БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ

БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ (от био... и
люминесценция),
видимое свечение организмов, связанное с процессами их жизнедеятельности;
наблюдается у неск. десятков видов бактерий, низших растений (грибов),
у нек-рых беспозвоночных животных (от простейших до насекомых включительно),
у рыб (см. вклейку, табл. XXII). Б. более широко распространена среди обитателей
морей и океанов. Здесь светящиеся организмы иногда размножаются в таком
количестве, что вызывают свечение моря.
У мн. организмов (бактерии,
простейшие, ракообразные, грибы и др.) свечение происходит постоянно и
непрерывно, если в окружающей среде есть кислород. У др. Б. происходит
отдельными вспышками и связана с условиями жизнедеятельности (голод, период
размножения и др.). Биологич. значение Б. различно. Так, у светящихся насекомых
вспышки Б. служат сигналом, позволяющим самцам и самкам находить друг друга;
у ряда глубоководных рыб - для освещения и приманки добычи; у каракатицы
- для защиты от хищников (путём выбрасывания светящейся жидкости) и др.
Мн. животные имеют сложно устроенные свечения органы. В нек-рых
случаях источником Б. животного являются светящиеся бактерии-симбионты
(напр., т. н. несамостоятельное свечение ряда рыб). По механизму Б. относится
к хемолюминесценции: свечение возникает при ферментативном окислении кислородом
воздуха специфич. веществ люциферинов. За счёт освобождаемой при этом химич.
энергии часть молекул люциферина переходит в возбуждённое состояние, при
возвращении в осн. состояние они испускают свет. Люциферины, как и ферменты
(л ю ц и ф е р а з ы), катализирующие их окисление, различны у организмов
разных видов. Так, напр., у бактерий люциферином служит флавинмононуклеотид
(рибофлавин-5-фосфат) - кофермент ряда окислит.-восстановит. ферментов.
Общее свойство всех люциферинов - способность давать интенсивную флуоресценцию.
Выделенный
в кристаллич. виде люциферин может быть окислен и химич. путём, но при
этом, в отличие от ферментативного окисления в организме, энергия выделяется
в виде тепла, а не квантов света.

По степени сложности различают 3 системы
Б. организмов. Простейшая, состоящая только из люциферина и люцеферазы,
имеется у Cypridina (этот рачок испускает сине-зелёный свет с макс, длиной
волны 440-460 им), у рыбы Argon и др. Более сложна светящаяся система
бактерий. Здесь, кроме люциферина и люциферазы, имеется ещё длинноцепочеч-ный
альдегид, т. е. соединение типа

где R - прямая углеводородная цепочка,
содержащая от 7 до 14 атомов углерода. Упрощённая схема реакций Б. в этом
случае имеет след, вид:

-> ФМН + Н+ свет.

(Здесь ФМН - окисленная форма фла-винмононуклеотида,
ФМН * НБактерии испускают зелёный свет с макс. длиной волны ок. 560 нм. Наиболее
сложна система Б. у насекомых, напр, светляков. Их органы Б. испускают
вспышки жёлто-зелёного света (ок.560 нм), вызываемые нервными импульсами.
Кроме люциферина и люциферазы, для реакции Б. насекомым необходимы АТФ
(см. Аденозинфосфорные кислоты) и магний. Энергия, освобождающаяся
при гидролизе АТФ (см. Биоэнергетика), видимо, активирует люциферин-люциферазную
систему и обеспечивает окисление люциферина с испусканием света. В отсутствии
АТФ эта система не работает.

Предполагают (амер. учёный У. Д. Мак-Элрой
и др., 1962), что Б. возникла на стадии перехода от анаэробных форм жизни
к аэробным, т. е. когда в первоначальной атмосфере Земли начал накапливаться
кислород. Вероятно, для существовавших тогда анаэробных организмов кислород
был токсичен и преимущество получили организмы, способные быстро восстанавливать
его. При этом в ряде случаев выделение энергии в световой форме было выгоднее,
чем в тепловой. У простейших биолюминесцирующих форм энергия, освобождающаяся
при окислении субстратов, выделялась в форме света или тепла, т. е. пропадала
без пользы для организма. Поэтому в ходе дальнейшей эволюции получили преимущество
организмы, у к-рых возник механизм аккумуляции энергии (см. Фосфорилирование
окислительное).
С появлением таких форм окислительные люминесцентные реакции уже не давали
преимуществ при естественном отборе и даже становились вредными. Однако
в результате вторичных эволюционных процессов Б. могла сохраниться как
рудиментарный признак у отдельных, не связанных друг с другом групп организмов,
у к-рых она приобрела иные функции, напр, функции полового сигнала у светляков.

Лит.: Тарасов Н. И., Свечение моря,
М., 1956; Мак-Элрой У. Д. и 3 е л н г е р Г. Г., Происхождение н эволюция
биолюминесценции, в кн.: Горизонты биохимии, пер. с англ., М,, 1964; Биолюминесценция,
[Сб. ст.], М., 1965; Биоэнергетика и биологическая спектрофотометрия, М.,
1967. Л. А. Тумерман.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я