Что такое биолюминесцентные водоросли?

Биолюминесцентные водоросли – это группа крошечных морских организмов, которые могут создавать свечение в темноте. Хотя это явление может происходить в любом регионе или на любой глубине моря, некоторые из самых потрясающих случаев происходят на поверхности, когда водоросли подходят близко к берегу, светясь при движении волн или при столкновении с лодками.

Свечение водорослей на самом деле является естественным защитным механизмом; свечение возникает при нарушении среды обитания водорослей. Одноклеточные водоросли, называемые динофлагеллятами, почти всегда являются причиной такого поверхностного свечения. Этот вид известен тем, что формирует одни из самых распространенных биолюминесцентных цветений водорослей. Эти цветущие водоросли – хотя и чрезвычайно красивы, – связаны с вредным воздействием на окружающую среду и могут быть опасно токсичными.

Что такое биолюминесценция?

Биолюминесценция относится к свету, производимому в результате химической реакции, исходящему от живого организма. Она происходит в нескольких морских животных, от бактерий и медуз до ракообразных и морских звезд. По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), 80% животных, которые живут на глубине от 200 до 1000 метров ниже поверхности океана, являются биолюминесцентными (1).

Ученые ранее полагали, что биолюминесценция эволюционировала несколько раз у лучепёрых рыб, но новое исследование морской флоры и фауны показало, что эта способность возникла независимо 27 раз, беря свое начало, по крайней мере, 150 миллионов лет назад (2).

Химическая реакция, отвечающая за эту световую энергию, связана с люциферинами, веществами, которые излучает свет из тела организма, когда они вступают в реакцию с кислородом. Хотя существуют разные типы люциферинов в зависимости от животного, некоторые виды также производят катализатор, называемый люциферазой, который помогает ускорить химическую реакцию.

Биолюминесценция обычно синего цвета, но может также варьироваться от желтого до пурпурного и красного. В морских глубинах биолюминесценция используется как преимущество для выживания, помогая организмам находить пищу, способствуя размножению или, как в случае с биолюминесцентными водорослями, обеспечивая защитный механизм. Биолюминесценция никоим образом не предназначена только для океана; светляки, вероятно, являются наиболее известными организмами, которые используют биолюминесценцию как для предупреждения хищников, так и для привлечения партнеров.

Что вызывает биолюминесценцию?

Биолюминесцентный цвет, возникающий в результате химической реакции, является результатом особого расположения молекул люциферина. Динофлагелляты излучают синий свет с помощью люциферин-люциферазной реакции, которая на самом деле связана с химическим веществом хлорофиллом, содержащимся в растениях. Химическая реакция происходит между катализатором фермента люциферазы и кислородом, когда водоросли сталкиваются в плавающем состоянии в воде. Кислород окисляет молекулы люциферина, в то время как люцифераза ускоряет реакцию и выделяет избыточную энергию в виде света без выделения тепла. Интенсивность, частота, продолжительность и цвет света зависят от вида.

Южная Калифорния каждые несколько лет испытывает «красный прилив», вызываемый организмом Lingulodinium polyedrum, типом динофитовых водорослей. Воды вокруг Сан-Диего днем становятся ржавого цвета, но ночью любое движение (будь то естественное движение волн или скользящая лодка) заставляет водоросли излучать свое фирменное биолюминесцентное свечение.

Это редкое явление можно найти и в разных частях света. Три биолюминесцентных лагуны в Пуэрто-Рико также имеют светящиеся водоросли, хотя один из таких заливов в Лагуна Гранде в Фахардо в последние годы начал тускнеть. Некоторые места, известные своими свечениями, вовсе не вызваны водорослями, как, например, знаменитый залив Тояма в Японии; вода здесь получает свой свет от фосфоресцирующих существ, называемых светлячковыми кальмарами, которые летом стекаются в залив для размножения.

Токсичность

Когда виды биолюминесцентных водорослей, такие как динофлагелляты, становятся широко распространенными, может произойти вредоносное цветение водорослей. Из 17 классов токсинов динофлагеллят два вырабатываются биолюминесцентными видами, и только один из них широко изучен. Большинство ученых согласны с тем, что и биолюминесценция, и токсичность действуют как средства защиты, отпугивающие хищников. Интересно, что у некоторых видов существуют как биолюминесцентные, так и небиолюминесцентные штаммы (3).

Достаточное количество микроскопических водорослей может «распуститься» в большие плотные пятна на поверхности воды. Цветущие ядовитые водоросли выглядят красновато-коричневыми (отсюда и прозвище «красный прилив») днем и ярко-синими ночью. Когда более крупная рыба и моллюски-фильтраторы потребляют токсичные биолюминесцентные водоросли в высоких концентрациях, они могут передать токсичность морским млекопитающим или людям при употреблении в пищу. Опасные уровни токсичных водорослей могут вызвать раздражение кожи, болезнь или даже смерть (4).

В летние месяцы, например, острова Мацзу на Тайване производят большое количество биолюминесцентных водорослей, известных как «голубые слезы». Исследования показали, что количество цветущих токсичных водорослей в Восточно-Китайском море растет с каждым днем. В 2019 году ученые связали феномен голубых слез с отравленными морскими обитателями, поскольку водоросли выделяют аммиак и другие химические вещества во время питания. Разрушительные водоросли были обнаружены в 300 км от берега, что свидетельствует о распространении цветения. Исследователи предположили, что цветение вызвано строительством плотины «Три ущелья» на реке Янцзы (5).

Источник