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.
Биолюминесценция - одно из самых красивых природных явлений. Обычно животные, способные излучать свет, встречаются в морских глубинах, а среди обитателей суши такими способностями могут похвастаться лишь светляки, или, как их в народе ласково называют, светлячки. Насекомые эти относятся к отряду Жесткокрылых, то есть являются жуками. Своеобразие их настолько велико, что светляков выделяют в особое семейство, в котором насчитывается 2000 видов.
Лес в Японии, населенный тысячами светляков.
Внешне все они выглядят скромно: из-за узкого вытянутого тела с округлой головой и короткими усиками многие светляки напоминают маленьких тараканов. В длину эти насекомые не превышают 1-2,5 см. У тех видов, у которых разница между полами невелика, так выглядят и самцы, и самки. А вот у тех видов, у которых половой диморфизм сильно выражен, такой облик имеют лишь представители мужского пола. Зато самки этих светляков невероятно схожи с собственными личинками. Анатомические особенности предопределяют способность к полету: обладают ею только «тараканоподобные» крылатые светляки, а червеобразные самки ведут малоподвижный сидячий образ жизни. Окрашены эти насекомые в коричневые, серые, черные тона, но конечно же, не это запоминается во внешности светлячков.
Огненный фотинус, или обыкновенный восточный светляк (Photinus pyralis).
Главными во всех смыслах слова у них являются светящиеся органы. У большинства светляков они располагаются в задней части брюшка, напоминая большой фонарик. У некоторых видов светящиеся органы попарно размещаются на каждом сегменте тела, образуя по бокам цепочки. 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.
У каждого вида свет имеет свой оттенок: ярко-зеленый, желтый, реже голубоватый или красноватый.
Победа над тьмой - не единственное достоинство светлячков. Эти насекомые еще и мастерски управляют своими светящимися органами. Лишь некоторые виды могут давать равномерный немеркнущий свет, в большинстве своем светляки способны произвольно менять интенсивность свечения, то разжигая, то гася свои «фонарики», -недаром их светящиеся органы оплетены нервами. Частота мигания позволяет светлячкам безошибочно отличать представителей своего вида от чужаков. Совершенства в этом умении достигли светляки, обитающие в Малайзии. Эти насекомые научились зажигать и гасить свои «фонарики» синхронно. Когда в темноте джунглей дружно вспыхивают и гаснут сотни огоньков, кажется будто работает праздничная гирлянда. У местных жителей это явление получило название «келип-келип».
Следует отметить, что способность к свечению наблюдается не у всех светляков. Она в обязательном порядке присуща ночным видам, но в мире есть и дневные светляки. Как правило, они не светятся вовсе, а если и светятся то только те виды, которые обитают под густым пологом леса или в пещерах.
Светляки особенно широко распространены в северном полушарии. Здесь их можно встретить на просторах Северной Америки и Евразии - от Западной Европы до Японии. Населяют они лиственные леса, луга и болота. Хотя их нельзя назвать коллективными насекомыми, светляки часто образуют большие скопления. Днем эти жуки пассивно сидят на травинках, а с приходом сумерек начинают активно летать. Полет у них умеренно быстрый, плавный.
Фото с длительной выдержкой, сделанное в лесах Северной Каролины (США), показывает траекторию полета светлячков.
По характеру питания светляков можно разделить на три группы: 1) растительноядные виды, поедающие пыльцу и нектар; 2) хищники, питающиеся беспозвоночными; 3) виды, которые на стадии имаго (взрослая особь) не питаются вовсе и даже не имеют рта. Хищные виды способны убить такую крупную добычу как улитка или многоножка.
Червеобразная самка светляка фенгодеса (Phengodes sp.) напала на североамериканскую многоножку (Narceus americanus), во много раз превосходящую ее размером.
Но наиболее сложный способ охоты избрали светляки фотурисы, которые питаются исключительно своими собратьями - нехищными светляками фотинусами. Жертв они приманивают в совершенстве подражая их призывным световым сигналам.
Самка фотуриса поедает светляка.
Вообще, функция привлечения особей противоположного пола для светящихся органов является главной. У обыкновенных светляков брачный лет наблюдается в начале лета, недаром их в старину называли «ивановыми червяками», подразумевая, что появляются они в день Ивана Купала. После спаривания самка откладывает в почву яйца, из которых выходят прожорливые червеобразные личинки. В отличие от взрослых особей личинки у всех видов светляков способны светиться и все без исключения являются хищниками. Прячутся они под камнями, в щелях коры и почвы. Развиваются медленно: у видов средней полосы личинки зимуют, а у некоторых субтропических видов растут на протяжении нескольких лет. Стадия куколки длится от 1 до 2,5 недель.
Личинка светлячка.
Казалось бы, свечение должно сильно демаскировать этих насекомых, выдавая в темноте их местоположение, но на самом деле врагов у них немного. Объясняется это просто: светляки выделяют неприятные на вкус или ядовитые вещества из группы люцибуфагинов. Эти соединения по своим свойствам близки к токсинам ядовитых жаб, из-за чего птицы и насекомоядные звери избегают ловить этих жуков.
Хотя светлячки не имеют практического значения, люди всегда относились к ним положительно. Вероятно, именно их свечение послужило прообразом для сказок о волшебных феях, летающих ночью с огоньками.
Сказочная иллюминация обыкновенных светляков (Lampyris noctiluca).
Свои создания природа наделяет многими удивительными свойствами, одним из наиболее интересных и удивительных является свечение. Светляки, жуки из одноименного семейства, обладают характерной особенностью излучать свет. Наибольшее количество видов обитает в тропических широтах, но ив умеренном поясе по ночам зажигаются маячки. Иванов червячок, так прозвали обыкновенного светляка в России. Самки этого вида призывно сигналят зеленоватым фонариком на брюшке. В ночной темноте на опушке, поляне или берегу озера можно разглядеть одинокие огоньки.
Морфологическое описание вида
Обыкновенный светляк (Lampyrisnoctiluca) относится к отряду жесткокрылых. Длина имаго 12-18 мм. Насекомые встречаются на всей территории Европы и Азии. Половой диморфизм ярко выражен:
- Самец – сигарообразное тело размером не превышает 15 мм. Крупная голова прикрыта переднеспинкой. Глаза полусферические, усики короткие, нитевидные. Покровы тела мягкие. Темные надкрылья покрыты пунктировкой. Крылья прозрачные, складываются на спине. Жуки лишены ротового аппарата, они не питаются, живут за счет полезных веществ, накопленных личиночной фазой.
- Самка – тело удлиненное, плоское. Надкрылья и крылья редуцированы. Внешне насекомые похожи на личинок. Только самки обыкновенного светляка обладают способностью к биолюминисцентному свечению. Свет создается органом, расположенным в последних трех сегментах брюшка. На этом участке покров тела полупрозрачный.
Интересный факт. Название «иванов червячок» насекомое получило из-за русского поверья, согласно которому первый огонек светляк зажигает на праздник Ивана Купалы (7 июля).
Кому светит иванов червячок?
Ночным свечением малоподвижные самки привлекают партнеров для спаривания. Они не могут летать в поисках активных самцов, но нашли интересный способ обратить на себя внимание. Самки сидят на земле или взбираются на растения. Свечение продолжается в течение двух часов. Если завлечь партнера не удалось, они продолжают зажигать огонек 7-10 дней. Самцы замечают сияние, когда находятся в радиусе 50 метров от объекта. Пик брачного периода наблюдается в конце июня и начале июля.
Интересный факт. Мужские особи выбирают самок с наиболее ярким светом на брюшке. Она способна выносить больше яиц.
Светляки ведут ночной образ жизни, для обитания выбирают лесные поляны, берега водоемов (озер, рек, ручьев). Имаго и личинки любят влажность, к тому же в таких местах водятся улитки – любимая пища потомства иванового червячка. Лучшее время для наблюдения за светляками с 22 до 24 часов. Сияние насекомых должно привлекать внимание ночных хищников, но лягушки и рептилии их не трогают. Это связано с присутствием яда в организме светляков.
Механизм сияния
Заставить орган излучать зеленовато-желтое сияние позволяет химическая реакция. У женских особей Lampyrisnoctilucaесть группа особых клеток, опутанных трахеями для поступления кислорода и нервными окончаниями. Клетки наполнены люциферином – биологическим пигментом, при окислении которого появляется свет. Освобожденная энергия практически полностью идет на свечение, лишь 2% приходится на тепло. Отражателями световых волн служат клетки с кристаллами мочевой кислоты. Личинки также могут излучать свечение, но в меньшей степени.
Информация. Самцы светляка обыкновенного часто путают огонек ожидающей партнерши и свет искусственных светильников.
Размножение
После спаривания женские особи приступают к яйцекладу. За три дня они откладывают 50-100 яиц, помещая их под мох или в ткани травы. Яйца диаметром 1 мм, светло-желтые, могут светиться. Сквозь тонкую скорлупу виден зародыш. Дав жизнь потомству имаго умирают. Спустя 2-3 недели появляются личинки. На их темном теле, состоящем из 12 сегментов, заметны светлые пятна, которые с возрастом пропадают. Голова маленькая, мандибулы серповидные, имеет сосательный канал. На конце брюшка есть специальная кисточка для очищения слизи от моллюсков.
Хищные личинки питаются слизнями и улитками. Добыча в несколько раз превышает размеры охотников. Личинка несколько раз кусает моллюска и впрыскивает яд, разжижающий тело. Через некоторое время она выпивает питательную субстанцию. За время развития личинки линяют 4-5 раз. К зиме они забиваются под камни и окукливаются. Зимует куколка. Весной из нее выходит жук.
Развитие личинки может затянуться на несколько лет. Зафиксированы случаи уменьшения количества светляков в разные годы, связанные с этим фактором. Разрушение среды обитания, загрязнение или осушение водоемов, большое количество искусственного освещения приводит к гибели насекомых.
Погожим летним вечером, когда на землю только начинают спускаться первые сумерки, среди высоких травинок можно с легкостью рассмотреть загадочное свечение. Подойдя немного поближе и хорошенько присмотревшись, вы с улыбкой обнаружите, что это ваши давние знакомые – светлячки.
Эти жучки, известные каждому еще с детства, все так же интригуют и манят. Однако вопрос, почему они испускают свет, остается открытым.
Светлячки представляют собой семейство наземных ночных жуков, которые обладают способностью вырабатывать в темноте холодный желтовато-зеленый свет. Они имеют темно-коричневый окрас и в длину достигают полутора сантиметров. В мире в целом насчитывается около 2000 их разновидностей и практически все жучки, как и их личинки, являются хищниками. Они питаются такими беспозвоночными, как слизняки и улитки.
Наиболее распространены данные насекомые в условиях тропического и субтропического климата, в меньшей степени встречаются в умеренном географическом поясе. Светятся они в основном из соображений коммуникации, и выделяют половые, поисковые, защитные и территориальные сигналы.
Далеко не все разновидности светлячков обладают полным спектром вышеперечисленных сигналов. В основном они ограничиваются лишь призывными. Почему же происходит феномен свечения и как устроены «фонарики» светлячков?
Научное объяснение желто-зеленых маячков
Способность к биолюминесценции, к выработке света, у данных насекомых обусловлена в первую очередь наличием специальных органов свечения, фотоцитов.
На кончике брюшка под прозрачной частью панциря у светляков находится несколько сегментов, в которых под воздействием люциферазы происходит смешение люциферина и кислорода. Процесс окисления или расщепления люциферина и становится главной причиной, почему жуки выделяют свет.
Большинство представителей семейства способны регулировать яркость накаливания или производить краткосрочные, прерывистые вспышки. А некоторые светляки светятся синхронно. Ответом на вопрос, почему жучки не светятся все время, станет достаточно распространенное в научном мире мнение: светлячки могут контролировать доступ кислорода к органу свечения.
Толика романтики или пора на свидание
Изучая светлячков, энтомологи пришли к выводу, что основной причиной, почему жучки мерцают в темноте, является их желание привлечь потенциального партнера. Каждый вид имеет свои собственные отличительные сигналы, демонстрирует различные световые узоры. Так, светлячки самки, сидя на листике, посылают определенные сигналы светлячкам самцам, которые парят в воздухе и ищут свою «спутницу».
Увидев знакомый свет, они направляются прямиком к нему. Оказавшись рядом, светлячки спариваются, а самка немедленно откладывает в землю оплодотворенные яйца, из которых в дальнейшем вылупятся личинки, плоские по форме и коричневые по цвету. Некоторые личинки светятся до самого момента превращения в жуков.
Небольшие хитрости женской половины
Привлечение потенциального партнера – далеко не единственная причина, почему светляки используют свой дар к биолюминесценции. Некоторые виды мерцающих жуков могут вырабатывать свет для кардинально противоположных целей.
Например, светлячки, относящиеся к виду Photuris способны в точности копировать сигналы светляков другого вида. Таким образом, самки обманывают доверчивых чужаков-самцов.
Когда те подлетают в надежде спариться, самки Photuris пожирают их и получают достаточное количество питательных веществ для себя и готовых вылупиться из земли личинок своего вида.
Нестандартное использование природных фонариков
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.
В современном мире вопрос, почему и каким образом светлячки обрели способность к биолюминесценции, как можно использовать их дар в научных целях, будоражит ум не одного энтомолога. Ученым в ходе длительных проб и ошибок даже удалось найти ген, который заставляет клетки этих насекомых производить люциферазу.
Когда этот ген был выделен, его пересадили в табачный лист и засеяли семенами целую плантацию. Взошедший урожай светился при наступлении темноты. Эксперименты со светлячками еще не окончены: впереди нас ждет масса новых и интересных открытий.
Тот, кто хоть раз видел, как ночью в поле или в лесу танцуют мириады крошечных огоньков, не забудет об этом завораживающем зрелище. Хотите рассмотреть поближе таинственные фонарики, украшающие летнюю ночь? Этот светлячок - насекомое, которое принадлежит к семейству жуков, отряду жесткокрылых, называемое по-латыни Lampyridae.
Почему они светятся?
Свою удивительную способность светиться светлячки имеют потому, что у них внизу брюшка имеются особые органы, состоящие из фотогенных клеток и находящихся под ними отражателей, которые заполнены кристаллами мочевой кислоты. Здесь происходят окислительные процессы, вызывающие свечение. Свет может быть разной силы и продолжительности, но всегда зеленоватого или Им насекомые пользуются как для защиты от хищников, предупреждая свечением о своей несъедобности, так и для привлечения представителей противоположного пола.
Светлячок - насекомое ночи
В наших широтах обитает несколько видов светлячков. Одни из них - ивановские червячки - ночные насекомые, которые день проводят в густой траве и опавшей листве, а с наступлением ночи отправляются на охоту. Живут эти светлячки в лесу, где охотятся на паучков, улиток и мелких насекомых. Самка ивановского червячка не умеет летать и полностью буро-коричневая, лишь на нижней стороне три членика брюшка белые. Именно они ярко светятся. Светлячок - насекомое, при помощи которого можно даже читать, водя живым фонариком по строчкам. А светлячки, живущие на Кавказе, светятся в полете. Эти красноватые искорки, пляшущие в густой темноте южной ночи, придают ей особую таинственность и очарование.
Брачный период
В момент, когда наступает время спаривания, самец-светлячок, фото которого вы видели в статье, отправляется на поиск знака от самки, желающей продолжения рода. А как только обнаружит такую, спускается к ней. Дело в том, что различные виды светляков свет испускают с разной частотой, а это залог того, что спариваться между собой будут представители одного вида. Светлячок - насекомое, у которого выбирает партнера именно самка. Она определяет его по характеру свечения. Чем выше частота его мерцания, чем ярче свет, исходящий от него, тем больше шансов у самца обворожить партнершу. В самцы-светлячки исполняют своим дамам коллективные «серенады», одновременно зажигая и гася свои фонарики. Деревья, оплетенные такой «светомузыкой», сияют ярче витрин в больших городах. Но известны случаи и смертельных брачных игр. Самка использует призывный световой знак для того, чтобы привлечь самцов другого вида. Когда же соблазненные оплодотворители являются, она попросту съедает их.
Продолжение рода
Из яиц, которые отложила самка после оплодотворения, появляются крупные прожорливые личинки черного цвета с желтыми пятнами. Кстати, они тоже светятся, как и взрослые особи. К осени они прячутся в коре деревьев, где и остаются на всю зиму. А на следующую весну, проснувшись, несколько недель кормятся, затем окукливаются и через 1- 2,5 недели из них развиваются новые взрослые светлячки, способные удивлять нас своим таинственным ночным сиянием.