24.12.2014

Разгадка света светлячков

Светлячки используют быстрое мигание для общения. Эта «биолюминесценция» – любопытное явление, которое имеет много потенциальных вариантов использования, от допинг-контроля до мониторинга загрязнения воды и даже до освещения улиц с помощью светящихся в темноте деревьев и растений. Светлячки излучают свет, когда разрушается соединение под названием люциферин. Мы знаем, что эта реакция нуждается в кислороде, но чего мы не знаем, так это то, как светлячки на самом деле поставляют кислород к своим светоизлучающим клеткам. Используя самые современные техники визуализации, ученые из Швейцарии и Тайваня определили, что светлячки контролируют распределение кислорода, чтобы «зажечь» свои клетки – пишет sciencedaily.com.

Данная работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

Светящийся орган светлячков называется «фонарик», и он находится в животе насекомого. Он выглядит как серия трубок, переходящих в более мелкие и так далее, подобно ветвям дерева, переходящим в прутики. Функция этих труб состоит в подаче кислорода в клетки фонарика, содержащие люциферазу и могущие производить свет. Тем не менее, сложность фонарика светлячков затрудняет глубокое изучение этого механизма и его воспроизведение для технологического применения.

Джорджио Маргаритондо из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL), Екуанг Хву из Академии наук и их коллеги из Национального университета Цинхуа в Тайване успешно использовали два высокотехнологичных метода визуализации, чтобы преодолеть сложность фонарика светлячка и отследить, как кислород подается в светоизлучающие клетки. Методы называются синхротронная фазоконтрастная микротомография и просвечивающая рентгеновская микроскопия. Они способны сканировать до уровня одной клетки, даже позволяя исследователям заглянуть внутрь нее.

Применяя эти методы на живых светлячках, ученые смогли впервые увидеть всю структуру фонарика, а также выполнить количественные оценки распределения кислорода.

Изображения показали, что светлячок отвлекает кислород от других клеточных функций и направляет его в реакцию, которая разрушает люциферин. В частности, исследователи обнаружили, что потребление кислорода в клетке уменьшается, замедляется производство энергии. В то же время, подача кислорода переключается на излучение света.

Это исследование является первым за все время, показавшим фонарик светлячков в таких деталях, одновременно также обеспечивая четкое доказательство того, что он оптимизирован для излучения света, благодаря самым современным техникам, использованным учеными. Но Маргаритондо указывает на еще одно новшество: «Методы, которые мы использовали, имеют преимущество перед, скажем, обычными рентгеновскими снимками, которые не могут легко отличать мягкие ткани. Используя подход, основанный на изменении интенсивности света (фазовый контраст), а не поглощения света (рентген), мы смогли добиться высокого разрешения изображений нежного фонарика светлячка».

Источники:

1. ecoportal.su