![Снимок с длительной выдержкой светящихся светлячков в лесу](https://znanie-svet.ru/wp-content/uploads/2024/05/kak-svetlyachki-svetyatsya.jpg)
Фонарь светлячка, или орган, вырабатывающий свет, помогает этим жукам светиться, чтобы они могли отпугивать хищников и общаться во время ухаживания. (Изображение предоставлено: Тревор Уильямс / Getty Images)
Способность светлячков излучать собственный свет называется биолюминесценцией, которая встречается у некоторых животных, бактерий и грибов по всему миру. Большинство этих существ обитает в пещерах или океанах. Но некоторые из них живут там, где их может увидеть человек, в том числе более 2000 видов жуков, входящих в семейство светлячков.
Итак, мы знаем, как называется этот эффект. Но как светлячки (семейство Lampyridae) создают эти ослепительные зрелища?
По словам Тимоти Фэллона, биохимика-генетика из Калифорнийского университета в Сан-Диего, ключ к их свету – химическая реакция, основанная на соединении под названием люциферин.
Люциферин излучает свет, теряя электроны – этот процесс называется окислением – в присутствии аденозинтрифосфата (АТФ), молекулы, обеспечивающей клетки энергией, и магния. Эта реакция опосредована ферментом люциферазой. У светлячков в брюшке есть световые органы, в которых происходят эти реакции и которые содержат слой кристаллизованной мочевой кислоты, помогающей отражать и усиливать свет. (1)
Подобная система использования люциферина и люциферазы несколько раз самостоятельно эволюционировала у биолюминесцентных животных, в том числе у другой группы светящихся жуков под названием Sinopyrophoridae.
Только в последние несколько сотен лет ученые начали понимать, как некоторые живые существа способны производить свет. Одним из первых в этом направлении продвинулся член Королевского общества XVII века из Оксфорда, который обнаружил, что для свечения биолюминесцентного гриба необходим воздух.
Действительно, кислород является одним из основных ингредиентов биолюминесценции светлячков.
![Крупный план светлячка с зажженным фонарем](https://znanie-svet.ru/wp-content/uploads/2024/05/svetlyachok-svetitsya.webp)
Для свечения светлячкам необходимы люциферин, люцифераза, аденозинтрифосфат (АТФ) и магний. (Изображение предоставлено: Али Мадждфар / Getty Images)
Светиться светлячки начинают рано. Только появившиеся на свет светлячки и даже яйца способны излучать свет, возможно, в качестве сигнала хищникам, что они не будут хорошей пищей, поскольку некоторые из них ядовиты из-за химических веществ, называемых люцибуфагинами, которые они синтезируют из своего рациона. Когда светлячки заканчивают метаморфозу и достигают взрослой стадии, у них появляются новые световые органы. Но в целом система остается прежней: свет поступает из специальных клеток, расположенных в световых органах на нижней стороне тела некоторых светлячков, превращая их в желтые, оранжевые, зеленые или даже синие. (2, 3)
Эти клетки полны люциферина и люциферазы, а также необычайно большого количества митохондрий. Эти крошечные органеллы вырабатывают АТФ, необходимую светлячкам для протекания химических реакций. Светлячки включают и выключают свой свет благодаря поступлению кислорода в эти клетки. Нет кислорода – значит, темнота. Много кислорода? Вы светитесь.
Этот переключатель важен для светлячков, которые, будучи взрослыми, используют мигающие сигналы, чтобы найти подходящего партнера для размножения. Найти себе пару, будучи жуком, бывает непросто, и каждый вид мигающих светлячков выработал свою собственную последовательность световых сигналов, чтобы отличить себя от других. Это делает биолюминесценцию «любовной песней Морзе в свете», – говорит Линн Фауст, независимый исследователь светлячков из Ноксвилла, штат Теннесси, США. «С их чрезвычайно короткой взрослой жизнью поиск пары – это гонка со временем».
Исследователи проделали долгий путь в понимании научных основ биолюминесценции светлячков. Однако бесчисленные виды светлячков остаются незадокументированными в Азии и Африке, и исследователи все еще пытаются понять, как жуки впервые приобрели свою светящуюся в темноте особенность 130–140 миллионов лет назад, говорится в исследовании, опубликованном в базе данных препринтов BioRxiv. (4)
«Самые большие вопросы, на которые нет ответов, – это какие гены участвуют в биолюминесценции?», сказал Фэллон.
Главный прорыв произошел в 1985 году, когда исследователи обнаружили ген, отвечающий за производство люциферазы. Этот фермент теперь используется в биомедицинских исследованиях для искусственного освещения определенных белков в растениях и животных. В 2024 году исследователи из Уханя (Китай) обнаружили еще два гена у Aquatica leii, редкого водного светлячка, которые, как они предполагают, могут иметь расположению фонаря – светящегося органа взрослого светлячка – в брюшной полости и включать гены, генерирующие свет, такие как люцифераза. (5, 6)
Помимо расшифровки биолюминесценции светлячков, ученые все еще изучают, что движет светлячками в дикой природе. В последние годы численность светлячков сократилась из-за светового загрязнения, утраты среды обитания и изменения климата. «Мы так мало знаем о светлячках в их естественной среде обитания», – говорит Фауст. «Как мы можем сохранять и защищать их, если мы едва понимаем их самые основные потребности?»
![Гульнара Дадабаева](https://znanie-svet.ru/wp-content/uploads/2021/04/Gulnara-Dadabayeva.jpg)
Научный писатель, профессиональный зоолог и педагог с более чем 10-летним опытом работы со студентами, учеными и государственными экспертами. Внештатный автор сайта «Знание – свет».