพรุนด้วยแหโดยใช้ตาข่ายเหมือนชายชราจากเทพนิยายของพุชกิน สิ่งที่น่าทึ่งที่สุดคือโปรตีนแปลก ๆ ที่แยกได้จากแมงกะพรุนเหล่านี้จากแมงกะพรุนหลังจากผ่านไปหลายทศวรรษกลายเป็น "ปลาทอง" ตัวจริงที่สนองความปรารถนาอันแรงกล้าที่สุดของนักชีววิทยาด้านเซลล์

GFP คืออะไร?

GFP อยู่ในกลุ่มโมเลกุลที่ใหญ่ที่สุดและหลากหลายที่สุดในสิ่งมีชีวิตซึ่งมีหน้าที่รับผิดชอบในการทำงานทางชีวภาพหลายอย่าง ซึ่งได้แก่ โปรตีน เขาจริงๆ สีเขียวแม้ว่าโปรตีนส่วนใหญ่จะไม่มีสีก็ตาม (เพราะฉะนั้นชื่อของมัน - โปรตีน)

โปรตีนที่มีสีไม่กี่ชนิดมีสีเนื่องจากมีโมเลกุลที่ไม่ใช่โปรตีน - "makeweights" ตัวอย่างเช่น เฮโมโกลบินในเลือดของเราประกอบด้วยโมเลกุลฮีมสีน้ำตาลแดงที่ไม่ใช่โปรตีนและส่วนโปรตีนไม่มีสี - โกลบิน GFP เป็นโปรตีนบริสุทธิ์ที่ไม่มี "สารเติมแต่ง": โมเลกุลลูกโซ่ที่ประกอบด้วย "ลิงค์" ที่ไม่มีสี - กรดอะมิโน แต่หลังจากการสังเคราะห์ถ้าไม่ใช่ปาฏิหาริย์อย่างน้อยก็มีกลอุบายเกิดขึ้น: โซ่ขดตัวเป็น "ลูกบอล" เพื่อให้ได้สีเขียวและความสามารถในการเปล่งแสง

ในเซลล์แมงกะพรุน GFP ทำงานควบคู่กับโปรตีนอีกชนิดหนึ่งที่ปล่อยแสงสีน้ำเงิน GFP ดูดซับแสงนี้แล้วปล่อยสีเขียว ทำไมแมงกะพรุนใต้ท้องทะเลลึก Aequorea victoria ถึงเรืองแสงเป็นสีเขียว นักวิทยาศาสตร์ยังไม่เข้าใจ ด้วยหิ่งห้อยทุกอย่างก็ง่าย: ในช่วงฤดูผสมพันธุ์ตัวเมียจะจุด "สัญญาณ" ให้กับตัวผู้ซึ่งเป็นการประกาศการแต่งงาน: สีเขียวสูง 5 มม. กำลังมองหาคู่ชีวิต

ในกรณีของแมงกะพรุน คำอธิบายนี้ไม่เข้ากัน: พวกมันไม่สามารถเคลื่อนไหวและต้านทานกระแสน้ำได้ ดังนั้นแม้ว่าพวกมันจะให้สัญญาณซึ่งกันและกัน พวกมันเองก็ไม่สามารถว่าย "สู่แสงสว่าง" ได้

โอซามุ ชิโมมูระ: คุณไม่สามารถดึงแมงกะพรุนออกมาได้โดยไม่ยาก

ทุกอย่างเริ่มต้นในปี 1950 เมื่อ Osamu Shimomura เริ่มศึกษาชีวิตใต้ท้องทะเลลึกที่ Friday Harbor Marine Laboratory ในสหรัฐอเมริกา แมงกะพรุนเรืองแสงเอโคเรีย วิกตอเรีย เป็นการยากที่จะจินตนาการถึงความอยากรู้อยากเห็นทางวิทยาศาสตร์ที่ "เกียจคร้าน" กว่านี้: ผู้คนที่สวมแว่นตาเริ่มสนใจว่าทำไมสิ่งมีชีวิตเจลาตินที่ไม่รู้จักจึงเรืองแสงในความมืดของทะเลลึก ถ้าฉันศึกษาพิษของแมงกะพรุน มันคงง่ายกว่าที่จะจินตนาการถึงโอกาสที่จะนำไปใช้ได้จริง

ปรากฎว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะจับแมงกะพรุนด้วยอวนลากทางอุตสาหกรรม: พวกมันได้รับบาดเจ็บสาหัสดังนั้นเราจึงต้องจับพวกมันด้วยอวนมือ เพื่ออำนวยความสะดวกในการ "สร้างสรรค์" งานทางวิทยาศาสตร์ภายใต้การนำของญี่ปุ่นที่ยืนหยัดอย่างต่อเนื่อง พวกเขาได้ออกแบบเครื่องจักรพิเศษสำหรับตัดแมงกะพรุน

แต่ความอยากรู้อยากเห็นทางวิทยาศาสตร์บวกกับความพิถีพิถันของญี่ปุ่นกลับให้ผลลัพธ์ ในปีพ.ศ. 2505 ชิโมมูระและเพื่อนร่วมงานตีพิมพ์บทความซึ่งรายงานเกี่ยวกับการค้นพบโปรตีนชนิดใหม่ที่เรียกว่า GFP สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือชิโมมูระไม่สนใจ GFP แต่สนใจโปรตีนแมงกะพรุนอีกชนิดหนึ่งคือเอควอริน GFP ถูกค้นพบว่าเป็น "ผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้อง" ภายในปี 1979 Shimomura และเพื่อนร่วมงานได้กำหนดรายละเอียดโครงสร้างของ GFP ซึ่งแน่นอนว่าน่าสนใจ แต่สำหรับผู้เชี่ยวชาญเพียงไม่กี่คนเท่านั้น

Martin Chalfie: โปรตีนแมงกะพรุนที่ไม่มีแมงกะพรุน

ความก้าวหน้าเกิดขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1980 และต้นทศวรรษ 1990 นำโดย Martin Chalfie ซึ่งเป็นคนที่สองในสามคนที่ได้รับรางวัลโนเบล ด้วยการใช้วิธีการทางพันธุวิศวกรรม (ซึ่งเกิดขึ้นหลังจากการค้นพบ GFP 15-20 ปี) นักวิทยาศาสตร์เรียนรู้ที่จะใส่ยีน GFP เข้าไปในแบคทีเรีย จากนั้นจึงเข้าไปในสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อน และบังคับให้พวกมันสังเคราะห์โปรตีนนี้

ก่อนหน้านี้เคยคิดว่าเพื่อให้ได้มาซึ่งคุณสมบัติเรืองแสง GFP จำเป็นต้องมี "สภาพแวดล้อม" ทางชีวเคมีที่เป็นเอกลักษณ์ที่มีอยู่ในร่างกายของแมงกะพรุน Chalfie พิสูจน์ว่า GFP เรืองแสงที่เต็มเปี่ยมสามารถเกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตอื่นได้เช่นกัน ยีนเพียงตัวเดียวก็เพียงพอแล้ว ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์มีโปรตีนนี้ "อยู่ใต้ฝาปิด": ไม่ใช่บน ความลึกของทะเลและอยู่ใกล้มือและเข้าเสมอ ปริมาณไม่จำกัด. เปิดแล้ว โอกาสที่ไม่เคยมีมาก่อนการประยุกต์ใช้จริง

พันธุวิศวกรรมช่วยให้สามารถแทรกยีน GFP ได้ ไม่ใช่แค่ "ที่ไหนสักแห่ง" แต่ยังแนบไปกับยีนสำหรับโปรตีนเฉพาะที่นักวิจัยสนใจ ผลก็คือ โปรตีนนี้ถูกสังเคราะห์ด้วยฉลากเรืองแสง ซึ่งช่วยให้มองเห็นได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ เทียบกับพื้นหลังของโปรตีนในเซลล์อื่นๆ หลายพันชนิด

ลักษณะการปฏิวัติของ GFP คือช่วยให้คุณสามารถ "ทำเครื่องหมาย" โปรตีนในเซลล์ที่มีชีวิตและเซลล์เองก็สังเคราะห์มันได้ และในยุคก่อน GFP กล้องจุลทรรศน์เกือบทั้งหมดทำด้วยการเตรียมแบบ "คงที่" โดยพื้นฐานแล้ว นักชีวเคมีได้ศึกษา "ภาพรวม" ของกระบวนการทางชีววิทยา "ในช่วงเวลาแห่งความตาย" โดยสมมติว่าทุกสิ่งในยายังคงเหมือนเดิมในช่วงชีวิต ตอนนี้คุณสามารถสังเกตและบันทึกกระบวนการทางชีววิทยามากมายในสิ่งมีชีวิตในวิดีโอได้

แผงขายผลไม้ของ Roger Tsien

ที่สาม รางวัลโนเบลโดยทั่วไปไม่ได้ "ค้นพบ" อะไรเลย ด้วยความรู้ของผู้อื่นเกี่ยวกับ GFP และเทคนิคพันธุวิศวกรรม นักวิทยาศาสตร์ในห้องปฏิบัติการของ Roger Y. Tsien เริ่มสร้างโปรตีนเรืองแสงใหม่ที่ตรงกับความต้องการของพวกเขามากขึ้น ถูกคัดออก ข้อบกพร่องที่สำคัญ GFP "ธรรมชาติ" โดยเฉพาะอย่างยิ่งโปรตีนจากแมงกะพรุนเรืองแสงสดใสเมื่อฉายรังสีอัลตราไวโอเลต แต่สำหรับการศึกษาเซลล์ที่มีชีวิตจะดีกว่ามากถ้าใช้แสงที่มองเห็นได้ นอกจากนี้โปรตีน "ธรรมชาติ" ยังเป็น tetramer (โมเลกุลถูกประกอบเป็นกลุ่มสี่กลุ่ม) ลองนึกภาพว่าสายลับสี่คน (GFP) ต้องจับตาดูบุคคลสี่คน (“กระรอกที่ถูกทำเครื่องหมาย”) ขณะจับมือกัน

ด้วยการเปลี่ยนองค์ประกอบโครงสร้างส่วนบุคคลของโปรตีน Tsien และเพื่อนร่วมงานของเขาได้พัฒนาการปรับเปลี่ยน GFP ที่ปราศจากสิ่งเหล่านี้และข้อเสียอื่นๆ อีกหลายประการ ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกใช้สิ่งเหล่านี้ นอกจากนี้ ทีมงานของ Tsien ยังได้สร้าง "สายรุ้ง" ของโปรตีนเรืองแสง ตั้งแต่สีน้ำเงินไปจนถึงม่วงแดง Tsien ตั้งชื่อโปรตีนหลากสีสันของเขาตามผลไม้ที่มีสีตรงกัน: mBanana, tdTomato, mStrawberry (สตรอเบอร์รี่), mCherry (เชอร์รี่), mPlum (พลัม) และอื่นๆ

Tsien จัดทำรายการการพัฒนาของเขาดูเหมือนแผงขายผลไม้ ไม่เพียงแต่เพื่อจุดประสงค์ในการเผยแพร่ให้แพร่หลายเท่านั้น ตามที่เขาพูด เช่นเดียวกับที่ไม่มีผลไม้ที่ดีที่สุดสำหรับทุกกรณี ก็ไม่มีโปรตีนเรืองแสงที่ดีที่สุด: สำหรับแต่ละกรณี คุณต้องเลือกโปรตีน “ของคุณ” (และตอนนี้ก็มีให้เลือกมากมาย) จำเป็นต้องมีคลังแสงโปรตีนหลากสีเมื่อนักวิทยาศาสตร์ต้องการตรวจสอบวัตถุหลายประเภทพร้อมกันในเซลล์เดียว (ซึ่งมักจะเกิดขึ้น)

ขั้นตอนใหม่ในการออกแบบโปรตีนเรืองแสงคือการสร้างโปรตีนที่ พวกมันไม่เรืองแสง (และไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์) จนกว่านักวิจัยจะ "ส่อง" พวกมันด้วยการฉายรังสีระยะสั้นด้วยเลเซอร์ที่คัดสรรมาเป็นพิเศษ ลำแสงเลเซอร์จะคล้ายกับฟังก์ชันไฮไลท์ในการใช้งานคอมพิวเตอร์ หากนักวิทยาศาสตร์ไม่สนใจโมเลกุลโปรตีนทั้งหมด แต่เฉพาะในสถานที่ใดสถานที่หนึ่งและเริ่มต้นจากช่วงเวลาหนึ่งเท่านั้น เขาสามารถ "เลือก" บริเวณนี้โดยใช้ลำแสงเลเซอร์ จากนั้นสังเกตว่าเกิดอะไรขึ้นกับโมเลกุลเหล่านี้ ตัวอย่างเช่น คุณสามารถ "กระตุ้น" โครโมโซมหนึ่งในหลายสิบโครโมโซม จากนั้นดูว่ามัน "เคลื่อนที่" ไปทั่วเซลล์อย่างไรในระหว่างการแบ่งตัว และโครโมโซมที่เหลือจะไม่ขวางทาง

ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์ไปไกลกว่านั้น: เพิ่งสร้างโปรตีนกิ้งก่าเรืองแสงซึ่งหลังจากการฉายรังสีแบบพิเศษเปลี่ยนสีและการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้สามารถย้อนกลับได้: คุณสามารถ "เปลี่ยน" โมเลกุลจากสีหนึ่งไปอีกสีหนึ่งได้หลายครั้ง สิ่งนี้จะขยายความเป็นไปได้ในการศึกษากระบวนการในเซลล์ที่มีชีวิตอีกด้วย

ด้วยการพัฒนาในทศวรรษที่ผ่านมา โปรตีนเรืองแสงได้กลายเป็นหนึ่งในเครื่องมือหลักสำหรับการวิจัยเซลล์ มีบทความทางวิทยาศาสตร์ประมาณหนึ่งหมื่นเจ็ดพันบทความที่ได้รับการตีพิมพ์เกี่ยวกับ GFP เพียงอย่างเดียวหรือการวิจัยโดยใช้มัน ในปี พ.ศ. 2549 ห้องปฏิบัติการฟรายเดย์ฮาร์เบอร์ซึ่งมีการค้นพบ GFP ได้สร้างอนุสาวรีย์ที่แสดงโมเลกุล GFP ซึ่งสูง 1.4 เมตร ซึ่งใหญ่กว่าของเดิมประมาณร้อยล้านเท่า

GFP จากแมงกะพรุน Aequorea เป็นหลักฐานที่ดีที่สุดที่แสดงว่ามนุษย์จำเป็นต้องปกป้องความหลากหลายของสัตว์ป่าสายพันธุ์ที่ "ไร้ประโยชน์" เมื่อยี่สิบปีที่แล้ว ไม่มีใครคาดคิดมาก่อนว่าโปรตีนที่แปลกใหม่จากแมงกะพรุนที่ไม่รู้จักจะกลายเป็นเครื่องมือหลักของชีววิทยาเซลล์แห่งศตวรรษที่ 21 เป็นเวลากว่าร้อยล้านปีที่วิวัฒนาการได้สร้างโมเลกุลที่มีคุณสมบัติพิเศษเฉพาะที่ไม่มีนักวิทยาศาสตร์หรือคอมพิวเตอร์คนใดสามารถสร้าง "ตั้งแต่เริ่มต้น" ได้ พืชและสัตว์แต่ละแสนชนิดสังเคราะห์โมเลกุลทางชีววิทยาของตัวเองหลายพันชนิด ซึ่งส่วนใหญ่ยังไม่ได้มีการศึกษา บางทีเอกสารสำคัญที่มีชีวิตอันกว้างใหญ่นี้อาจมีสิ่งที่มนุษยชาติต้องการในสักวันหนึ่ง

เพิ่มการเข้าถึง” เทคโนโลยีขั้นสูงอณูชีววิทยานำไปสู่ความจริงที่ว่าโปรตีนเรืองแสงเริ่มถูกนำมาใช้ไม่เพียง แต่ในการวิจัยอย่างจริงจังเท่านั้น

น้ำมันหมูเรืองแสงสีเขียว

ในปี 2000 ตามคำร้องขอของศิลปินร่วมสมัย Eduardo Kac นักพันธุศาสตร์ชาวฝรั่งเศส "สร้าง" กระต่ายเรืองแสงสีเขียวชื่ออัลบา การทดลองไม่มีเป้าหมายทางวิทยาศาสตร์: อัลบาเป็น "งานศิลปะ" ของศิลปินแคทซ์ในทิศทางที่เขาคิดค้น - ศิลปะดัดแปลงพันธุกรรม กระต่าย (ขออภัย งานศิลปะของ Katz) ถูกจัดแสดงในนิทรรศการต่างๆ งานแถลงข่าว และกิจกรรมอื่นๆ ซึ่งดึงดูดความสนใจเป็นอย่างมาก

ในปี 2545 อัลบาเสียชีวิตอย่างกะทันหันและมีเรื่องอื้อฉาวเกิดขึ้นเกี่ยวกับสัตว์ที่โชคร้ายในสื่อเนื่องจากความขัดแย้งระหว่างนักวิทยาศาสตร์นักแสดงและศิลปินลูกค้า นักพันธุศาสตร์ชาวฝรั่งเศสปกป้องเพื่อนร่วมงานจากการโจมตีของ Katz โดยแย้งว่าจริงๆ แล้วอัลบาไม่ได้เขียวและส่องสว่างเหมือนที่เธอเห็นในรูปถ่าย แต่หากเรากำลังพูดถึงงานศิลปะ ทำไมไม่ตกแต่งมันโดยใช้ Photoshop ล่ะ?

พันธุวิศวกรรมศาสตร์ของมนุษย์ยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ จรรยาบรรณทางการแพทย์ดังนั้นจึงไม่น่าเป็นไปได้ที่โปรตีนเรืองแสงจะถูกนำมาใช้ในสถาบันทางการแพทย์ที่ถูกกฎหมายเพื่อการวินิจฉัยและวัตถุประสงค์ที่คล้ายกัน อย่างไรก็ตาม สามารถสันนิษฐานได้ว่าร้านเสริมสวยและสถานประกอบการอื่นๆ ที่มีการควบคุมน้อยจะสนใจโอกาสใหม่ๆ ลองนึกภาพเล็บหรือริมฝีปากธรรมชาติ (ไม่มีสารเคลือบเงาหรือลิปสติก!) ซึ่งเปลี่ยนสีตามแสงและแม้กระทั่งเรืองแสงในที่มืดหากใครชอบ... หรือลวดลายบนผิวหนังที่เกิดจากเซลล์เรืองแสงของมันเองซึ่ง จะปรากฏให้เห็นก็ต่อเมื่อคุณฉายแสงด้วยโคมไฟพิเศษแทนรอยสักซึ่งทุกคนมองและลบออกได้ยาก

ข่าวพันธมิตร