Светлячки — светящееся чудо природы
Летающие, мерцающие огни светлячков — настоящий мистический аттракцион в летнюю пору. Но много ли мы знаем о том, что собой представляют светлячки. Вот несколько фактов о них.
1. Что собой представляют жуки-светлячки
Светлячки являются ночными насекомыми — ведут активный образ жизни ночью. Это члены семейства крылатых жуков Lampyridae (что в переводе с греческого означает «светить») . Название «светлячок» немного вводит в заблуждение, потому что из более чем 2000 видов светлячков, только некоторые из этих видов обладают способностью загораться светом.
2. Кроме светлячков есть другие типы светящихся видов
Светлячки, вероятно, являются одним из наиболее популярных видов, из-за своей способности светиться. Большинство биолюминесцентных существ живут в океане — люди мало имеют контактов с ними. Их свет создаётся с помощью химической реакции, в ходе которой кислород соединяется с кальцием, аденозинтрифосфатом (АТФ) и люциферином с помощью фермента люциферазы. Светлячки используют свою биолюминесценцию, вероятно, чтобы отпугивать хищников.
3. Не все светлячки имеют «огонь»
Светлячки, большая часть их видов, просто не горят. Небиолюминесцентные светлячки, которые не производят свет, как правило, не являются ночными жуками — они наиболее активны в течение дня.
4. Учёные обнаружили люциферазы благодаря светлячкам
Единственный способ получить химическое вещество люциферазу — извлечь его из светлячка. В конце концов, учёные выяснили, как создавать синтетические люциферазы. Но некоторые люди до сих пор собирают фермент от «летающих фонариков». Люциферазы используется в научных исследованиях для тестирования безопасности пищевых продуктов и некоторых процедур судебно-медицинской экспертизы.
5. Светлячки являются энергоэффективными
Огни светлячков самые эффективные источники энергии в мире. Сто процентов создаваемой ими энергии излучается через свет. Для сравнения, лампа накаливания излучает лишь 10 процентов своей энергии в виде света, а люминесцентные лампы испускают в виде света 90 процентов своей энергии.
6. Их световое шоу — это акты спаривания
Большинство летающих самцов светлячков ищут партнёра. Каждый вид имеет специфическую картину света, которую они используют для связи друг с другом. После того, как самка видит самца и отвечает на его любовь, она реагирует на него таким же световым узором. Обычно самки сидят на растениях, ожидая самца.
7. Некоторые виды имеют способность к синхронизации своего мигания
Учёные не уверены, почему светлячки делают это, но некоторые теории предполагают, что светлячки это делают для того, чтобы стать более заметными. Если группа жучков-светлячков мигают единым шаблоном, то скорее всего, они это делают, чтобы привлечь внимание самок. Единственный вид светлячков в Америке, которые мигают синхронно — Фотин carolinus. Они живут в Национальном парке США «Грейт — Смоки» , где служба парка организует для посетителей часы на вечернее световое шоу.
8. Не все светлячка светят одинаково
Каждый вид имеет свой собственный специфический цвет света. Некоторые производят свечение синего или зелёного цвета, а другие светятся оранжевым или желтым цветом.
9. На вкус они отвратительны
В отличие от цикады, светлячки не могут быть приготовлены в запеченных на гриле жуков. Если вы попробуйте съесть светлячка, у него будет горький вкус. Жуки могут оказаться даже токсичными. Когда светлячки подвергаются нападению, они проливают капли крови. Кровь содержит химические вещества, которые создают горький вкус и яд. Большинство животных знают это и избегают жевать светлячков.
10. Светлячки иногда практикуют каннибализм
Когда светлячки всё ещё находятся в стадии личинки, они готовы полакомиться улитками. Обычно, когда они созревают, становятся вегитарианцами — отходят от мяса. Учёные полагают, что взрослые светлячки живут за счёт нектара и пыльцы, или не едят вообще. Но вот другие, светлячки, например Photuris — могут наслаждаться поеданием их собственного вида. Photuris самки часто едят самцов других родов. Они привлекают ничего не подозревающих жуков, имитируя их световой рисунок.
11. Их число сокращается
Есть несколько причин, почему население светлячков сокращается, в том числе изменения климата и разрушение среды обитания. Когда из-за строительства дорог или иного строительства, нарушается среда обитания светлячка, они не мигрируют на новое место, а просто исчезают.
12. Наслаждайтесь световым шоу светлячков, пока есть такая возможность
Исследователи мало знают о светлячках и не дают однозначного ответа, почему они исчезают. Наслаждайтесь световым шоу, пока это насекомое ещё существует в природе. Возможно, поколениям людей, которые придут вслед за нами, не будет дана такая возможность, увидеть этих жуков с их удивительным мистическим свечением.
Светляки - это то, что делает летние ночи особенными. Обычно они прячутся в траве и светят оттуда мистически-зеленым светом, надеясь привлечь внимание противоположного пола. И у них это получается красиво. Вам доводилось видеть мигающие деревья, будто окутанные электрической гирляндой? Как всегда - за романтикой кроется сложная химическая реакция.
Как светляки светятся
Светлячки светятся за счет уникального органа в их теле - фотофор. Он находится в хвосте брюшка и имеет сложную структуру, представляющую собой три функциональных слоя. Для наглядности представим обыкновенный карманный фонарик: нижний слой является зеркальным и должен отражать свет, производимый в результате сложной химической реакции средним слоем. Ткани среднего слоя состоят из фотоцитов - клеток, способных преобразовывать кислород в свет. Верхний функциональный слой представлен прозрачной светопропускающей кутикулой.Необходимый в большом количестве для создания свечения светлячка кислород вытесняется из клеточных митохондрий путем замещения его оксидом азота. У насекомых нет легких, поэтому все необходимые для существования процессы проходят в клетках, в том числе и дыхание. А нервная система регулирует режимы работы “фонарика”.
В природе предостаточно организмов, “несущих свет” - рифы, глубоководные рыбы, моллюски, медузы и т.д. И у них, и у светляков за свечение отвечает пигмент люциферин, который активируется в люциферазе с помощью молекулы аденозинтрифосфата - АТФ (универсальной единицы клеточной энергии) и, окисляясь, создает волшебное свечение. Это происходит во время отделения молекул углекислого газа, когда молекулы люциферина выходят из возбужденного состояния, высвобождая энергию света, тем самым светлячок начинает светиться в темноте.
Таинственное и холодное свечение светляков и правда ничуть не греет - ну разве что душу. В фотонах нет ни инфракрасных, ни ультрафиолетовых лучей. Но зато “на освещение” уходит около 98% затраченной энергии, в отличии от обыкновенной электрической лампы, КПД которой всего лишь 10%, и чья энергия частично расходуется на бесполезное тепло.
Почему светляки светятся
Зачем светятся светлячки, для чего это необходимо? Дело в том, что биолюминисценцию можно и нужно отнести к способу общения полов - очень романтичному и прекрасному. Самцы североамериканских и тропических видов, например, устраивают настоящий предсвадебный флэшмоб. Насекомые сидят на дереве и в сумерках мигают вразнобой. Через время они ловят единый ритм, синхронизируясь в единый осветительный прибор - и дерево кажется украшенным живой гирляндой.
Самки светлячков, кстати, не отличаются особой красотой - у них, в отличии от самцов, нет крыльев, но они тоже синхронно люминесцируют в ответ ребятам с дерева. Однако женщины коварны - в особенности самки вида Photuris, которые прикидываются другим видом - Photinus. Впоследствии обманутые самцы вида Photinus оказываются съеденными, а вот самки обретают уверенность в завтрашнем дне, т.к в организмах их жертв содержится особый фермент, отпугивающий птиц и пауков. Иногда акт каннибализма происходит и без веских причин.
Представители женского пола подают особый сигнал, свидетельствующий о том, что они готовы к оплодотворению. Так самец понимает, куда ему лететь. А вообще, чем ярче он светится, тем больше женского внимания привлекает.
Кроме того, светятся их личинки, куколки и яйца - вот этого ученые объяснить не могут. Но можно предположить, что таким образом они передают сигнал хищникам о том, что несъедобны.
В Евразии наиболее распространен вид, именуемый “Ивановым червячком”. Считается, что именно в ночь на Ивана Купала эти насекомые активизируются.
Интересным является тот факт, что из 2000 видов лишь немногие светлячки светятся, остальные преимущественно функционируют только днем.
Чему светлячки могли бы нас научить
Помимо воспитания в людях чувства прекрасного, светляки могут похвастаться эффективностью преобразования своей энергией в свет. Недавно исследователи, изучая поверхность тела светляков, отметили ее чешуйчатое строение, напоминающее черепицу крыши. При помощи нанотехнологий они попытались создать подобную структуру на поверхности светодиода. И это увеличило эффективность его работы на 55%!Символизм светлячка
По поверьям некоторых народов, жуки-светляки - это души мертвых, которые не могут найти свой путь. Ну а как еще объяснить эту магию? В философии фэн-шуй светляк позиционируется как символ перерождения душ. Необыкновенное сияние насекомого придает ему чуть ли не священный характер.Но наибольшим числом традиций и глубочайшим символизмом светлячков одаривают японцы. Как и подобает в теплом и влажном климате, там они светятся с гораздо большим энтузиазмом, нежели их бледные родственники из средних широт. Потому период их спаривания представляет собой грандиозное световое шоу. В Японии даже отмечается праздник Светлячка - фестиваль Хотару.
Люди использовали жуков-светляков для самых разных нужд - как украшение в волосах, как инструмент создания романтичной атмосферы, как осветительный прибор, как помощников в борьбе со злыми духами. На сегодняшний день синтетическая люцифераза, которая изначально извлекалась из живых насекомых, используется в судебной медицине, а также для контроля за качеством пищевой продукции.
Популяция светлячков резко упала, и это связано с загрязнением и разрушением территорий их обитания. Дело в том, что из этих мест они не мигрируют, а попросту исчезают.
Видео о том, почему светятся светлячки
Тёплыми ночами в конце июня — начале июля, идя вдоль опушки леса, в траве можно заметить яркие зелёные огоньки, будто кто-то зажег маленькие зелёные светодиоды. Летние ночи коротки, наблюдать это зрелище можно в течение буквально пары часов. Но если разгрести траву и посветить фонариком на место, где горит огонёк, можно увидеть невзрачное червеобразное сегментированное насекомое, у которого конец брюшка светится зелёным. Так выглядит самка светляка обыкновенного (Lampyris noctiluca ). В народе его называют иванов червячок , ивановский червячок из-за поверья, что первый раз в году появляется в ночь на Ивана Купалу. Яркий свет способны испускать лишь самки, ожидающие самцов на земле или растительности; самцы же света практически не излучают. Самец у светляка выглядит как обыкновенный нормальный жук с твердыми надкрыльями, самка же во взрослом состоянии остаётся похожей на личинку, и вовсе не имеет крыльев. Свет используется для привлечения самца. Специальный орган, испускающий свечение, расположен на последних сегментах брюшка и устроен очень интересно: есть нижний слой клеток. содержащий большое количество кристаллов мочевины, и действующий как зеркало, отражающее свет. Сам светоносный слой пронизан трахеями (для доступа кислорода) и нервами. Свет образуется при окислении специального вещества — люциферина, с участием АТФ. У светляков это очень эффективный процесс, происходящий почти со 100% КПД, вся энергия идет в свет, практически без выделения тепла. А сейчас немного более подробно обо всем этом.
Светляк обыкновенный (Lampyris noctiluca ) является представителем семейства светляки (Lampyridae ) отряда жуков (жесткокрылых, Coleoptera). У самцов этих жуков сигарообразное тело, длиной до 15 мм, и довольно крупная голова с большими полусферическими глазами. Они хорошо летают. Самки же своим внешним видом напоминают личинок, имеют червеобразное тело длиной до 18 мм, и бескрылы. Светляков можно увидеть на лесных опушках, сырых полянах, на берегах лесных озер и ручьев.
Главными во всех смыслах слова у них являются светящиеся органы. У большинства светляков они располагаются в задней части брюшка, напоминая большой фонарик. Органы эти устроены по принципу маяка. В них есть своего рода «лампа» - группа клеток-фотоцитов, оплетенная трахеями и нервами. Каждая такая клетка наполнена «топливом», в роли которого выступает вещество люциферин. Когда светлячок дышит, воздух по трахеям поступает в светящийся орган, где под воздействием кислорода люциферин окисляется. В процессе химической реакции высвобождается энергия в виде света. Настоящий маяк всегда излучает свет в нужном направлении - в сторону моря. Светляки в этом плане тоже не отстают. Фотоциты у них окружены клетками, наполненными кристаллами мочевой кислоты. Они выполняют функцию рефлектора (зеркала-отражателя) и позволяют не расходовать ценную энергию напрасно. Впрочем, об экономии эти насекомые могли бы и не заботиться, ведь производительности их светящихся органов может позавидовать любой техник. Коэффициент полезного действия у светляков достигает фантастических 98%! Это значит, что только 2% энергии расходуется напрасно, а в творениях рук человеческих (автомобилях, электроприборах) впустую тратится от 60 до 96% энергии.
В реакции свечения участвуют несколько химических соединений. Одно из них, устойчиво к нагреванию и присутствует в небольшом количестве - люциферин. Другое вещество - фермент люцифераза. Также для реакции свечения необходима ещё и аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Люцифераза представляет собой белок, богатый сульфгидрильными группами.
Свет образуется при окислении люциферина. Без люциферазы скорость реакции между люциферином и кислородом крайне низкая, катализация люциферазой значительно повышает её скорость. В качестве кофактора требуется АТФ.
Свет возникает при переходе оксилюциферина из возбуждённого состояния в основное. При этом оксилюциферин связан с молекулой фермента и в зависимости от гидрофобности микроокружения возбуждённого оксилюциферина испускаемый свет варьирует у различных видов светлячков от жёлто-зелёного (при более гидрофобном микроокружении) до красного (при менее гидрофобном). Дело в том, что при более полярном микроокружении часть энергии рассеивается. Люциферазы из различных светляков генерируют биолюминесценцию с максимумами от 548 до 620 нм. В целом энергетическая эффективность реакции очень высокая: практически вся энергия реакции трансформируется в свет без испускания тепла.
Все жуки содержат один и тот же люциферин. Люциферазы, напротив, у разных видов различны. Отсюда следует, что изменение окраски свечения зависит от строения фермента. Как показали исследования, температура и рН среды оказывают существенное влияние на окраску свечения. На микроскопическом уровне свечение свойственно только цитоплазме клеток, ядро при этом остается темным. Свечение испускается находящимися в цитоплазме фотогенными гранулами. При исследовании в ультрафиолетовых лучах свежих срезов фотогенных клеток эти гранулы можно обнаружить по их другому свойству - флуоресценции,- зависящему от наличия люциферина.
Квантовый выход реакции по сравнению с классическими примерами люминесценции необычайно высок, приближается к единице. Иными словами, на каждую молекулу люциферина, участвующую в реакции, испускается один квант света.
Светляки — хищники, питаются насекомыми и моллюсками. Личинки светляков ведут бродячую жизнь, наподобие личинок жужелиц. Личинки питаются мелкими беспозвоночными, преимущественно наземными моллюсками, в раковинах которых часто укрываются сами.
Взрослые жуки не питаются и вскоре после спаривания и откладки яиц гибнут. Самка яйца откладывает на листья или на землю. Вскоре из них появляются личинки черного цвета с желтыми крапинами. Они много едят и быстро растут и, кстати, тоже светятся. В начале осени, пока еще тепло, забираются под кору деревьев, где проводят всю зиму. Весной выбираются из укрытия, несколько дней откармливаются, а затем окукливаются. Через две недели появляются молодые светлячки.
Глядя на яркое мерцание светлячков, еще с давних времен люди задумывались, почему бы не использовать их в полезных целях. Индейцы крепили их к мокасинам для подсвечивания троп и отпугивания змей. Первые переселенцы в Южную Америку применяли этих жучков в качестве освещения для своих хижин. В некоторых поселениях эта традиция сохранилась и до сегодняшнего дня.
Жуки-светляки являются живыми фонариками, они наполняют лес сказочным светом. Эти природные фонарики, то зажигаются, то потухают. Жучки взлетают резко вверх, а потом стремительно падают вниз, словно огоньки фейерверков.
Если летом летает много светляков, значит, погода будет хорошей – это не только примета, ведь жучки проявляют активность в теплые тихие вечера. В подобное время суток природа зовет их продолжать род.
Иллюминационные способности жуков-светляков
Светятся не только жуки-светляки, их яйца тоже издают слабый свет, но вскоре он гаснет. Органы свечения у светляков находятся на кончике брюшка. Кутикула брюшка прозрачная, а под ней находятся фотогенные клетки, окруженные воздухоносными трубочками, по которым поступает кислород к клеткам. Именно кислород необходим для свечения.
С помощью света жуки-светляки сигнализируют и общаются между собой. У каждого вида оттенки и набор сигналов индивидуальные.
Например, самцы фотииус пиралисов посылают короткие световые импульсы, а самки отвечают им более продолжительными вспышками. Самец пролетает по направлению к избраннице несколько метров и снова подает сигнал, самка отвечает ему, тем самым, подсказывая направление.
При изучении светящихся насекомых ученые сталкиваются с удивительным поведением этих жуков. Например, тропические виды рассаживаются буквально на каждом листочке дерева, и начинают, словно по команде, вспыхивать. Ученые наблюдали такое поведение светляков в Бангкоке. Некоторые крупные деревья были покрыты практически сплошь светляками. Деревья «зажигались» через каждые 1,5 секунды. Что означало это свето-представление ученым так и не удалось понять.
Для Южной Америки Светящиеся насекомые являются нормой. Там живут очень яркие светлячки. К примеру, в Пуэрто-Рико водятся жуки, настолько яркие, что всего парочки хватит, чтобы осветить небольшую комнату. Такие светлячки летают над полями и наполняют их желто-красным или желто-зеленым светом.
У разных видов светлячков — различные оттенки свечения. В Уругвае и Бразилии имеются еще более удивительные жуки-светляки с ярко-красным огоньком на голове и ярко-зелеными огоньками на туловище.
Польза жуков-светляков
Зафиксированы случаи, когда эти природные светильники спасали людям жизни.
В военные времена светляки-«спасатели» выручали солдат. Например, в испанско-американскую войну врачи оперировали пострадавших при свете светлячков.
Кто наблюдал погожими летними вечерами при первых появлениях сумерек удивительное и необычное свечение в траве? Все вокруг принимает сказочный образ. Какое-то необычайно загадочное излучение исходит от этих светящихся точек.
Постоянно преследует предчувствие чего-то сказочно хорошего. Что это за чудо природы? Это нечто иное, как светлячки, о которых снято много детских мультфильмов и сказок.
Каждый человек знает об этом удивительном насекомом еще с раннего детства. Светлячок в саду интригует и завораживает, манит и привлекает своими необычными способностями.
На вопрос, почему мерцают светлячки до сих пор нет однозначного ответа. Чаще всего научные сотрудники склоняются к одной версии. Якобы такой сказочный и необычный свет излучает самка светлячка насекомого, которая таким образом пытается обратить на себя внимание противоположного пола.
Такая связь любви между полами светлячков и таинственное их свечение были замечены еще в далекие времена, почему предки издавна связывают особенное их свечение и праздник Ивана Купала.
А ведь действительно именно в первых числах июля это наблюдается чаще всего. Раньше светлячков называли ивановыми червячками. Относятся они к отряду жуков лампиридов. Не везде можно наблюдать такую красоту.
Но те люди, которые увидели ее хоть раз в своей жизни с восторгом говорят, что это незабываемое и впечатляющее зрелище. Фото светлячков не настолько шикарно передает всю их прелесть, но на него тоже можно долго смотреть с замиранием сердца. Это не только красиво, но и романтично, впечатляюще, завораживающе, маняще.
Особенности и среда обитания
В настоящие дни в природе насчитывается около 2000 видов светлячков. Их невзрачный внешний вид в дневное время никак не ассоциируется с той красотой, которая излучается от светлячков ночью.
У каждой такой клетки есть свое вещество, являющееся топливом с названием люциферин. Вся эта сложная система светлячка работает при помощи дыхания насекомого. При его вдохе происходит перемещение воздуха по трахеям в орган свечения.
Там происходит окисление люциферина, что высвобождает энергию и дает свет. Фитоциды насекомого устроены настолько продуманно и тонко, что в них даже не расходуется энергия. Хотя об этом им не стоит беспокоиться потому, что работает данная система с завидной трудоемкостью и отдачей.
ККД этих насекомых приравнивается к 98%. Это значит, что только 2% может израсходоваться в напрасных целях. Для сравнения технические изобретения людей имеют ККД от 60 до 90%.
Победители над тьмой. Это не самое последнее их и важное достижение. Они без особого труда умеют управлять своими «фонариками». Только некоторым из них не дано умение регулировать подачу света.
Все остальные же умеют изменять степень свечения, то разжигая, то гася свои «лампочки». Это не просто для насекомых игра бликов. С помощью таких действий они отличают своих от чужих. Особенно совершенны в этом плане светлячки, живущие в Малайзии.
У них зажигание и притупление свечения происходит синхронно. В ночных джунглях такая синхронность вводит в заблуждение. Кажется, что кто-то повесил праздничную гирлянду.
Нужно отметить, что такая удивительная способность светить в ночи присуща не всем светлячкам. Есть среди них и такие, которые предпочитают вести дневной образ жизни. Они не светятся вовсе, или их слабое свечение замечается в густых лесных дебрях и пещерах.
Широкое распространение светлячков наблюдается в северном полушарии планеты. Территория Северной Америки и Евразии их любимая среда обитания. Им комфортно в лиственных лесах, на лугах и болотах.
Характер и образ жизни
Это не совсем коллективное насекомое все же чаще всего собирается в массовые скопления. В дневное время наблюдается их пассивное сидение на травке. Приход сумерек вдохновляет светлячков на движение и полеты.
Летают они плавно, размеренно и быстро одновременно. Нельзя назвать личинок светлячков оседлыми. Они предпочитают вести бродячий образ жизни. Им комфортно не только на земле, но и в воде.
Светлячки любят тепло. В зимнее время года насекомые прячутся под корой дерева. А с приходом весны и после хорошего питания они окукливаются. Интересно то, что некоторые самки кроме всех вышеперечисленных достоинств обладают еще и хитростью.
Они знают, каким светом может светиться какой-нибудь определенный вид. Начинают светиться также. Естественно самец того вида замечает знакомое свечение и приближается для спаривания.
Но заметившему подвох самцу-чужаку не дают уже возможности скрыться. Самка пожирает его, получая при этом достаточное количество полезных веществ для своей жизни и для развития личинок. До сих пор светлячки не полностью изучены. Впереди еще много научных открытий по этому поводу.
Питание
Этих насекомых можно смело отнести к хищникам. Питаются светлячки самой разнообразной животной пищей. Любят они муравьев, паучков, личинок своих собратьев, и подгнившие растения.
Не все светлячки хищники. Есть среди них и такие виды, которые предпочитают пыльцу и нектар растений. Виды светлячков в фазе имаго, к примеру, и вовсе ничего не едят, у них вообще отсутствует рот. Те светлячки, которые обманным путем завлекают к себе представителей других видов и тут же поедают их выбрали самый сложный способ добычи еды.
Размножение и продолжительность жизни
Мерцание светлячков – это одно из основных их достижений. Они не только заманивают таким образом потенциальную еду, но и привлекают противоположный пол. Больше всего это наблюдается в начале летнего периода. Светлячки зажигают свои искорки любви и ищут среди огромного множества насекомых своего партнера.
Спаривание не заставляет себя долго ждать. После него у самки появляется задача отложить в землю яйца. Из яиц через некоторое время появляются личинки. Они больше напоминают червей и очень прожорливы. Способность свечения присуща буквально личинкам всех видов. И все они по сути своей являются хищниками.
Во время своего созревания личинка предпочитает прятаться среди камней, в почве и между корой. На развитие личинок уходит немало времени. Одним нужно перезимовать, другие же виды находятся в стадии личинки в течение нескольких лет.
Затем личинка преобразуется в куколку, которая через 1-2.5 недели становится настоящим светлячком. Светлячок в лесу живет недолго. Средняя продолжительность жизни этих около 90 – 120 дней.
