Арктические рыбы начали светиться: ученые обнаружили в них биолюминесцентные бактерии

Экспедиция Плавучего университета МФТИ-ИО РАН стартовала 20 июля и длилась полтора месяца. На НИС «Профессор Молчанов» 23 ученых и 26 студентов работали по направлениям: физика океана и полярная ионосфера, морская биология, геохимия. Специалисты в области морской биологии изучали микробные пищевые сети прибрежных акваторий архипелагов Новая Земля и Северная Земля для исследования связей микробиот Карского моря и моря Лаптевых. Одной из интересных находок стали биолюминесцентные бактерии в кишечниках наваги, бычка и сайки.

Биолюминесценция — почему бактерии светятся

Биолюминесценция — это излучение света живыми организмами в результате сложных химических реакций. Она представляет собой форму хемилюминесценции, при которой химические вещества реагируют, образуя возбужденный продукт, который распадается с высвобождением энергии в виде фотонов света. Этот процесс настолько эффективен, что выделяется очень мало тепла, что делает свет «холодным».

Для биолюминесценции необходимы два вещества: люциферин и либо люцифераза, либо фотопротеин. Люциферин производит свет, а люцифераза или фотопротеин катализируют эту реакцию. Некоторые организмы синтезируют люциферин самостоятельно, другие получают его через пищу или симбиоз с бактериями.

Например:

• кальмары живут в симбиозе с биолюминесцентными бактериями;
• кристаллическая медуза (Aequorea victoria) использует экворин, активируемый ионами кальция;
• светлячки соединяют кислород с кальцием, АТФ и люциферином в присутствии люциферазы.

Биолюминесценция используется для привлечения партнеров, охоты, защиты от хищников и других жизненно важных процессов. В морской среде светят динофлагелляты, создавая эффект сияния на поверхности океана.

Биохимия и природа свечения арктических рыб

По словам начальника отдела научно-исследовательских работ Центра морских исследований МГУ имени М. В. Ломоносова, кандидата биологических наук Ольги Коноваловой, пока неясно, зачем рыбам такие организмы и почему они светятся. Одна из гипотез связана с явлением кворум-сенсинга, когда бактерии обмениваются сигнальными молекулами. Исследователи продолжают изучать образцы, исследуя lux-опероны, гены, отвечающие за механизмы регуляции бактериальной биолюминесценции. Это поможет понять, принадлежат ли найденные бактерии именно этим видам рыб.

— В целом, биолюминесценция — это довольно загадочный механизм, который почему-то очень нужен морским существам. В природе организмы с биолюминесценцией встречаются довольно часто, в том числе, по-видимому, и в Арктике. Есть опубликованные работы про арктических психрофильных люминесцентных бактерий из Белого и Баренцева морей. Однако о светящихся бактериях Карского моря и моря Лаптевых практически ничего не известно. Скорее всего, мы первыми подробно опишем видовой состав люминесцентной микрофлоры этих морей, — говорит биолог.