Почему светлячки светятся

Химическая кухня живого света

Свечение насекомых происходит за счет слаженной работы нескольких веществ. Главное действующее вещество в организме светляка ученые назвали люциферином, что переводится с латыни как несущий свет. Сам по себе люциферин светиться на воздухе не начинает. Для вспышки ему обязательно требуются кислород, порция клеточной энергии в виде молекул аденозинтрифосфата и особый белок-ускоритель под названием люцифераза.

Люцифераза работает как фермент. Она связывает между собой молекулу люциферина, кислород и молекулу энергии. В результате химической реакции образуется новое соединение, оксилюциферин, которое оказывается в возбужденном состоянии. Буквально за доли секунды молекула возвращается в спокойное состояние, сбрасывая излишек энергии в виде видимой световой волны. Светятся эти жуки желтоватым, зеленым или бледно-красным оттенком в зависимости от точного строения люциферазы у конкретного вида.

Около девяноста пяти процентов всей энергии в этой реакции переходит прямиком в чистый свет. Оставшиеся пять процентов рассеиваются в виде тепла. Для сравнения, обычная лампа накаливания отдает в свет едва пять процентов энергии, растрачивая остальное на нагревание стекла и воздуха вокруг. Если бы реакция внутри жука выделяла столько же тепла, крошечное насекомое мгновенно сгорело бы изнутри. Поэтому свет светлячков биологи называют холодным.

Как устроен фонарик светлячка

Светящийся орган называют лантерном или фотофором. У большинства видов он расположен на нижней стороне последних сегментов брюшка. Под прозрачной хитиновой оболочкой находятся тысячи специальных клеток, фотоцитов. Именно в них сосредоточены запасы люциферина и люциферазы.

Сам фонарик устроен как продуманный оптический прибор. За фотоцитами лежит плотный слой клеток, заполненных кристаллами мочевой кислоты. Этот слой работает как зеркало или отражатель в автомобильной фаре. Свет, направленный вглубь тела, отскакивает от зеркального слоя и выходит наружу, увеличивая общую яркость вспышки.

К светящимся клеткам подходят мельчайшие дыхательные трубочки, трахеолы, и нервные окончания. Жук регулирует свечение с помощью подачи кислорода. Когда нервная система дает сигнал включить свет, в ткани поступает оксид азота. Этот газ временно перекрывает потребление кислорода митохондриями клеток, кислород устремляется к люциферину, и происходит яркая вспышка. Стоит жуку перекрыть этот поток, свет мгновенно гаснет.

Зачем светлячкам нужен свет

Главная задача мерцания заключается в продолжении рода. В теплое летнее время самцы летают над травой и посылают световые сигналы. Самки сидят на листьях или в подстилке и внимательно следят за пролетающими огоньками. У каждого из двух тысяч видов светляков выработан собственный световой код.

Световой код состоит из строгой последовательности факторов. Значение имеют длительность вспышки, пауза между сигналами, траектория полета и цвет луча. Например, самцы североамериканского вида Photinus pyralis взлетают по траектории, похожей на букву J, испуская полусекундную вспышку в нижней точке подъема. Самка замечает знакомый рисунок, выдерживает паузу ровно в две секунды и посылает ответный сигнал. По этому ритму самец находит свою пару среди сотен чужих огоньков.

Вторая функция свечения связана с самообороной. В теле светлячков содержатся токсичные горькие вещества, люцибуфагины, напоминающие яд жаб. Яркая вспышка предупреждает ночных хищников о ядовитости насекомого. Летучие мыши, жабы и птицы быстро запоминают связь между ярким светом и мерзким вкусом добычи, предпочитая не связываться с мерцающими жуками. Светиться умеют даже яйца и личинки некоторых видов, отпугивая мелких охотников на земле.

Синхронное мерцание целых лесов

В мангровых лесах Юго-Восточной Азии, особенно в Таиланде и Малайзии, миллионы самцов светляков собираются на ветвях деревьев вида зоннератия. Сначала жуки мигают вразнобой, но постепенно их сигналы выравниваются. Через некоторое время целое дерево начинает вспыхивать и гаснуть одновременно, словно огромная новогодняя гирлянда с общим переключателем.

Биологи установили, что этот механизм основан на визуальной подстройке внутренних биологических часов насекомых. Видя вспышку соседа, жук слегка сдвигает момент своего следующего импульса. Коллективная иллюминация привлекает самок с гораздо большего расстояния, чем мог бы сделать одиночный огонек в густых зарослях.