Химия и Химики № 4 2013. Светящиеся бактерии

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Биолюминесценция - свечение живых организмов - хорошо известное явление. Строго говоря, люминесценция присуща практически всем организмам: при некоторых биохимических процессах рождаются кванты света, но в большинстве случаев их настолько мало, что зафиксировать свечение можно только с помощью специальных приборов.

Организмов, которые излучают свет, заметный человеческим глазом, не так уж и много. Например, светиться могут насекомые, рыбы, моллюски, медузы, грибы, водоросли. Пожалуй, самый известный пример биолюминесценции - жуки-светлячки.

Самые многочисленные организмы на нашей планете - бактерии. Немало видов бактерий также способно светиться. Более того, свечение некоторых многоклеточных организмов как раз и обусловлено наличием бактерий, которые живут с ними в симбиозе.

Особенно часто светятся организмы, живущие в морских глубинах. Там, куда никогда не проникает солнечный свет, биолюминесценция имеет большое значение. Например, с ее помощью некоторые организмы приманивают своих жертв, другие - наоборот сбивают с толку хищников.

Глубоководная креветка выстреливает в хищника струей светящейся жидкости и под ее прикрытием отскакивает в сторону

Чрезвычайно красивое явление - свечение моря обусловлено в основном одноклеточными организмами. Приведу цитату из Большой Советской Энциклопедии:

Свечение моря, наблюдающееся ночью явление, вызываемое находящимися в поверхностных слоях воды светящимися организмами. Свечение организмов стимулируется механическими раздражениями (движение воды в местах стыка течений, при волнении, от хода судна, столкновение организмов друг с другом и т. п.) или возникает как реакция на вспышку света у соседних организмов. Свечение моря наблюдается повсеместно, кроме сильно опреснённых вод, особенно часто в некоторых тропических и умеренных районах (Аденский и Бискайский заливы, у побережий Индии, Северной Африки и др.). Свечение моря может охватывать площади до сотен км2 или наблюдаться в виде отдельных пятен, полос. Различают т. н. молочное свечение, вызываемое главным образом бактериями, искрящееся - от скоплений мелких планктонных организмов (перидинеи, различные рачки и др.) и вспышковое, вызываемое сравнительно крупными животными (медузы, гребневики, пиросомы и др.). Яркость свечения может достигать 0,1-0,3 кд/м² (св/м²). Свечение моря имеет значение для судовождения (выявляет береговую линию, мели, иногда создаёт ложное впечатление мелководных бурунов), рыболовства (обнаружение скоплений рыб), при военно-морских действиях (демаскировка подводных лодок, торпед, кораблей).

Как видите, свечение моря имеет не только эстетическое, но и сугубо практическое значение. К словам о военно-морских действиях можно добавить одну древнюю легенду. Всю историю человечества колонизация уже заселенных земель, как правило, сводилась к их захвату с помощью грубой силы. Колонизация территории современного Крыма древними греками не была исключением: часто колонисты просто захватывали земли, идя войной против местного населения (племен тавров).

В одну прекрасную безлунную ночь греки решили захватить удобную гавань, которая принадлежала местному племени. Колонисты рассчитывали застигнуть тавров врасплох. Ночь была темная и тихая, но греки столкнулись с неприятным сюрпризом. Вода вокруг их кораблей ярко светилась, особенно - при взмахах весел. Местное племя поняло, в чем дело и успело подготовиться к бою.

Благодаря бактериям и грибам могут светиться разлагающиеся органические материалы: гниющее мясо и рыба, трухлявая древесина и даже загноившаяся рана. О трухлявых пнях или испорченном мясе, которые тускло светятся в темноте, я слышал еще в раннем детстве, но видеть ничего подобного не приходилось. Единственный пример биолюминесценции, который я наблюдал вживую - светлячки: маленькие зеленоватые точки света в темном лесу (но даже светлячков я увидел уже во взрослом возрасте).

И вот в одну прекрасную ночь я увидел биолюминесценцию бактерий, не выходя из дома. В кошечьей миске лежали кости селедки. Когда я зашел на кухню ночью, обнаружил, что край хребта светится. Свечение было похоже на свечение белого фосфора. Обрадовался, думал - завтра сфотографирую, но утром обнаружил, что серая кошка рыбу СЪЕЛА.

Сначала сильно расстроился, но потом выяснил, что несколько кусков селедки, которые остались в холодильнике, тоже местами светятся. В этот же день закрепил фотоаппарат в штативе и сделал несколько снимков в темной ванной.

К сожалению, чувствительность камеры недостаточна, чтобы фотографировать такое слабое свечение, но невооруженным глазом видно, что кроме ярких очагов света имеет место слабое свечение всего рассола. Визуально свечение скорее синеватое, чем зеленоватое.

Светящиеся бактерии много лет являются объектом активных научных исследований. Вот, например, интересная статья из энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона.

Фотобактерии или светящиеся бактерии (см.) - светятся в темноте слабым, но приятным для глаза светом. Свечение является результатом жизненных процессов в теле бактерий, и свет бактериальный - его зовут также живым, физиологическим или холодным - представляет большой научный интерес. Для того, чтобы фотобактерии жили, размножались и светились, надо дать им подходящую пищу. Для этого готовят рыбный бульон на морской или соленой воде (3.5 % морской соли) и прибавляют к нему 1/2 % пептона. Бульон наливают в колбу, заткнутую ватной пробкой, и стерилизуют (см.). Если потом на кончике платиновой иглы внести в него немного фотобактерий, напр. Micrococcus phosphoreus, то бактерии быстро размножаются в бульоне и через 2-3 дня он начинает светиться в темноте нежным белым или чуть-чуть зеленоватым светом. При этом светится почти исключительно верхний слой жидкости, соприкасающийся с воздухом (его кислород необходим для свечения), но стоит взболтать жидкость ("культуру фотобактерий в бульоне"), и она вся ярко заблестит. Оставив ее снова в покое, видим, что свет постепенно слабеет и через час-два опять светится лишь верхний слой культуры. Через несколько дней после посева бывает самое сильное свечение (optimum), затем по мере того, как культура стареет, свет слабеет, но все еще даже через 2-3 месяца заметно в колбе слабое мерцание, наконец, и оно исчезает. Пересеяв из такой колбы фотобактерии в свежий бульон, снова получим светящуюся культуру. Эти культуры нужно держать в темном шкафу и в прохладном месте, так как светящиеся бактерии (европейские) всего лучше светятся при довольно низкой темп. 8-12°С. Некоторые светятся не только при 0°, но даже при темп. -7°С, когда соленый бульон начинает замерзать. Таким образом удалось получить светящийся лед (Дюбуа, Тарханов). При 33-37°С бульон гаснет, но, будучи охлажден, снова светится. Температура 50°C безвозвратно уничтожает свечение. Прибавив к бульону желатины (7 %) или агар-агара (1 %), получим твердый субстрат для культуры бактерий. Расплавим теперь желатину или агар; в чуть теплую жидкость внесем фотобактерии, размешаем их там и выльем потом жидкость в неглубокую, но широкую стеклянную чашку (чашка Петри). Скоро жидкость застынет, и через 2-3 дня в ней появится много горящих фосфорическим блеском точек ("колонии" фотобактерий). Большие колбы со светящимся бульоном настолько ярки, что при свете их можно читать, видеть стрелки на карманных часах и легко различать черты лица, поднеся колбу поближе. У одних фотобактерий свет чисто-белый, у других с ясным зеленоватым или синеватым оттенком; спектроскоп показывает, что он состоит из желтых, зеленых и синих лучей, т. е. приблизительно от Фраунгоферовой линии D и до G; по Дюбуа, исследовавшему несколько видов фотобактерий, maximum яркости находится у Фраунгоферовой линии b, стало быть, в зеленых лучах. Таким образом, бактериальный свет относительно богат лучами средней длины волны, т. е. световыми, тогда как тепловых и химических лучей в нем очень мало. При свете бактерий можно фотографировать (см. Светящиеся бактерии), но именно ничтожное количество химических лучей обусловливает необходимость чрезвычайно долгой экспозиции. Чтобы получить хороший фотографический снимок, необходимы 10-12 час. Тем не менее, освещая несколькими культурами белый бюст Клода Бернара, Дюбуа удалось его хорошо сфотографировать при свете бактерий. Тем же ученым, вообще много поработавшим над изучением свечения живых существ ("биофотогенез"), была устроена недавно живая лампа. Это широкая стеклянная колба с плоским дном, подвешенная на подставке; в ней находится светящийся бульон; ее верхняя часть обернута оловянной бумагой, служащей рефлектором. В колбе два отверстия - вверху и сбоку, закрытые ватой. Через них от времени до времени пропускается ток воздуха. Воздух предварительно фильтруется и, нагнетаемый каучуковой грушей, проходит пузырьками через бульон. Это продувание поддерживает яркость света. При помощи многих надлежаще расположенных колб со светящимся бульоном удается (Дюбуа) осветить комнату светом, подобным лунному и настолько ярким, что можно разглядеть лица на расстоянии нескольких метров. Однако широкое практическое применение бактериального света пока затруднительно. Бульон, в котором разводят фотобактерии, содержит пептон - вещество прежде всего дорогое (дешевые сорта пептона не годятся). Далее, если в бульон попадут как-нибудь гнилостные бактерии, пептон очень скоро портится, загнивает, распространяя неприятный запах; кроме того, гниение само гасит свет. В других питательных жидкостях пептон заменен аспарагином. Вот, напр., жидкость Дюбуа: 100 гр. обыкновенной воды, 3 гр. морской соли, 1 гр. глицерина, 1 гр. аспарагина, 0.1 гр. фосфорнокислого калия. Но и она дорога, и рассчитывать на широкое применение ее для чисто практических целей нельзя. Дюбуа уверяет, что ему удалось в конце концов приготовить бульон очень дешевый, исключительно притом из растительных веществ. Однако, помимо состава бульона, сила бактериального света зависит еще и от многих других обстоятельств (вида и расы фотобактерий, аэрации, температуры, чистоты культуры и т. д.), и очевидно - интересный вопрос о практическом применении этого света еще нуждается в обстоятельной дальнейшей разработке. Можно получить самофотографию культур фотобактерий в колбочках или пробирках. Светящаяся сельдь была сфотографирована при ее собственном свете Фишером. Недавно Тарханов получил "светящихся лягушек". Для этого лягушке вводится в спинной лимфатический мешок несколько кб. см светящегося бульона, отсюда жидкость проникает в соседние лимфатические мешки и в кровь. Лягушка начинает мало-помалу светиться, и ее удается в темноте сфотографировать. Через 3-4 дня свет гаснет, вероятно (Тарханов), вследствие фагоцитоза, уничтожающего светящихся бактерий, и лягушки возвращаются к нормальному состоянию. Этот опыт Тарханова показывает, что фотобактерии не причиняют вреда лягушкам, даже будучи в крови. Есть наблюдения, что и для высших организмов, в том числе и для человека, фотобактерии безвредны, по крайней мере введенные в желудок вместе со светящимся мясом или рыбой.