Британские физики выяснили, почему гребни волн ночью светятся синим. В этом оказались замешаны водоросли-динофлагелляты, которые обитают в прибрежных водах, и волны, которые растягивают их мембраны. Результаты исследования опубликовал научный журнал Physical Review Letters. "Несмотря на десятилетия исследований физический механизм этого свечения оставался загадкой. Мы выяснили, как именно потоки воды заставляют водоросли вырабатывать свечение, и показали, как сам микроорганизм элегантно управляет тем, будет ли он светиться", – рассказал один из авторов работы, профессор Кембриджского университета Реймонд Голдстин.
У берегов Тихого океана и других крупных водоемов Земли ночью часто можно заметить синее сияние на гребнях волн. Как правило, оно появляется весной и летом на протяжении нескольких дней или даже недель. Это явление ученые заметили еще в начале прошлого столетия. Как считают океанологи, его источник – микроскопические водоросли-динофлагелляты, которые активно размножаются в прибрежных водах в теплое время года. Ученые пока не пришли к однозначному мнению о том, как это свечение появляется, а также для чего оно нужно.
Голдстин и его коллеги заполнили этот пробел. С помощью набора высокоскоростных камер и системы наблюдения за жизнедеятельностью отдельных клеток динофлагеллятов они проследили за рождением отдельных вспышек света. Работу этой установки ученые проверили на водорослях вида Pyrocystis lunula, которые населяют прибрежные воды всех океанов мира и считаются одним из главных источников этого свечения. Во время опытов ученые захватывали одиночные клетки водорослей с помощью микропипеток и помещали их в устройство, которое генерировало некое подобие океанических волн.
Меняя силу, направление и другие физические характеристики волн, физики наблюдали за тем, как появлялись вспышки света, а также отслеживали, как менялись жизнедеятельность и облик водорослей. Благодаря этому ученые смогли объяснить, почему Pyrocystis lunula светятся, зачем они это делают и как водоросли управляют этим свечением. Первые же замеры показали, что свечение вырабатывалось только в том случае, если волны достаточно сильно и при этом быстро растягивали или сжимали мембрану, которая окружает клетки Pyrocystis lunula. Чем сильнее и быстрее возникали эти искажения, тем ярче было свечение клеток.
Подобные деформации в структуре клеточной оболочки, как предполагают ученые, заставляют открываться ионные каналы внутри клетки. Из-за этого ионы кальция могут проникать в те области Pyrocystis lunula, в которых содержатся ферменты, которые отвечают за выработку света. В результате молекулы этих ферментов активизируются. Чем сильнее открываются каналы, тем больше "топлива" для этих белков вырабатывает клетка и тем дольше и ярче она светится.
Где они находятся и как много подобных структур присутствует в клетках водорослей, ученые пока не знают. Они предполагают, что благодаря таким структурам Pyrocystis lunula отпугивают растительноядных обитателей моря, которые проплывают в опасной близости от колоний водорослей, не расходуя при этом энергию на свечение, если вокруг них не движутся быстрые объекты, которые становятся источником мощных колебаний и возмущений.
В ближайшее время, как отмечает Голдстин, его команда проверит эту теорию на практике. Исследователи собираются изучить, как распределяются силы, которые действуют на клетку внутри подобных волн, а также то, как водоросли реагируют на изменения в их конфигурации. Это поможет уточнить роль свечения в жизни Pyrocystis lunula и других динофлагеллят, а также понять, как можно приспособить этот механизм для решения практических и научных задач.
