Ниже 200 метров солнечный свет исчезает полностью. Там обитают существа, которые выработали собственные источники освещения. По данным исследования, опубликованного в Scientific Reports в 2017 году, 76% всех особей в водном столбе глубокого океана способны к биолюминесценции — и эта доля остается почти одинаковой на любой глубине.
Бездна без ориентиров
Рыба-удильщик приманивает добычу светящимся выростом над головой. Свет в нем производят бактерии, которые живут внутри рыбы постоянно. Рыба-гадюка удерживает жертву иначе: светящиеся органы внутри раскрытой пасти мерцают на глубине, втягивая мелких рыб прямо в зубы. Кальмары и многие рыбы используют прием под названием противосвещение: светящиеся пятна на брюхе маскируют их силуэт на фоне слабого света сверху, делая невидимыми для охотников снизу.
Погасни все это разом — и хищник лишается приманки, добыча теряет маскировку. В абсолютной тьме при давлении в десятки атмосфер слепой бросок наугад требует энергии, которой у большинства глубоководных видов нет. Пищевые цепочки, выстроенные вокруг биосвета за сотни миллионов лет, начнут рассыпаться сверху вниз.
Планктон теряет защиту
На поверхности океана происходит другое. Динофлагелляты — одноклеточные водоросли, составляющие значительную часть морского планктона, — вспыхивают синим светом при малейшем механическом воздействии. В лаборатории биолюминесценции Калифорнийского океанографического института описали этот механизм: вспышку производят специальные органеллы через реакцию люцифирина с люциферазой.
У свечения две задачи. Сначала испуг: мелкие рачки резко замедляют поедание водорослей при вспышке, срабатывает защитный рефлекс. Затем — сигнал охране: яркий свет привлекает хищников самих рачков, которые переключаются с водорослей на тех, кто их атакует. Динофлагелляты буквально вызывают охрану на своих обидчиков.
Без этой защиты давление выедания на планктон вырастет. Светящиеся водоросли — основа пищевой цепи: они производят кислород через фотосинтез и участвуют в связывании углерода из атмосферы. Нарушение их численности сдвинет углеродный баланс верхнего слоя океана — медленно, без очевидного предела.
Светлячки без сигнала
На суше биолюминесценция сосредоточена главным образом у светлячков. Каждый вид передает собственный рисунок вспышек: самцы и самки опознают друг друга по ритму и длительности мерцания. Потеряй они способность светиться — и потеряют возможность размножаться. Взрослые особи проживут положенные несколько недель. Следующего поколения не будет.
Есть и более жестокий поворот. Самки рода Photuris имитируют световые сигналы других видов светлячков, заманивая самцов и поедая их. Это целая система обмана внутри одной группы насекомых, выстроенная целиком на свете. У некоторых видов свечение служит еще и защитой от хищников, но брачная функция остается основной. Без биолюминесценции вся эта сеть схлопывается вместе с видами, которые в ней участвуют.
Наука теряет шаблон
Но биолюминесценция важна не только для обитателей океана. Человек тоже использует ее — часто даже не замечая этого.
В 2008 году Нобелевскую премию по химии вручили за открытие и развитие зеленого флуоресцентного белка. Осаму Симомура выделил его из медузы Aequorea victoria. Сегодня этот белок — базовый инструмент клеточной биологии: ученые вшивают его ген в любой белок и наблюдают в реальном времени, куда тот движется внутри живой клетки. Без этой находки современная биомедицина выглядела бы иначе.
Люциферин-люциферазная система светлячка Photinus pyralis стала основой самого чувствительного метода определения АТФ в лабораторной диагностике. Молекула люциферазы вступает в реакцию с люциферином в присутствии АТФ и испускает свет. Метод применяют для оценки жизнеспособности клеток, выявления устойчивых к лекарствам бактерий и поиска противомалярийных соединений.
Существующие белки уже клонированы и производятся независимо от живых организмов. Немедленный ущерб невелик. Но этот источник может иссякнуть навсегда: каждый год из морских организмов выделяют новые светящиеся белки с необычными свойствами — некоторые работают в ближнем инфракрасном диапазоне, что позволяет наблюдать процессы внутри живой ткани через несколько сантиметров. Если природный образец исчезнет, дверь захлопнется.
Жизнь без биосвета
Одновременное угасание биолюминесценции у всех видов физически невозможно: она возникала независимо в десятках разных ветвей живого мира, каждый раз через свой химический механизм. Единого рубильника нет.
Но именно это делает мысленный эксперимент поучительным. Он показывает, как много несвязанных между собой систем — охота в бездне, защита планктона, размножение насекомых, медицинская диагностика — опираются на одно свойство материи: свет, рожденный химической реакцией без тепла. Свет в биосфере — это инфраструктура, которую мы почти не замечаем с суши.
Три четверти океана испускают свет. И этот свет не только про красоту. Главным образом он про выживание, размножение и защиту. И даже развитие медицины зависит от светлячков и медуз. Глубоководные роботы продолжают открывать, насколько сложна эта система: недавно они исследовали низкокислородные зоны океана и нашли там то, чего не ожидали.