Он живой и светится

В сосуде произрастал гигантский светящийся гриб. <...>
— А... Вы удивлены? Это мой любимец, моя гордость! — непривычно тихим голосом сообщил нам Бубута. — Он такой умный, вы себе не представляете! Видите, господа, он начал светиться, как только мы вошли в гостиную. А ведь я не прикасался к выключателю! Он сам понимает, что нужно светить.
— Боюсь, что гриб просто ненавидит моего мужа! — шепнула мне леди Улима.

Макс Фрай. Магахонские лисы

Поклонники Макса Фрая любят порассуждать за чашечкой камры о том, что города, по которым путешествовал сэр Макс, существуют на самом деле. Не скажем за все города с их чудесами, но светящиеся грибы вроде тех, что жители города Ехо используют в качестве светильников, существуют и в нашем мире. Однако начнём мы с более известных примеров.

Это явление было известно давным-давно. Ещё Аристотель писал о светлячках, а также о свечении рыб, гниющего мяса и древесины. Светящихся моллюсков и рыб описывал и Плиний в своей «Естественной истории». И после них многие учёные обращались к этой теме — то в философски-мистическом ключе, то просто перечисляя светящихся животных (иногда в перечень включали котов за искры из шерсти и горящие в глаза). Но первый весомый вклад в экспериментальную науку о биолюминесценции, очевидно, внёс Роберт Бойль (1626–1691), тот самый, который известен нам из школьного курса физики по закону Бойля — Мариотта.

Вывести закон, гласящий, что произведение давления газа на его объём есть величина постоянная, учёному помог воздушный насос, выкачивающий воздух из замкнутого резервуара. Но отсутствие воздуха — интересное условие и для других опытов. В 1667 году Бойль решил узнать, что произойдёт, если поместить в резервуар тлеющую головню или кусок гнилого дерева. Опыты проводили в тёмной комнате, экспериментаторы были одеты в чёрное, чтобы ничто не помешало увидеть даже очень слабый свет. Что произошло с горящей головнёй, догадаться легко. Однако и гнилое дерево, и несвежая рыба (с ней Бойль тоже экспериментировал) переставали светиться, когда воздух откачивали — когда же его впускали обратно, свечение стремительно возвращалось. Теперь-то мы знаем, что гнилушку заставляет светиться мицелий грибов, рыбу — микроорганизмы. А свет в обоих случаях — продукт реакции, которая протекает с участием кислорода. Бойль же считал, что наблюдал особое, медленное горение или же свечение фосфора.

Зарождение экспериментальной науки и путешествия натуралистов в тропические края подогревали интерес к светящимся животным. В качестве объяснения феномена предлагали фосфор и электричество — то и другое крайне занимало учёных, а белки и прочая биохимия были делом будущего. Так или иначе, люди постепенно отделяли биолюминесценцию от других видов свечения — стало ясно, что шкурка кошки не люминесцентна, а вот свечение морской воды вызвано живыми существами и ничем иным.

Фото: catalano82/flickr.com / Свечение планктона у берегов США, Нью-Джерси

Люциферин, носитель света

Первым шагом в изучении молекулярной природы живого света обычно называют открытие доктора медицины Рафаэля Дюбуа, опубликованное в 1885 году. Он исследовал огненосных щелкунов — очень ярко светящихся жуков Pyrophorus из Вест-Индии. Этих самых жуков, если верить «Миру животных» Игоря Акимушкина, парижские модницы носили как украшения в тюлевых мешочках, прикреплённых к платьям. У щелкунов три органа свечения: два парных вроде габаритных огней на передней спинке и ещё один, самый крупный, на брюшке.

Дюбуа измельчил светящиеся органы жуков в холодной воде и получил суспензию, свечение которой со временем угасало. При попытке приготовить экстракт в горячей воде свет погас немедленно. Но когда он смешал эти растворы — холодный и горячий, — смесь опять начала светиться. Дюбуа сделал вывод, что у жука есть вещество, которое вступает в реакцию с выделением света, и фермент, который проводит эту реакцию. Первый экстракт перестал светиться, потому что кончилось необходимое вещество — субстрат фермента, как говорят современные биохимики. Второй экстракт не светился, потому что горячая вода деактивировала уже сам фермент. Однако в первом экстракте остался активный фермент, во втором — субстрат, и когда растворы смешали, пошла реакция. Дюбуа назвал фермент люциферазой, а субстрат — люциферином (от лат. lucifer — «несущий свет»). Кстати, как раз для люциферин-люциферазной реакции и нужен кислород.

Продолжение читайте на сайте издания "Кот Шрёдингера": http://kot.sh/statya/886/svet-zemnoy-morskoy-i-podzemnyy