Люминесценция камней. Люминесценция растений

Фотолюминесценция, флуоресценция и люминесценция | Камень

kamni2.ru

Светонакопительная люминесценция растений: дальнейшие размышления

Как я уже писал раньше, растительный мир будущей геологической эры должен отличаться биолюминесценцией. В то время как группа энтузиастов из проекта по созданию светящегося растения "Glowing Plants" думает над биолюминесценцией активной (как у светлячков и планктона), у меня появилась идея: а не получится ли быстрее люминесценция светонакопительная? Ведь для ее реализации не нужно решать сложную генно-инженерную задачу как восстанавливать отработанную люциферазу. Светонакопительный пигмент можно заставить накапливать сами хлоропласты (которые, как известно, занимаются фотосинтезом)! У такого решения есть достоинства: молекулы нового пигмента будут находиться в непосредственной близости от молекул хлорофилла, а значит растению будет дан максимум пользы от собственного свечения. Но есть и недостаток - кольцевой геном хлоропласта хуже, чем ядерный, защищен от мутаций, а значит, возможна внезапная потеря способности светиться через много поколений. Также, пигмент можно встроить в клеточные стенки и кодировать его в ядерном геноме. Или в собственной кольцевой ДНК центриоли.

Теперь о том, что будет светиться. Вещество может быть как органическим (как хлорофилл), так и неорганическим. Неорганические светонакопительные вещества известны уже давно. Вот, например оптимальный вариант - ТАТ 33: "Эффективное время свечения люминофора в темноте - до 8-12 часов" (растение светилось бы до утра!) "Химическая формула: Сплав сложного состава – ( CaAl2O4 ) x : ( Al2O3 ) 1- x , где Х=0,941-0,952". Элементы, в принципе, совершенно не редкоземельные. Кальций и алюминий. Полно в почве. Алюминий, насколько я понял, погуглив, и так содержится в избытке в растениях (до 70% в золе после сжигания), кроме того, он для растения вреден - накапливаясь, мешает росту, так что растению создается возможность с пользой (дополнительный фотосинтез в темное время) утилизировать лишний алюминий! Остается одно "но" - активатор. Как правило, это редкоземельный элемент, незначительная примесь которого вносит деформацию в кристаллическую решетку. В кальциево-алюминиевом светонакопителе для этой цели обычно добавляют стронций, не самый редкоземельный, наивысшие показатели его концентрации - как раз в лесных почвах. Но как организовать транспорт всех необходимых веществ в нужной пропорции и их кристаллизацию? Не проще ли всё-таки закодировать синтез органической молекулы? Например, заменяющую естественные каротиноиды, которые окружают молекулу хлорофилла. Или модифицировать нужным образом сам хлорофилл, который, модифицированый, производился бы хлоропластами наряду с обычным... И точно: если погуглить, можно найти некоторые сведения о том, что природный хлорофилл уже обладает некоторой способностью к флюоресценции и даже фосфоресценции в ИК диапазоне. Дело остается только за оптимизацией хлорофилла!

Удивительные свойства светонакопительных растений будут заключаться в том, что их пигмент продолжит работать даже после прекращения жизнедеятельности клеток - в засушенных букетах, в опавших листьях, выжатом соке или будучи съеденным животными. Поэтому возможно появление (или умышленное создание) светящихся насекомых, например, бабочек со светящимися рисунками на крыльях - за счет того, что те питались на светящихся растениях (сейчас бабочки таким образом накапливают яд в теле, питаясь на ядовитых кормовых растениях на стадии гусеницы) Для растений же с активной биолюминесценцией такой номер не пройдет!

amrunnor.livejournal.com

Люминесценция: виды, методы, применение. Термостимулированная люминесценция

Люминесценция – это излучение света определенными материалами в относительно холодном состоянии. Она отличается от излучения раскаленных тел, например горящего дерева или угля, расплавленного железа и проволоки, нагреваемой электрическим током. Излучение люминесценции наблюдается:

• в неоновых и люминесцентных лампах, телевизорах, радарах и экранах флюороскопов;
• в органических веществах, таких как люминол или люциферин в светлячках;
• в некоторых пигментах, используемых в наружной рекламе;
• при молнии и северном сиянии.

Во всех этих явлениях световое излучение не является результатом нагревания материала выше комнатной температуры, поэтому его называют холодным светом. Практическая ценность люминесцентных материалов заключается в их способности трансформировать невидимые формы энергии в видимое излучение.

Источники и процесс

Явление люминесценции происходит в результате поглощения материалом энергии, например, от источника ультрафиолетового или рентгеновского излучения, пучков электронов, химических реакций и т. д. Это приводит атомы вещества в возбужденное состояние. Так как оно неустойчиво, материал возвращается в свое исходное состояние, а поглощенная энергия выделяется в виде света и/или тепла. В процессе задействованы только внешние электроны. Эффективность люминесценции зависит от степени превращения энергии возбуждения в свет. Число материалов, обладающих достаточной для практического применения эффективностью, относительно небольшое.

Люминесценция и накаливание

Возбуждение люминесценции не связано с возбуждением атомов. Когда горячие материалы начинают светиться в результате накаливания, их атомы находятся в возбужденном состоянии. Хотя они вибрируют уже при комнатной температуре, этого достаточно, чтобы излучение происходило в дальней инфракрасной области спектра. С повышением температуры частота электромагнитного излучения смещается в видимую область. С другой стороны, при очень высоких температурах, которые создаются, например, в ударных трубах, столкновения атомов могут быть настолько сильными, что электроны отделяются от них и рекомбинируют, испуская свет. В этом случае люминесценция и накаливание становятся неразличимыми.

Люминесцентные пигменты и красители

Обычные пигменты и красители обладают цветом, так как они отражают ту часть спектра, которая комплементарна поглощенной. Небольшая часть энергии преобразуется в тепло, но заметного излучения не происходит. Если, однако, люминесцентный пигмент поглощает дневной свет на определенном участке спектра, он может излучать фотоны, отличающиеся от отраженных. Это происходит в результате процессов внутри молекулы красителя или пигмента, благодаря которым ультрафиолет может быть преобразован в видимый, например, синий свет. Такие методы люминесценции используются в наружной рекламе и в стиральных порошках. В последнем случае «осветлитель» остается в ткани не только для отражения белого, но и для преобразования ультрафиолетового излучения в синий цвет, компенсирующий желтизну и усиливающий белизну.

Ранние исследования

Хотя молнии, северное сияние и тусклое свечение светлячков и грибов всегда были известны человечеству, первые исследования люминесценции начались с синтетического материала, когда Винченцо Каскариоло, алхимик и сапожник из Болоньи (Италия), в 1603 г. нагрел смесь сульфата бария (в виде барита, тяжелого шпата) с углем. Порошок, полученный после охлаждения, ночью испускал голубоватое свечение, и Каскариоло заметил, что оно может быть восстановлено путем воздействия на порошок солнечного света. Вещество было названо «ляпис солярис», или солнечный камень, потому что алхимики надеялись, что оно способно превращать металлы в золото, символом которого является солнце. Послесвечение вызвало интерес многих ученых того периода, дававших материалу и другие названия, в том числе «фосфор», что означает «носитель света».

Сегодня название «фосфор» используется только для химического элемента, в то время как микрокристаллические люминесцирующие материалы называются люминофором. «Фосфор» Каскариоло, по-видимому, был сульфидом бария. Первым коммерчески доступным люминофором (1870 г.) стала «краска Бальмена» - раствор сульфида кальция. В 1866 году был описан первый стабильный люминофор из сульфида цинка – один из важнейших в современной технике.

Одно из первых научных исследований люминесценции, проявляющейся при гниении древесины или плоти и в светлячках, было выполнено в 1672 году английским ученым Робертом Бойлем, который, хотя и не знал о биохимическом происхождении этого света, тем не менее установил некоторые из основных свойств биолюминесцентных систем:

• свечение холодное;
• оно может быть подавлено такими химическими агентами, как спирт, соляная кислота и аммиак;
• излучение требует доступа к воздуху.

В 1885-1887 годах было замечено, что неочищенные экстракты, полученные из вест-индийских светлячков (огненосных щелкунов) и из моллюсков фолад, при смешивании производят свет.

Первыми эффективными хемилюминесцентными материалами были небиологические синтетические соединения, такие как люминола, открытая в 1928 году.

Хеми- и биолюминесценция

Большая часть энергии, выделяющейся в химических реакциях, особенно реакциях окисления, имеет форму тепла. В некоторых реакциях, однако, ее часть используется для возбуждения электронов до более высоких уровней, а во флуоресцентных молекулах до возникновения хемилюминесценции (ХЛ). Исследования показывают, что ХЛ является универсальным явлением, хотя интенсивность люминесценции бывает настолько мала, что требуется использование чувствительных детекторов. Есть, однако, некоторые соединения, которые демонстрируют яркую ХЛ. Наиболее известным из них является люминол, который при окислении пероксидом водорода может давать сильный синий или сине-зеленый свет. Другие сильные ХЛ-вещества – люцигенин и лофин. Несмотря на яркость их ХЛ, не все они эффективны при преобразовании химической энергии в световую, т. к. менее 1 % молекул излучают свет. В 1960-е годы было обнаружено, что сложные эфиры щавелевой кислоты, окисленные в безводных растворителях в присутствии сильно флуоресцирующих ароматических соединений, излучают яркий свет с эффективностью до 23 %.

Биолюминесценция представляет собой особый тип ХЛ, катализируемой ферментами. Выход люминесценции таких реакций может достигать 100 %, что означает, что каждая молекула реагирующего люциферина переходит в излучающее состояние. Все известные сегодня биолюминесцентные реакции катализируются реакциями окисления, протекающими в присутствии воздуха.

Термостимулированная люминесценция

Термолюминесценция означает не температурное излучение, но усиление светового излучения материалов, электроны которых возбуждены под действием тепла. Термостимулированная люминесценция наблюдается у некоторых минералов и прежде всего у кристаллофосфоров после того, как они были возбуждены светом.

Фотолюминесценция

Фотолюминесценция, которая возникает под действием электромагнитного излучения, падающего на вещество, может производиться в диапазоне от видимого света через ультрафиолетовый до рентгеновского и гамма-излучения. В люминесценции, вызванной фотонами, длина волны излучаемого света, как правило, равна или больше длины волны возбуждающего (т. е. равной или меньшей энергии). Эта разница в длине волны обусловлена ​​преобразованием поступающей энергии в колебания атомов или ионов. Иногда, при интенсивном воздействии лучом лазера, испускаемый свет может иметь более короткую длину волны.

Тот факт, что ФЛ может возбуждаться под действием ультрафиолетового излучения, был обнаружен немецким физиком Иоганном Риттером в 1801 г. Он заметил, что люминофоры ярко светятся в невидимой области за фиолетовой частью спектра, и таким образом открыл УФ-излучение. Превращение УФ в видимый свет имеет большое практическое значение.

Гамма- и рентгеновские лучи возбуждают кристаллические люминофоры и другие материалы до состояния люминесценции путем процесса ионизации с последующей рекомбинацией электронов и ионов, в результате чего и происходит люминесценция. Применение она находит во флюороскопах, используемых в рентгенодиагностике, и в сцинтилляционных счетчиках. Последние регистрируют и измеряют гамма-излучение, направленное на диск, покрытый люминофором, который находится в оптическом контакте с поверхностью фотоумножителя.

Триболюминесценция

Когда кристаллы некоторых веществ, например сахара, измельчаются, видны искры. То же наблюдается у многих органических и неорганических веществ. Все эти виды люминесценции порождаются положительными и отрицательными электрическими зарядами. Последние производятся за счет механического разделения поверхностей и в процессе кристаллизации. Световое излучение затем происходит путем разряда – либо непосредственного, между фрагментами молекул, либо через возбуждение люминесценции атмосферы вблизи отделенной поверхности.

Электролюминесценция

Как и термолюминесценция, термин электролюминесценция (ЭЛ) включает в себя разные виды люминесценции, общей чертой которых является то, что свет излучается при электрическом разряде в газах, жидкостях и твердых материалах. В 1752 г. Бенджамин Франклин установил люминесценцию молнии, вызванную электрическим разрядом через атмосферу. В 1860 году в Лондонском королевском обществе впервые была продемонстрирована разрядная лампа. Она производила яркий белый свет при разряде высокого напряжения через двуокись углерода при низком давлении. Современные люминесцентные лампы основаны на комбинации электролюминесценции и фотолюминесценции: атомы ртути в лампе возбуждаются электрическим разрядом, испускаемое ими ультрафиолетовое излучение преобразуется в видимый свет с помощью люминофора.

ЭЛ, наблюдаемая у электродов при электролизе, обусловлена ​​рекомбинацией ионов (следовательно, это своего рода хемилюминесценция). Под действием электрического поля в тонких слоях люминесцирующего сульфида цинка происходит излучение света, которое также называют электролюминесценцией.

Большое количество материалов испускает свечение под воздействием ускоренных электронов – алмаз, рубин, кристаллический фосфор и некоторые комплексные соли платины. Первое практическое применение катодолюминесценции – осциллограф (1897). Аналогичные экраны, использующие улучшенные кристаллические люминофоры, используются в телевизорах, радарах, осциллографах и электронных микроскопах.

Радиолюминесценция

Радиоактивные элементы могут испускать альфа-частицы (ядра гелия), электроны и гамма-лучи (высокоэнергетическое электромагнитное излучение). Радиационная люминесценция – это свечение, возбуждаемое радиоактивным веществом. Когда альфа-частицы бомбардируют кристаллический фосфор, под микроскопом видны крошечные мерцания. Этот принцип использовал английский физик Эрнест Резерфорд, чтобы доказать, что атом обладает центральным ядром. Самосветящиеся краски, используемые для маркировки часов и других инструментов, действуют на основе РЛ. Они состоят из люминофора и радиоактивного вещества, например трития или радия. Впечатляющая естественная люминесценция – это северное сияние: радиоактивные процессы на Солнце выбрасывают в пространство огромные массы электронов и ионов. Когда они приближаются к Земле, ее геомагнитное поле направляет их к полюсам. Газоразрядные процессы в верхних слоях атмосферы и создают знаменитые полярные сияния.

Люминесценция: физика процесса

Излучение видимого света (т. е. с длинами волн между 690 нм и 400 нм) требует энергии возбуждения, минимум которой определяется законом Эйнштейна. Энергия (Е) равна постоянной Планка (h), умноженной на частоту света (ν) или на его скорость в вакууме (с), деленную на длину волны (λ): E = hν = hc / λ.

Таким образом, энергия, необходимая для возбуждения, колеблется в пределах от 40 килокалорий (для красного) до 60 килокалорий (для желтого) и 80 килокалорий (для фиолетового) на моль вещества. Другой способ выражения энергии – через электрон-вольты (1 эВ = 1,6 × 10-12 эрг) – от 1,8 до 3,1 эВ.

Энергия возбуждения передается электронам, ответственным за люминесценцию, которые перескакивают со своего основного энергетического уровня на более высокий. Эти состояния определяются законами квантовой механики. Различные механизмы возбуждения зависят от того, происходит ли оно в одиночных атомах и молекулах, в комбинациях молекул или в кристалле. Они инициируются посредством воздействия ускоренных частиц, таких как электроны, положительные ионы или фотоны.

Часто энергия возбуждения значительно выше необходимых для поднятия электрона до уровня излучения. Например, свечение кристаллов люминофора в телевизионных экранах производится катодными электронами со средними энергиями 25000 электрон-вольт. Тем не менее цвет люминесцентного света почти не зависит от энергии частиц. На него влияет уровень возбужденного состояния энергии кристаллических центров.

Люминесцентные лампы

Частицы, из-за которых возникает люминесценция, – это внешние электроны атомов или молекул. В люминесцентных лампах, например, атом ртути возбуждается под воздействием энергии 6,7 эВ или более, поднимая один из двух внешних электронов на более высокий уровень. После его возвращения в основное состояние разница в энергии излучается в виде ультрафиолетового света с длиной волны 185 нм. Переход между другим уровнем и базовым производит ультрафиолетовое излучение при 254 нм, которое, в свою очередь, может возбуждать другие люминофоры, генерирующие видимый свет.

Это излучение особенно интенсивно при низких давлениях паров ртути (10-5 атмосферы), используемых в газоразрядных лампах низкого давления. Таким образом около 60 % энергии электронов преобразуется в монохроматический УФ-свет.

При высоком давлении частота увеличивается. Спектры больше не состоят из одной спектральной линии 254 нм, а энергия излучения распределена по спектральным линиям, соответствующим различным электронным уровням: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 и 578 нм. Ртутные лампы высокого давления используют для освещения, так как 405–546 нм соответствуют видимому голубовато-зеленому свету, а при трансформации части излучения в красный свет с помощью люминофора в итоге получается белый.

Когда молекулы газа возбуждаются, их спектры люминесценции показывают широкие полосы; не только электроны поднимаются на уровни более высокой энергии, но одновременно возбуждаются колебательные и вращательные движения атомов в целом. Это происходит потому, что колебательные и вращательные энергии молекул составляют 10-2 и 10-4 от энергий переходов, которые, складываясь, образуют множество немного отличающихся длин волн, составляющих одну полосу. В более крупных молекулах есть несколько перекрывающих друг друга полос, по одной для каждого вида перехода. Излучение молекул в растворе преимущественно лентовидное, что вызвано взаимодействием относительно большого числа возбужденных молекул с молекулами растворителя. В молекулах, как и в атомах, в люминесценции участвуют внешние электроны молекулярных орбиталей.

Флуоресценция и фосфоресценция

Эти термины можно различать не только на основании длительности свечения, но и по способу его производства. Когда электрон возбуждается до синглетного состояния со сроком пребывания в нем 10-8 с, из которого он может легко вернуться в основное, вещество излучает свою энергию в виде флуоресценции. Во время перехода спин не изменяется. Базовое и возбужденное состояния имеют подобную кратность.

Электрон, однако, можно поднять на более высокий энергетический уровень (называемый "возбужденное триплетное состояние") с обращением его спина. В квантовой механике переходы из триплетных состояний в синглетные запрещены, и, следовательно, время их жизни значительно больше. Поэтому люминесценция в этом случае имеет гораздо более длительный срок: наблюдается фосфоресценция.

fb.ru

Биолюминесценция в океане и на суше

Биолюминесценция — процесс образования света организмом или в искусственной системе, в которую вовлечены живые организмы. Это может быть призрачным свечением бактерий на гниющем мясе рыбы, мерцающая фосфоресценция простейших тропического моря, либо сигналы светлячков. Данный феномен встречается в единичных случаях у различных представителей живой природы, бактерий, грибов, насекомых, морских беспозвоночных и рыб, однако никогда не наблюдается у растений, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих. Биолюминесценция является результатом химической реакции (хемилюминесценции), при которой превращение химической в лучистую энергию осуществляется напрямую с КПД 100%. Процесс сопровождается очень незначительным выделением тепла, поэтому его называют холодным свечением.

Значение биолюминесценции в поведении

Свечение выполняет сигнальную функцию, связанную с защитой, воспроизводством и привлечением добычи, и в некоторых случаях играет роль в освещении пути. Например, некоторые кальмары выделяют светящееся облако для запутывания хищника и последующего скрытия. Многие глубоководные рыбы болтают светящимся выростом, как наживкой для приманивания жертвы, для маскировки и запутывания врагов, а также для освещения пути.

Биолюминесценция незаменима для многих организмов, использующих световые сигналы для привлечения конспецифичных видов и спаривания. У Photinus pyralis, Североамериканского светлячка, самцы спонтанно мерцают в полете, при этом каждые 5,5 секунды испускаются короткие (0,3 сек) вспышки (температура среды — 25° C). Самки наблюдают с поверхности воды, и, заметив вспышку, также испускают привлекающий сигнал с интервалом 2 секунды. Самка неспособна идентифицировать самца по характеру его вспышек, поэтому именно мужские особи различают специфичные сигналы особей противоположного пола по характерным интервалам и, таким образом, разыскивают их. Кроме того, очень важным оказывается время между подачей вспышки самцом и ответом самки. Многие другие виды светлячков используют аналогичную систему сигнализации. Вероятно, у видов имеются различия в цвете холодного свечения.

Светящиеся анчоусы (Myctophidae), рыбы топорики(Stomiiformes, Sternoptychidae) и другие глубоководные животные демонстрируют различный тип мерцающего узора на теле. Свечение вызывают множество фотофоров, в большинстве случаев, расположенных на вентральной (брюшко) и боковой поверхности тела, и, тем самым, обеспечивающих излучение вниз и по бокам. Предполагается, что свет от фотофор соответствует интенсивности солнечного света, доходящего сверху, позволяя скрыть тень рыбы от хищников, расположенных ниже.

Некоторые светящиеся анчоусы также могут обладать большим носовым органом, а другие иметь светящуюся область на хвосте. У глубоководного морского черта (Lophiidae) передняя часть спинного плавника, если он присутствует, расположена прямо над пастью и имеют форму «удочки» с приманкой для привлечения добычи. Именно эта особенность дала таксону название Удильщикообразные.

Значение биолюминесценции в метаболизме

Функцию биолюминесценции в жизни низших организмов, таких как бактерии, динофлагеллят и грибов сложно разглядеть. Ясность в данный вопрос вносят некоторые наблюдения. В частности, сияние бактерий прекращается при удалении кислорода из среды, что свидетельствует о вовлечении реакций, сопровождаемых биолюминесценцией, в ликвидацию токсичного для анаэробных организмов кислорода. Лучистая энергия появляется в результате взаимодействия кислорода с люциферином. Большинство светящихся одноклеточных позднее смогли использовать кислород, однако способность к люминесценции сохранилась.

Разновидности биолюминесцирующих организмов

Способностью к люминесценции обладают различные таксономические группы, однако определить закономерность её распределения очень сложно. Многие креветки могут светиться, однако науке не известны светящиеся крабы. Известно множество люминесцирующих кальмаров и только один осьминог (Callistoctopus arakawai в Японии). Среди двупарноногих и многоножек нередки светящиеся виды, но они не обнаруживаются у скорпионов и пауков. Чрезвычайно большое количество грибов и бактерий обладают биолюминесценцией, однако нет ни одного растения с подобной способностью.

Практически половина типов живых существ включает люминесцирующие формы, но количество этих видов очень мало по сравнению с общим разнообразием видов. Простейшие не так богаты светящимися формами, которые, тем не менее, изобилуют по своей биомассе, особенно в тропических морях. Фактически, подавляющее большинство всех светящихся организмов являются морскими.

Поверхность океана в тропических областях богата одноклеточным люминесцирующим фитопланктоном, преимущественно, динофлагеллятами, которые начинают блестеть, как только подвергаются механическому воздействию, например, взбалтывание волнами, столкновением о берег или прикосновении рукой. Помимо них имеется макропланктон, представленный, в частности, видами Pyrosoma. Прозрачные колонии Pyrosoma достигают 3-10 см в диаметре, тогда как длина единичной клетки составляет 5 мм.

Все люминесцирующие бактерии являются морскими организмами, потому что нуждаются в соли для своего развития и свечения. Среди них распространены роды Vibrio и Photobacterium. Не смотря на то, что эти бактерии могут иметь различную форму, они никогда не образуют цепей. Конечно, излучение от одной клетки нельзя увидеть невооруженным глазом, однако свет от культуры на агаре или в растворе, содержащим миллионы бактерий, хорошо виден. Данное свечение продолжительное и имеет синеватый оттенок. Многие люминесцирующие бактерии являются симбионтами рыб и кальмаров.

К люминесцирующим одноклеточным организмам относятся грибы, беловатые скопления которых часто обнаруживается на гниющей коре в лесу. Данные организмы предпочитают тенистые влажные места, поэтому они обитают преимущественно в тропиках. Спектр излучения грибов варьирует от синего до зеленого и желтого в зависимости от вида. В качестве примера можно привести Pleurotus lampas из Австралии и Clitocybe illudens из Соединенных Штатов, достигающих 13 см в диаметре.

Среди ракообразных наибольшее количество светящихся видов представлено у веслоногих рачков (Copepoda), креветок и остракод. Люминесцирующие копеподы обитают как на поверхности воды, так и на морских глубинах. Они представлены, главным образом, двумя основными группами, Pleuromma и Metridia. Некоторые креветки (Hoplophorus) образуют светящийся секрет из специального органа, в то время как у других имеется светящийся орган (фотофоры), состоящий из линзы, отражателя и порождающих лучистую энергию фотогенных клеток. Три или четыре вида остракод рода Cypridina являются люминесцирующими. Среди них наиболее известен Cypridina hilgendorfii (или Vargula hilgendorfii с 1962 года), обитающий в прибрежных водах и песке Японии. Этот крохотный, покрытый раковиной, организм, будучи потревоженным, выделяет в воду синий светящийся секрет.

Кишечнополостные, в частности, медузы, гребневики и плавающие, прозрачные сифонофоры (Siphonophora) также вносят существенный вклад в освещение мирового океана. Значительная часть опушенных, донных морских перьев (Pennatula), морских кактусов (Cavernularia) и морских фиалок (Renilla) являются колониальными организмами, которые освещаются сверху вниз при ударе о них волн. Данное свечение находится под контролем нервной системы.

Среди кольчатых червей (Annelida), как морские, так и наземные черви включают люминесцирующие виды. Odontosyllis, огненные черви с Бермуд, за несколько дней после полнолуния собираются в большие скопления. Самки около 2 см в длину выбираются на поверхность сразу после захода солнца и плавают кругами, рассеивая люминесцирующий секрет. Более мелкие самцы находят женских особей и спариваются с ними. Они также испускают свечение, которое, однако, прерывистое и находится внутри клеток. Неизвестно, вносит ли свет какой-либо вклад в размножение, но другие, не люминесцирующие виды Odontosyllis, спариваются аналогичным образом.

Среди люминесцирующих кольчатых червей можно также выделить Polynoe и Polycirrus, обитающих в песке или скалах, а также Chaetopterus, проводящих большую часть своей жизни в трубке из пергаментной мембраны с двумя открытыми концами. Представители последнего начинают светиться, будучи потревоженными, однако целесообразность этого явления неизвестна.

Люминесцирующие моллюски представлены Pholas (двустворчатые), Phyllirrhoe (морские гастроподы отряда Nudibranchia), Planaxis (морские гастроподы), Latia (пресноводное блюдечко) и кальмар (головоногие)

Морские глубоководные рыбы и кальмары демонстрируют наиболее изощренные светящиеся органы, состоящие из фотогенных клеток, отражателя, линз и, в некоторых случаях, светофильтров. Кальмары (Oegopsida), обитающие в открытом океане, например, Lycoteuthis, Histioteuthis, и Enoploteuthis, на 75% самоизлучают. То есть лучистая энергия образуется не в результате симбиотических бактерий, а в результате внутренней биохимической реакции. У глубоководных кальмаров светоизлучающий орган часто обнаруживается на веках или прямо на глазных яблоках. В некоторых случаях, в частности, у вида Watasenia scintillans, светоизлучающий орган находится также на конце щупальцев и других участках тела.

Наиболее знаменитыми люминесцирующими рыбами являются удильщиковые, рыбы-топорики и фонарики. У большинства таких рыб свет образуется в результате химической реакции внутри фотоцитов. Их светоизлучающие органы, во многих случаях, схожи с аналогичными по функции структурами кальмара и включают линзы, светоизлучающее тело, светофильтр и отражатель. Глубоководные рыбы имеют фотофоры вдоль тела, под глазами и часто на усиках или антеннах. Как правило, интенсивность свечения регулируется центральной нервной системой, и после смерти рыбки она быстро снижается. Неизвестно, развиваются ли фотоактивные элементы вместе с ростом рыбы, либо они аккумулируются при её кормлении. Второй вариант предполагает использование в рационе питания ракообразных, например, Cypridina, содержащих в своем составе светоизлучающие компоненты.

Некоторые роды глубоководных и несколько семейств мелководных рыб продуцируют лучистую энергию, благодаря симбиотическим люминесцирующим бактериям, находящихся в специальном органе. Последний обильно снабжается кровью, питающей и поддерживающей рост бактерий. Это свидетельствует о возможном инфицировании определенных видов рыб специфическими штаммами одноклеточных организмов. Не смотря на то, что симбиотический фотоактивный орган функционирует непрерывно, интенсивность излучения регулируется меланофорами, выстилающими его, либо черной мембраной, которая способна механически натекать на орган. В первом случае, контроль освещенности осуществляется сокращением или расширением меланофоров или пигментных гранул.

Хорошо известная рыба-фонарь (Photoblepharon) из Индонезии имеет большой фотофор под глазом. Свет гасится, когда фотофор прикрывается складкой черной кожи.

Некоторые рыбки, например, рода Leiognathus, Acropoma и Archamia, обладают встроенным в ткани фотофором, связанным с кишечником по средством тонкой трубки. При этом излучение проходит через прозрачный киль и вентральные (расположенные на брюшной поверхности) мышцы.

Среди других высших животных подтипа хордовых Оболочники (Tunicata) имеют светоизлучающий орган.

Люминесцирующие наземные животные никак не связаны с конкретной областью обитания, но практически всегда они активны ночью. Многоножки Orphaneus, широко представленные в тропической Азии, и Luminodesmus sequoiae с гор Сьерра-Невады выделяют светящийся секрет из каждого сегмента тела. На территориях Новой Зеландии и Австралии в пещерах и гротах распространены грибные комарики Arachnocampa luminosa, личинки которых испускают зеленовато-синее свечение с конца своего брюшка. Жуки, включающие светлячков и щелкунов Pyrophorus, а также личинки светлячков и светляков светятся.

У большинства биолюминесцирующих организмов важными светоизлучающими компонентами являются окисляемая органическая молекула люциферин и фермент люцифераза, которые видоспецифичны.

Люциферины представлены 5 основными типами: люциферин светлячка; люциферин бактерий, обнаруживаемый также у кальмаров и рыб, содержит длинноцепочечный альдегид и восстановленный рибофлавин-фосфат; люциферин динофлагеллят (простейших и некоторых морских ракообразных), ответственный за фосфоресценцию океана, является производным хлорофилла; целентеразин обнаружен у радиолярий, ктенофор, книдарий, кальмаров, копепод, щетинкочелюстных, рыб и креветок; варгулин — имидазолопиразин, обнаружен у ракушковых и некоторых глубоководных рыб.

Реакция, в которой при участии катализатора люциферазы, происходит окисление люциферина, сопровождается свечением. У светлячков процесс запускается взаимодействием АТФ с люциферазой, ионами магния и люциферином с образованием комплекса люцифераза-люциферин-аденилат и фосфата. Этот комплекс реагирует с молекулами кислорода. За счет окисления комплекс переходит в высокоэнергитичесое состояние и затем восстанавливается с выделением фотонов.

Люминесцирующие бактерии используют ферментативное окисление флавин-мононуклеатида. Во время реакции люцифераза взаимодействует с флавин-мононуклеатидом и кислородом, что приводит к образованию долгоживущего комплекса. Для выделения фотонов последний реагирует с длинноцепочечным алифатическим альдегидом (деканал).

——

http://www.britannica.com/EBchecked/topic/66087/bioluminescence

http://www.earthlife.net/fish/light.html

aquavitro.org

БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ | Энциклопедия Кругосвет

БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ, видимое свечение некоторых живых организмов. Биолюминесценция – результат биохимической реакции, в которой химическая энергия возбуждает специфическую молекулу и та излучает свет.

Происхождение.

Особенностью биолюминесцентных систем является то, что они не закреплялись в филогенезе (т.е. эволюционно). Большинство из них возникло у разных животных независимо, и потому они сильно различаются как с биологической, так и с химической точки зрения. Таким образом, в противоположность многим структурным белкам и ферментам (таким, как гистоны, цитохромы или мышечные белки), сходным у филогенетически далеких форм, субстраты и ферменты биолюминесцентных систем у разных животных, способных к светоизлучению, совершенно различны.

Известно по крайней мере 30 случаев возникновения биолюминесценции в процессе эволюции. И хотя каждая из биолюминесцентных систем формировалась самостоятельно, имеются примеры сходства между ними. Некоторые из таких примеров могут объясняться общностью факторов питания, другие – латеральным переносом генов или конвергенцией (совпадением) независимо развившихся признаков.

Физика и химия.

Некоторые физические и химические особенности являются общими для всех биолюминесцентных реакций. Излучаемый свет не зависит от света или другой энергии, непосредственно поглощаемой организмом. Он также не связан с термическим возбуждением при высокой температуре.

Биолюминесценция – это хемилюминесцентная реакция, в которой химическая энергия превращается в световую. В ходе реакции субстрат (люциферин) окисляется под действием фермента (люциферазы). Люциферины и люциферазы у разных организмов химически различаются, однако все хемилюминесцентные реакции требуют молекулярного кислорода и протекают с образованием промежуточных комплексов – органических пероксидных соединений. При распаде этих комплексов высвобождается энергия, возбуждающая молекулы вещества, ответственного за светоизлучение.

От энергии светового кванта (фотона) зависит частота испускаемого света (т.е. его цвет). Поскольку люциферины у животных разные, излучаемый свет варьирует от синего (у морских водорослей динофлагеллат) до зеленого (у медузы), желтого (у светляков) и красного (у личинки южно-американского жука Phrixothrix). Соответствующие этим цветам энергии фотонов составляют от 70 (для голубого света) до 40 (для красного) килокалорий (ккал) на 1 эйнштейн (6ґ1023 фотонов). Такая энергия, высвобождаемая одноактно, значительно превышает энергию большинства биохимических реакций, в том числе распад высокоэнергетической молекулы аденозинтрифосфата (АТФ, 7 ккал).

Организмы, светоизлучение и биохимия.

Люминесценция встречается у эволюционно разнородных групп организмов, в том числе у некоторых бактерий, грибов, водорослей, кишечнополостных, червей, моллюсков, насекомых и даже рыб, но не наблюдается у более высокоорганизованных животных. Проявление и регуляторные механизмы люминесценции у этих организмов разнятся, как различны по характеру и фотофоры (структуры) и фотоциты (клеточные типы), ответственные за эти процессы. Существует 30 типов биолюминесцентных систем, из них детально изучены менее десяти. Пять таких типов описаны ниже.

Бактерии.

Люминесцентные бактерии обитают в морской воде и реже – на суше. Их легко вырастить в чашках с агаром. Такие бактерии бывают также симбионтами некоторых морских рыб и кальмаров, живущими в специальных световых органах. Часто они существуют как кишечные бактерии у многих морских видов, иногда как паразиты у ракообразных, как сапрофиты – на останках животных. Бактерии светятся голубым светом, испускаемым молекулой флавина. (Окисление альдегида и восстановление молекулы рибофлавинфосфата сопровождаются возбуждением флавина.) Там, где бактерии существуют как симбионты, свечение может регулироваться хозяином. См. также СИМБИОЗ.

Динофлагеллаты.

Динофлагеллаты – одноклеточные водоросли, со свечением которых связаны, например, фосфоресценция океана и знаменитые фосфоресцирующие пляжи Карибского побережья. Динофлагеллаты «вспыхивают» при появлении ряби на воде, например от лодки. Свет исходит из органелл (сцинтиллонов) – специализированных структур в цитоплазме. Органеллы «вклиниваются» в кислотную вакуоль и начинают светиться при изменении pH в момент возбуждения. Присутствующий в них люциферин является тетрапирролом, сходным с хлорофиллом; при катализе люциферазой он реагирует с кислородом, испуская голубое свечение. См. также КАТАЛИЗ; КЛЕТКА; ЦИТОЛОГИЯ.

Ракообразные.

Люминесценция может быть и внеклеточной. Ракообразные Vargula, обитающие в водах Японии, – типичный пример свечения такого типа. Эти животные выделяют раздельно (из разных желез) люциферин и люциферазу, и в воде в результате их взаимодействия возникает люминесценция. Во время Второй мировой войны японцы использовали сухих рачков как слабые источники света на позициях. Раздавливая нескольких таких рачков в руке и смачивая их слюной, они получали свечение, достаточное для чтения карт и донесений, но незаметное для противника. Высушенные рачки применялись также для получения люциферазы и люциферина в очищенном виде.

Кишечнополостные.

Многие медузы, такие, как Aequorea, светятся зелеными вспышками. В этом случае стимулятором является ион Ca++, реагирующий с люциферин-люциферазным пероксидным комплексом. Этот комплекс (фотобелок), известный как экворин, может быть выделен и очищен в бескальциевой среде. Экворин используется для анализа изменений внутриклеточной концентрации Ca++, например, при оплодотворении яйцеклетки или сокращении мышечных клеток. Люциферин у Aequorea подобен люциферину у Vargula.

Светляки.

Светляки излучают в основном желтый свет. Они живут на многих континентах, и часто их свечение можно наблюдать на больших пространствах полей и лесов в Северной Америке; с ним связаны и эффектные синхронные световые вспышки, известные в Юго-Восточной Азии. Свечение запускается нервным импульсом, однако природа запускающего процесс вещества пока неизвестна; полагают, что им может быть кислород. Люциферин у светляков – бензотиазол. Светоизлучение возникает при распаде циклического пероксида, синтез которого требует АТФ, люциферина и кислорода.

Использование люминесценции животными.

Функциональная роль биолюминесценции может быть разной, но в большинстве случаев она связана с такими аспектами поведения, как нападение, защита и коммуникация. Использование для коммуникации свойственно светлякам, у которых видоспецифические вспышки служат сигналами при ухаживании и спаривании. Vargula использует люминесценцию для отвлечения и отпугивания хищника. Подобным образом ведет себя и глубоководный осьминог. Частые короткие вспышки могут, видимо, отпугивать врагов, тогда как длительное и постоянное свечение – привлекать добычу. Глубоководная рыба морской черт имеет для этой последней цели сложное устройство: над его головой, как на рыболовной удочке, подвешен специальный орган, который светится постоянно, покачиваясь перед ртом. Вероятно, самая миниатюрная приманка – это небольшой фотофор, имеющийся во рту рыбы Neosopelus.

Практическое использование люминесценции.

Хемилюминесцентные системы (например, светящиеся палочки) иногда используются как источники света. Биолюминесцентные системы широко применяются для аналитических целей, в основном в клинической медицине и контроле за качеством пищевых продуктов, а также в научных исследованиях (измерение в клетке концентрации Ca++ и АТФ). См. также БАКТЕРИИ.

www.krugosvet.ru

Свечение растений - это... Что такое Свечение растений?

встречается реже, нежели фосфоресценция, или С., животных, притом только у низших представителей растительного царства — у бактерий и грибов (см. Светящиеся бактерии и С. грибы). Впрочем, существуют некоторые указания на С. высших, цветковых растений. Напр., по наблюдениям Сенебье, светятся початки Arum maculatum во время сильного их дыхания в атмосфере чистого кислорода. По другим описаниям, в теплые летние вечера светятся соцветия Lilium, Dictamnus, Tagetes, Oenothera и многих других растений. Говорили и о фосфоресценции листьев Phytolacca decandra, Euphorbia phosphorea, млечного сока у молочайных (Euphorbiaceae) и ластовниковых (Asclepiadeae) и о С. одной морской водоросли (Oscillaria?). Все эти случаи были крайне недостаточно расследованы, а потому считаются весьма сомнительными. Наконец, если и было наблюдаемо С., то причина его могла быть иной. Есть, однако, несомненно светящийся мох — Schistostega osmundacea. Светится его предросток, так назыв. протонема. Но это С. особенное, ничего общего с настоящей жизненной фосфоресценцией (биофотогенезом) не имеющее, а основывающееся на простом преломлении и отражении клетками мха дневного света.

Г. Н.

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон. 1890—1907.

• Свечение мяса
• Свечения органы

Смотреть что такое "Свечение растений" в других словарях:

• СВЕЧЕНИЕ РАСТЕНИЙ — способность растений испускать свет. Является результатом т. н. процесса хемилюминесценции, происходящего путем окисления особого вещества люциферина под влиянием фермента люциферазы. Имеет место у ряда грибов, бактерий, некоторых водорослей …   Словарь ботанических терминов

• СВЕЧЕНИЕ — СВЕЧЕНИЕ, свечения, мн. нет, ср. (книжн.). Состояние по гл. светиться; способность излучать свет. Свечение моря. Свечение растений. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 …   Толковый словарь Ушакова

• Фосфоресценция растений — свечение растений. Свечение наблюдается только на некоторых бактериях (см. Светящиеся бактерии) и грибах. Между грибами ярко светятся некоторые грибы из рода Agaricus, наприм. A. olearius. Гриб этот, золотисто желтого цвета, появляется вблизи… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

• Дыхание растений — представляет процесс, соответствующий дыханию животных. Растение поглощает атмосферный кислород, а последний воздействует на органические соединения их тела таким образом, что в результате появляются вода и углекислота. Вода остается внутри… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

• ФИТОЦЕНОТИЧЕСКАЯ СРЕДА — (от ...фит, фито... и ..цен), фитосреда, внутренняя среда фитоценоза, созданная совокупным влиянием организмов, интеграцией их эдасфер. К элементам фитоценотической среды относят: изменчивый в отношении интенсивности и состава свет (в том числе… …   Экологический словарь

• БАКТЕРИИ — БАКТЕРИИ. Содержание:* Общая морфология бактерий........6 70 Дегенерация бактерий............675 Биология бактерий..............676 Бациллы ацидофильные ........... 677 Бактерии пигментообразующие.......681 Бактерии светящиеся.....•.......682… …   Большая медицинская энциклопедия

• ЛЮМИНИСЦЕНЦИЯ — (от лат. lumen свет), «холодное свечение», обусловленное не повышением t° (тепловое или температурное излучение), но различными иными причинами. В зависимости от способа возбуждения свечения различают несколько видов Л. Таковы: 1) …   Большая медицинская энциклопедия

• СССР. Естественные науки —         Математика          Научные исследования в области математики начали проводиться в России с 18 в., когда членами Петербургской АН стали Л. Эйлер, Д. Бернулли и другие западноевропейские учёные. По замыслу Петра I академики иностранцы… …   Большая советская энциклопедия

• Жесткокрылые — Коллекция троп …   Википедия

• Биченосцы — (Flagellata s. Mastigophora, см. табл. Биченосцы, Flagellata) класс простейших животных (Protozoa). Как и все прочие представители этого типа, они имеют тело, состоящее только из одной клеточки, представляющей протоплазму и ядро с ядрышком.… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

dic.academic.ru

Смотрите также

• 
  Дубровка растение
• 
  Дедовник растение
• 
  Гинкоум растение
• 
  Верона растение
• 
  Антикоагулянты растения
• 
  Растение эпопея
• 
  Мильтония растение
• 
  Пиксельные растения
• 
  Черноклен растение
• 
  Унгерния растение
• 
  Тулси растение