„Човек може да овладее природните тайнства, стига да приложи всички принципи, използувани от организма при неговите функции, и тогава той ще има работа за векове и задачи за всички свои сили и таланти.“ Р. Франсе (1919)
Когато през една нощ на 1442 година Христофор Колумб със своя кораб достигнал Бахамските острови, той и неговият екипаж били удивени от пищната картина, която се разкрила пред очите им. По водната шир на океана плували милиарди светещи организми. Те светвали, изгасвали за миг и отново припламвали феерично. Моряците със страх и удивление наблюдавали това странно природно явление, което смятали за лошо предзнаменование. По-късно същият природен феномен бил наблюдаван и от екипажа на околосветската експедиция с кораба „Бигъл“, чудесно описан от великия природоизпитател Чарлз Дарвин през 1839 година по следния начин: „В една твърде тъмна нощ, когато се намирахме малко по на юг от Ла Плата, морето представляваше удивително и прекрасно зрелище. Духаше свеж вятър и всяка вълна с пенест гребен светеше с бледа светлина. Пред носа на кораба, пресичащ вълните, се пръскаха две струи като че ли от течен фосфор, а отзад се проточваше огнена диря, напомняща Млечния път. Докъдето се виждаше, навсякъде светеха гребените на вълните.“ Но това загадъчно светене в тропическите морета и океани не е изолиран случай в природата. Още от най-дълбока древност човекът неведнъж е наблюдавал с недоумение и страх подобни природни явления. Колкото и необясними да изглеждали те, той винаги се стремял да разкрие тайната им, която оставала неразгадана дори и за най-великите умове и философи на древността, каквито са били Аристотел, Плиний, Сократ и други. Светещите живи същества се смятали за тайнствени „природни чудеса“, изпълващи с ужас тези, които ги наблюдавали. За загадъчното светене се разказвали фантастични легенди. Суеверните хора не можели да намерят истинските причини за възникването им и изтръпвайки от ужас, търсели обяснение и „божествените сили“. Излъчването на студена светлина е интересно не само като етап на еволюция в живия свят, но и като серия от събития, които са довели от биолуминесценцията на бактериите до все по сложната употреба на химическите механизми. Предполага се, че първите организми, произвеждащи светлина, са били бактериите, което означава, че биолуминесценцията има зад себе си история от няколко милиарда години. Оттук идва и трудността да се възстановят етапите, довели до появяването й и нейната еволюция. Според някои учени биолуминесценцията се е появила в процеса на еволюцията като вторичен продукт от реакциите на древните бактерии, чрез които те се защищавали от излъчивания кислород от зелените растения при фотосинтезата. Тази защитна функция срещу кислорода се е запазила и у много сегашни бактерии, които, принудени да живеят в свят, богат е кислород, се предпазват по различен начин. Вероятно тази способност за произвеждане на студена светлина е била използувана от други живи организми, които запазват биолуминесциращите бактерии като симбионти в тялото си или сами произвеждат светлина. Първи пример за използуването на биолуминесценцията от живата природа е изпускането на светлинни импулси за защита от нападатели. Така правят Noctiluca scintillans и Noctiluca miliaris — малки организми от морския планктон. Когато бъдат докоснати механично, те излъчват жива светлина. Именно видовете Noctiluca (заедно с други биолуминесциращи организми) предизвикват лятно време чудесната биолуминесценция на южните морета, озадачила първите изследователи. Noctiluca miliaris се среща и в нашето Черно море. Микроорганизмите от този вид са причината за прелестта па синкавозеленото фосфоресциращо светене на вълните при движение на корабите и лодките през тъмните и топли нощи. В днешно време са известни около 30 вида светещи микроорганизми, чиито биологични особености са много разнообразни. Сред тях се срещат и болестотворни форми, свободно живеещи морски бактерии, а също и живеещи в симбиоза с морски риби, главоноги, мекотели и някои други безгръбначни. Експериментално на учените се е удало да инфектират жаба с тези бактерии, която светела известно време и умряла. Свободно живеещите светещи бактерии, обитаващи повърхността на топлите води, са извънредно многобройни. На места — край коралите или до островите — могат да достигнат до 50—60% от цялата бактерийна флора. Светещите бактерии, които живеят в симбиоза с други животни, населяват специално предназначени за тях тъкани или органи в гостоприемника. Там те намират кръв, храна, кислород, а животното-гостоприемник (обикновено дълбоководни и активни нощно време риби и мекотели) използува светлината па бактериите за откриване на храна, за отблъскване на врага и други. Биохимията и физиологията па светещите микроорганизми е изследвана сравнително добре, но най-детайлно са проучени Bacterium phosphoreum. Повечето от светещите бактерии се развиват добре при температура 10—15°С и за култивирането им по изкуствен начин е необходимо да се прибавя към хранителната среда 3—5% натриев хлорид. Известни са много разкази на очевидци, които описват действителни наблюдения на ярка светлина нощно време по остатъци от риба. Това обаче не се дължи на фосфор, а на колонии от светещи бактерии, които населяват повърхностната тъкан на рибите. Тези бактерии се развиват само върху мъртва органична тъкан. През горещите летни дни понякога се наблюдават интензивни светлини, блещукащи сред купищата смет. Това са гниещи парчета риба или главоноги мекотели, покрити с милиарди фосфоресциращи бактерии. Светещите микроорганизми на пръв поглед светят непрекъснато. Но това наблюдение се отнася само за техните колонии, които се състоят от огромен брой клетки. Сътрудници от Института по физика към Сибирското отделение на АН на СССР са изследвали, светенето на отделните клетки на бактериите Photobacterium bebozerski. Капка течност, в която се отглеждали бактериите, била поставяна върху челната повърхност на световода, другият край па който е съединен с катода на фотоумножителя. Излъчването на клетките пораждало електрически импулси, които се усилвали и се анализирали с помощта па електронноизчислителна машина. Оказало се, че всяка бактерийна клетка изпуска светлинни сигнали, състоящи се от 5—10 импулса, всеки с продължителност 0,2—0,8 секунди. Но ако импулсното светене е присъщо дори на най-малките живи същества, вероятно и в случаите, когато организмите светят непрекъснато, ефектът се създава в резултат на сливането на много единични импулси. Понякога през нощта в тропичните гори може да се наблюдава приказно красиво явление, когато гората започва да свети със зеленикава светлина. По-внимателното оглеждане показва, че светлината се излъчва от стари гнили дървета и пънове, които са прошарени от бели тънки нишки на гъбата пъчушка, излъчваща в тъмнината зеленикаво сияние. В тропичните гори на остров Ява също расте удивителна гъба — камбаненият диктиафор, която местните жители наричат „дама под воал“. Над снежнобялата и дръжка, висока понякога до половин метър, ярко блести оранжева лакирана шапка, изпод която се спуска надолу, обгръщайки дръжката, ажурно прозрачно покривало. В тъмнината гъбата излъчва ярко изумрудено сияние. От клас Многочетинести червеи (Poiychaeta) има доста излъчващи студена светлина представители. Така например червеят Tomopteris renata води планктонен начин на живот, а тялото му е напълно прозрачно и е снабдено с удължени израстъци, разположени на всяко членче и изпълняващи ролята на весла. Среща се в откритите части на Световния океан, като се намира дори до 500 метра дълбочина. Нощно време отделя значителна светлина от светещите органи, представляващи купчинка от клетки, разположени върху страничните израстъци. От същия клас студена светлина излъчват и червеите Chaetopteris, Pterosylis и Aphroditidae. От класа на мидите (Bovalvia) известна е мидата каменопробивач (Pholas dactylus). Името си е получила, защото дълбае ходове в меките скали чрез въртене на здравите си черупки, въоръжени с издутина, ребра и шипове. Тази мида притежава специални жлези, отделящи светещ секрет, който нощно време се излъчва от дупките на скалите, където се намират мидите. От клас Коремоноги (Gastropoda) светещ планктонен охлюв е Phyllirrhoe, който е от групата на голохрилните охлюви, но с напълно редуцирани хриле. При него липсва характерният за охлювите крак, а тялото му е напълно прозрачно. Обитава горните слоеве на водата, а светенето му се дължи на вещество, отделящо се от жлезисти клетки при раздразване на периферните нервни клетки. Дори след смъртта на охлюва благодарение на това вещество светенето може да продължи. Сред мекотелите биолуминесценцията е най-разпространена и усъвършенствувана при главоногите мекотели и е била открита за първи път от френския природопзпитател Жан Батист Верани. Веднъж през 1834 година до морския бряг край Ница той видял тълпа хора, които с интерес гледали странното животно, попаднало в рибарските мрежи. Верани веднага познал, че това е калмар. Той взел главоногото и го пуснал във ведро с морска вода. Ето какво пише по-късно Верани: „Бях поразен и едновременно пленен от възхитителното зрелище на блестящи петна, които се появяваха по тялото на калмара. Ту ме ослепяваше синият лъч на сапфира, ту опаловият на топаза или пък тези богати на оттенъци цветове се смесваха вън великолепно сияние, което окръжаваше мекотелото. Благодарение на това животното ми се струваше като едно от най-изумителните творения на природата.“ Наистина е имало на какво да се възхищава френският зоолог. Той бил щастлив да попадне на рядък екземпляр от вида Histioteuthis bonelliana, върху който се наброяват над 200 фотофори. Диаметърът на някои от тях достига до 7,5 милиметра и те представляват истински „прожекторчета“. Този вид калмари се отличава с още едно качество — той притежава съвършена „огнепръскачка“. В специална жлеза на тялото му живеят в симбиоза светещи бактерии, които при опасност се изхвърлят от животното навън с голяма сила като струя на огнепръскачка. Светещите бактерии се разпръскват в околната среда във вид на ярък фойерверк и заслепяват нападателя. В същото време калмарът вече се е скрил на тъмно и безопасно място, далеч от своя преследвач. Заслугата на професор Джилбърт Вос от Океанографския институт в Майами е тази, че пръв е изследвал светещите органи на калмара. Веднаж той наблюдавал със своите асистенти умиращ уловен калмар. Едно петно на главата му излъчвали белезникава светлина, която постепенно ставала все по-слаба. Когато затъмнили стаята и включили ултравиолетово осветление, петното отново се появило, но този път светлозелено. Щом животното умряло, изчезнало и блещукането. Като разрязали калмара, те видели неговите фотофори — малки зрънца, прилични на бледи песъчинки, разсеяни по месестата мантия на животното. Такива светещи органи имало в стомаха, и славата и в пипалата на калмара. От тях именно се излъчвала белезникавата светлина. Калмарът Chiroteuthis veranyi лози плячката си, като я привлича със светещата си примамка. Светещите органи са разположени по върховете на дългите му лепкави пипала. Дребните ракообразни, привлечени от светлината, се приближават дотолкова, че залепват към пипалата и стават лесна плячка на хитрия хищник. При повечето калмари светлината се генерира от клетки в самото животно. При калмара Heteroteuthis има нечифтен светещ орган, който се открива в мантийната кухина, където чрез сифон при раздразване се изхвърля светещ облак като „огнепръскачка“. Този интересен калмар обитава Атлантическия океан, а също така и Средиземно море на немного големи дълбочини (500—1000 метра) и е бил описан още от Аристотел. При други видове калмари (например Watsenia ) има сложна система от фотогенни органи от вътрешноклетъчен тип, разпространени по цялото тяло, а на края на всяко пипало има по три светещи органа. Те съдържат малки плоч-кообразнн структури с микроскопични размери. Най-висока степен на съвършена биолуминесценция се смята, че е постигната от дълбоководния калмар Lycoteuthis diadema, при който различни луминесцентни органи изпускат светлина до четири различни цвята. Светещият орган на сепията е устроен по много интересен начин. В нейната мастилена торбичка има специална вдлъбнатина, покрита с блестящо вещество, което отразява светлинните лъчи — нещо като рефлектор. Непосредствено зад него се намира малко мехурче със светещи бактерии, а рефлекторът е покрит с прозрачна желеподобна леща, през която отразените лъчи попадат във водата. Когато светещият орган е включен, достатъчно е сепията да отдели няколко капки от „мастилото“ в мантийната кухина, и светлината угасва. Впрочем в миналото хората дълго време са използували именно това сепийно мастило за писане. Някои видове калмари използуват за осветление „прожектори“, които имат следното устройство: полусферичната камера е с блестящо дъно и с четири стени, непропускащи светлината; пред входа на камерата се намира светещо тяло, а зад него леща, насочваща лъчите навън. Когато трябва да се загаси прожекторът, калмарът покрива лещата с черна непрозрачна диафрагма. При някои видове калмари вътре в прожектора се намира „отражател“. При неговото завъртане светлинният лъч мени посоката си и калмарът може да осветява желания обект. Вече е известно, че светлината, излъчвана от калмарите, се получава вследствие на химична реакция и че тя е аналогична на биологичната „студена светлина“ при светулките. При някои калмари светещите органи са големи, а при други — колкото главичка на карфица. Известни видове дълбоководни калмари имат дори цветни филтри, с които създават цяла гама от бяла, синя, розова и жълта светлина. Функцията на светещите органи при някои калмари все още не е добре изяснена. Повечето биолози смятат, че благодарение на тях калмарите могат да се придвижват на стада в гъстия мрак на океанските дълбочини. Според други това светене привлича планктона към пипалата на калмарите, помага им да се събират заедно по време на брачния период, да осветяват пътя си и се използува като средство за защита от неприятелите. От клас Ракообразни (Crustacea) най-популярна с излъчваната студена светлина е скаридата Systellapsis debilis, която обитава най-често Атлантическия океан, но се среща и в Тихия и Индийския океан. Светенето на тази дълбоководна скарида (достигаща до 1500 метра дълбочина) се дължи на множество фотофори, разположени по коремната страна, което й служи за намиране на противоположния пол от същия вид. Най-характерно за това ракообразно обаче е специалната жлеза до устния отвор, която отделя обилен секрет при опасност. Изхвърленият секрет при допир с водата започва да свети, а образувалият се искрящ облак обърква и плаши хищните риби в тъмните океански дълбочини и спасява скаридата. С абсолютно същото „оръжие“ си служат и други дълбоководни скариди — Acahthephyra purpurea и Notostomus sp., които освен типичните фотофори близо до устата също имат жлеза, отделяща при опасност светещ секрет. В миналото по време на война японците вместо джобни фенерчета използували сухи светещи скариди. При намокряне те започвали да светят. Светлината на подобно „фенерче“ е напълно достатъчна, за да се види стрелката на часовника или да се разгледа ориентировъчната карта, без противникът да забележи светлината. В разред Черупчести ракообразни (Ostracoda) се среща интересният охлювен рак Cypridina hylgendarfi, обитаващ японските крайбрежни води, при които по отношение на излъчените светлинни кванти са регистрирани 460 нм синя светлина. При този рак е установено, че луминесциращият материал се намира в жълтите гранули на жлезистите клетки, които подобно на скаридите изхвърлят през отвора си при опасност светещ секрет във водата. Друг представител на ракообразните е малкото китово раче (Nematoscelis microps, което много прилича на скаридите. То се среща в по-студените води на Световния океан. При масово развитие на китовите рачета водата се оцветява бледорозово и през нощта интензивно свети. Излъчваната светлина от китовите рачета се дължи па специални органи, разположени върху очните стълбчета, а също и в основата на втория и седмия чифт крачка. Тези органи са снабдени с леща и рефлектор и могат не само да възпроизвеждат, но и да усилват светлината. Способност към биолуминесценция притежават и някои низши ракообразни от разред Веслоноги ( Copepoda ). При тях източник на светлина са изхвърляните в морската вода активни вещества, отделяни от малки групички зеленикави секреторни клетки, разположени по различни части на тялото. Излъчването па студена светлина е природен феномен, разпространен и при много насекоми, главно бръмбари. Така например известни са семейство Скокльовци (Elateridae) и сем. Светулки (Lampyridae), които излъчват светлина. От първото семейство най-типичният светещ представител е огненосният скокльовец (Pyrophorus), който е разпространен в тропическите страни. Този бръмбар, обитаващ южните части на американския и азиатския континент и наричан от местните жители „кукухо“, е с размери 3—4 сантиметра. Той излъчва толкова силна светлина, че при нея може да се чете книга. Туземците често поставят 20—30 от тези бръмбари в стъклени шишета и ги използуват за осветление, а когато са завързани към глезена на крака или са носени в торбичка от марля, те осветяват пътя на човека, който се движи през нощта из джунглата. Туземните девойки в празнични случаи украсяват косата си с тези светещи бръмбари. Органите за светене на огненосния скокльовец (получил това име поради лекото си и бързо отскачане на крака при поставяне на гръб) са сходни с органите на светулките от семейство Lampyridae. Представителите на това семейство наброяват около 2000 вида, които са известни със своята необичайна способност да изпускат в тъмнината тайнствена луминесцираща светлина. При много видове светулки мъжките се отличават от безкрилите, червеобразни женски, които по-скоро напомнят ларви, отколкото насекоми. Органите на светене при светулките най-често са разположени на края на коремчето. Тук под прозрачната кутикула лежат големи фотогенни клетки, които обилно са оплетени от трахеи и нерви. Под тези клетки се намират светлоотражатели — клетки, които са запълнени с кристална пикочна киселина. По трахеите към фотогенните клетки постъпва въздух, необходим за провеждане на окислителните процеси, а нервният сплит регулира тези процеси. Ако у светулката се отдели главата, светенето се прекратява, но ако след това се раздразнят идващите от главата нерви, безглавата светулка отново започва да изпуска светлина. Много видове светулки така добре регулират процеса на светене, че са способни да намаляват и увеличават силата ка светенето или да изпускат светлина на определени импулси. Някои тропически светулки са забележителни с това, че всички техни представители при съвместно летене светват и загасват „фенерчетата“ си едновременно, което представлява приказно феерично зрелище. У нас се среща светулката Lampyris noctiluca. Женската от този вид няма криле и прилича много на ларва. Вечерно време тя изпуска доста ярка луминесцираща светлина. Мъжкият достига на дължина до 15 милиметра и тялото му се различава от това на женската. Той лети добре, крилете му са разпити, а органите за светене излъчват много слаба импулсираща светлина. Тези светулки мигат с учудващо постоянство, сякаш имат часовников механизъм. И наистина в техния организъм работи своеобразен химичен часовник, в който ролята на махало изпълняват периодично протичащите процеси ма превръщанията на веществото. В Япония из оризовите полета обитават ларвите на водката светулка (Luciola cruciaia), живееща във водата или в тинята. Те ловуват нощем, нападайки предимно различни дребни охлювчета. В това време те много добре се забелязват чрез характерното си светлосинкаво светене. Близък вид на водната светулка е видът Luciola mingrelica, която се среща в Кавказ. Сравнително силна светлина изпускат и светулките от видовете Phausis splendidula и Phosphenus hemipterus. От обширния клас на насекомите се срещат светещи представители не само сред бръмбарите. Например на 200 километра на юг от новозеландския град Окленд се намират знаменитите пещери на Уайтоме, наречени „чудо на природата“ и рекламирани из целия свят. В три от тях над посетителите се открива… „звездно небе“. Разбира се, това не са звезди, а сводовете на пещерите, които са осеяни с многобройни светещи ларви на комари — ми-цетофилди от вида Arachnocampa luminosa. Те са причина пещерите да са чудно осветени. Посетителите трябва да се движат много тихо, защото и при най-малкия шум ларвите изгасват. И все пак най-интересното не е предпочитането на ларвите към тишината, а техният начин на ловуване. Всяка ларва спуска от свода на пещерата до 70 половинметрови лепкави нишки. Насекомите летят към „живата светлина“ и веднага попадат в мрежата. Ларвите затягат нишките, умъртвяват жертвата и лакомо я изяждат. След нахранване всяка „звездичка“ започва да свети с удесеторена сила. Загадъчните пещерни светлини са били обект на изучавано отдавна. Първоначално са ги приемали за ларви на хищни бръмбари, но сравнително скоро учените точно определиха тяхната видова принадлежност. Ларви от същия вид са намерени и в други новозеландски пещери, но не в такова огромно количество. Техни родственици са намерени и и Австралия, и на остров Тасмания. Способност за светене е установена и у ларвите на гъбните комари от видовете Ceratoplanus и особено при видовете Bolitophi, при които и самият комар излъчва светлина. Учените предполагат, че светенето възниква в техните малпигиеви каналчета. От насекомите способност към луминесценция имат няколко вида от разред Вилоскачки Collembola ), които светят непрекъснато, макар интензивността на луминесценцията да се изменя в зависимост от степента на възбуждането им. Дълго време биолуминесценцията е била смятана за изключително рядко явление в природата, което се дължи на обстоятелството, че при висшите сухоземни животни то е сравнително по-рядко срещащ се феномен. Едва през 1930 година, когато била завършена конструираната от докторр Уилям Биб и инженер Отнис Бартън батисфера (желязна сферична камера), изследователите успели да проникнат в дълбините на Атлантическия океан около Бермудските острови до 240 метра, а през 1934 година – на същото място на дълбочина 923 метра. В своята книга „923 метра под повърхността на морето“ доктор Биб обогатил тогавашните оскъдни познания за живота в океанските дълбини. От всичките силни чувства и преживявания може би най-силно впечатление на дълбокоморския изследовател направили светещите животни — риби, главоноги, мекотели и скариди, както и изхвърлянето на светещ облак срещу враговете им. Друг изследовател, придружаващ Биб при едно от дълбоководните му пътешествия, бил ихтиологът Tee Ван, който описва чудната гледка от светещи животи, откриваща се пред очите му, по следния начин: „Тъмнината и припламващите огньове се смесваха пред очите ми. Те се поглъщаха взаимно и понякога ми се струваше, че извършват полет из небесните светове с огромна скорост, летейки на някаква неизобретена още машина. Ту изведнъж се появяваше звезда, ту блясваше светкавица, ту се показваше голямо небесно тяло и внезапно всичко това изчезваше, изгасваше като метеор, който прорязва нашия въздушен океан.“ Малко по-късно (през четиридесетте години) беше създаден батискафът на професор Пикар, а по-късно беше постигнато рекордното потапяне на дълбочина 10 916 метра от неговия син Жак Пикар. Всяко спускане в океанските дълбочини от пионерите на потапянията трасираше пътя за покоряването им и обогати познанията за дълбоководния живот. Благодарение на съвременните технически средства, с които днес разполагат учените, бяха уловени и изучени множество светещи дълбоководни риби, за които науката доскоро почти нищо не знаеше. Установено беше, че биолуминесценцията е широко разпространен природен феномен сред рибите, особено сред дълбоководните. Сред мрака на океанските дълбини живеят много причудливи риби, при които разнообразието в устройството, разположението и предназначението на светещите органи е голямо. Едни от най-интересните светещи дълбоководни риби са от семейството на рибите-въдичари. При тях въдицата се намира на гърба или в предната част на главата. Дължината й е различна — срещат се риби, при които въдицата е десет пъти по-дълга от тялото. Тя обикновено завършва с ярко оранжево пискюлче, а при дълбоководните риби — със светещ орган, подобен на фенерче, което светва и угасва по желание. Те не чакат плячката да се приближи към тях, а сами се промъкват към нея с помощта на своите перки, използувани за крака. Щом наближи рибките, рибата-въдичар започва да движи светещата си примамка, така както прави опитният риболовец, когато използува „блесна“ на въдицата си. Типичен пример е женският екземпляр на рибата Ceratias holboelli, която обитава северната част на Атлантическия океан па дълбочина под 500 метра. Върху главата си има тънък израстък, подобен на въдица, с дължина 2/3 от дължината на тялото й. Краят на този израстък е малко разширен и е снабден със светещи жлези, които издават пулсираща светлина, както морският фар през нощта. В дълбокия океански мрак жертвата, примамена от тази своеобразна светлина, бързо попада в здравите зъби на хищника. Подобно приспособление има и рибата Linophryne arborifera, която като допълнение има и светещ израстък — „брада“. Светещо подбрадие има и рибата Ultimostomia mirabilis, при която този израстък е почти 10 пъти по-дълъг от тялото. При друга дълбоководна риба — при Galatheathauma axeli, обитаваща океанските дълбини до 3600 метра, светещият орган е устата. Тя примамва плячката с широко отворена уста. Рибите, привлечени от светлината, влизат направо в устата на хищника, и на него му остава само да я затвори. Подобен е и патентът на рибата Chauliodus, която има около 350 светещи органа, повечето от които се намират в устната кухина и по вътрешната повърхност на очните ябълки. Сред многобройните видове риби, които използуват биолуминесценцията като средство за атака, особен интерес представлява дълбоководната риба Pachystomias поради твърде усъвъренствуваната си техника. При този вид се произвежда оранжева или червена светлина благодарение на подходящи филтри, изградени от особени тъкани. Дълбоководните организми обикновено не са чувствителни към тези области на спектъра, докато рибата Pachystomias притежава ретинови пигменти, пригодени към това. По този начин рибата може да осветява жертвите си без те да разбират за приближаването на врага. При някои риби фотофорите са разпръснати по различни части на тялото. Например при дълбоководната риба Scopelopsis multipunctatus на всяка люспа има по един малък фотофор, излъчващ зеленикава светлина. Докато при повечето видове риби светещите органи служат за примамка на плячката или за пропъждане на неприятеля, при рибата-мичман (Porichthys notatus), по-точно при мъжката, светещите органи функционират предимно напролет и през лятото, когато е размножителният период, и са предназначени за откриване на партньорите. При този вид риби фотофорите (на брой от 600 до 840) са снабдени в основата си с отразяваща светлината тъкан, служеща за рефлектор, а също и с леща, обвита с пигментна обвивка. Светлината, излъчвана от тази риба, е напълно достатъчна, за да може да се чете на нея от разстояние 25 сантиметра. Някои риби непрекъснато излъчват светлина, например рибата-фенер Photoblepharon palpebratus, обитаваща Червено море. Тя е малка (с размери до 7—8 сантиметра) топлолюбива риба, при която в светещия орган, намиращ се под окото (по-голям от него и с формата на „бобче“), са настанени луминесциращи бактерии, излъчващи светлина. Светлинните лъчи на фотоблефарона са толкова ярки, че на светлината на една от тези риби, поставена в аквариум, човек може да чете вестник. За да не бъдат заслепени от собствената си светлина, когато плуват към отражателната повърхност, тези риби спускат над лъчите си непрозрачни, подобни на клепачи, капаци. Рибата-фенер може да бъде снимана на собствената й светлина. Тези риби добиват храната си по няколко начина. Те плуват и насочват лъчите си към тъмните води, търсейки дребни раковидни животни; понякога пасажи от риби-фенери се събират в потоци светлина, която привлича животни с черупки. Тези големи светлинни потоци объркват потенциалните хищници. Поединично рибата-фенер избягва нападенията, като плува, мигайки. Ако се доближат до незащитени рифове, рибите плуват известно време с „включени“ светлини, после изведнъж спускат клепачите си и бързо отплуват в друга посока. На същия принцип (симбиотични отношения със светещи бактерии) свети рибата Anomalops, при която светещият орган също се намира под окото. Вече е напълно доказано, че при рибите Physiculus Leiognathus и Monocentris светлината се предизвиква също от бактерии-симбионти, намиращи се в няколко специални участъка. Многобройните представители на сем. Светещи хамсии Мусtophida се отличават от причудливите видове дълбоководни риби е обикновената форма на тялото си. Например светещите хамсии Myctophum punctaturn и Lampanictus elongatus са малки риби, които обикновено не надминават на дължина 10 сантиметра. Те притежават фотофори, разположени в специални вдлъбнатини по повърхността на тялото, с добре развит рефлекторен слой, а отвън са покрити с люспи, преобразувани в лещи. Светещите-хамсии се срещат предимно в тропичните и субтропичните области на Световния океан. Те са дълбоководни и полудълбо-ководни риби, като през нощта се изкачват до повърхностните слоеве на водата. Някои видове акули също имат светещи органи. Известна е светещата акула-джудже Euptrofo icrus bispinatus, която притежава специални луминесцентни органи (фотофори) с големина 0,03—0,08 милиметра, гъсто осеяни по цялата долна част на туловището й, а също и по гръдните и коремните плавници. При възбуждане цялата коремна повърхност на тялото й светва със силна бледозеленикава светлина, която се забелязва дори от 15 метра. Особено ярка светлина изпуска и малката акула Isistius brasi liensis, достигаща на дължина до 40—50 сантиметра. И двата вида акули обитават тропичните води на Атлантическия, Индийския и Тихия океан. Неотдавна ихтиолози от един американски научноизследователски кораб са хванали голяма акула с дължина 3,5 метра и с тегло 750 килограма. След старателен преглед на хищника в океанариума Вайкики учените са стигнали до извода, че са се натъкнали на неизвестен досега вид акула. Когато отворили гърлото й, се оказало, че осеяните й със зъби-кинжали челюсти светели. Учените установили, че зъбите са покрити с биолуминесциращо вещество. Пред учените отдавна стон на дневен ред въпросът, дали съществува биолуминесценция в многобройния и разнообразен птичи свят? Има ли истина в многобройните легенди и приказки за фееричната „жар-птица“? Достоверни сведения за светещи птици се появяват и в днешно време. В Съветския съюз (напр. и Ярославска област), в ГДР, ФРГ, Франция, Англия и други страни нееднократно са забелязвани светещи бухали и сови. Около Архангелск ловци видели и направили опит да хванат две светещи гъски. При Лебедевите острови в Черно море местен рибар разказал на един мичман от Севастопол за светещ лебед. Заинтригуваният мичман бил заведен на мястото и той не само се любувал на изумителното зрелище, но успял да убие рядката птица. Когато занесли лебеда в къщата на рибаря, той осветил толкова силно стаята, че спокойно можело да се чете книга. Светлината се излъчвала от перата, които светели през цялата нощ. Учените нееднократно са търсели отговор на въпроса, дали съществуват биолуминесциращи птици. Изследванията показали, че в действителност всички легенди за жар-итица и действителните наблюдения се отнасят до отношения на симбиоза (съжителство) между птиците и случайни светещи организми, приспособили се да живеят върху птичите пера. Най-често това явление се наблюдава при водоплаващите птици (лебеди, гъски, патици), обитаващи крайбрежните езера и моретата. Върху техните пера се заселват светещи микроорганизми. Бухалите и совите, които живеят в хралупите на старите гниещи дървета, се заразяват със светещи гъбички. Един от изследователите на светещите птици е професор Килермаи, който в сп. „Nature“ разглежда въпроса за светещите птици и гнезда и стига до заключението, че двата феномена действително съществуват. По думите на проф. Килерман светещи гнезда били намерени в околностите на Регенсберг. Те се оказали гнезда на врани. В тях открили гниещи риби, които фосфоресцират. Нерядко птиците донасят в гнездата си бръмбари и светулки и други подобни на тях насекоми, чието присъствие е причина за появата на светене. Понякога обаче в разказите подобен род светещи гнезда се смесват със светещите гъби. Все още не е изяснен напълно въпросът за светещата птица, която се среща в Австралия. Тя спада към великолепните чинки от вида Poephila gouldiae. През нощта тази интересна птица изпуска синкава светлина от двата израстъка, разположени в ъглите на човката й. По мнението на някои учени това е единствената птица, която произвежда самостоятелно жива студена светлина. Излиза, че приказките и легендите за чудната жар-птица не са без основание. Явно е, че биолуминесценцията е природен феномен, широко разпространен сред животинския свят, като „патентът“ е притежание предимно на живите организми, чийто живот е свързан с водата. Съвсем естествено обаче възниква въпросът, каква роля играе светенето в живота на отделните организми? Защо природата е създала този патент при някои видове? Като се има пред вид дългата еволюция, която е довела до оформяне па фотофори у много безгръбначни животни, трябва да се допусне, че при някои планктонни и дънни животни светлината играе съществена роля в борбата им за съществуване. Но докато излъчването на студена светлина е защитно средство за някои животни, при други то служи на нападателите за осветяване на пътя им, за търсене на плячка или просто за привличане па по-непредпазливите животни. Това най-често се наблюдава при рибите, особено при дълбоководните видове. За дълбоководните животни, които живеят във вечен мрак, голямо значение има и възможността да се осветява водата на известно разстояние. Излъчването на светлина от водните животни, които нападат, има и своите отрицателни страни, защото е възможно и те на свой ред да станат лесна плячка. С това се обяснява защо фотофорите или светещите елементи се срещат най-много по долната коремна част на дълбоководните риби. Знае се, че з дълбочините гъстотата на организмите намалява и затова нападателят почти винаги идва отгоре. Поради това горната част на тялото на рибата е тъмна, а долната е светла, като по този начин тя се слива с естествената светлина, която идва отгоре. Освен като средства за защита или за нападение биолуминесценцията се използува от много животни и като средство за съобщение. Светенето играе роля за събирането на животните от един и същи вид, за привличането на женските и мъжките животни. Това е наблюдавано главно при светулките и при другите насекоми, които излъчват студена светлина. Езикът на биолуминесценцията обаче не е еднакъв за всички. Главната разлика при различните видове е честотата на светлинните сигнали и тяхната сила. Какъв е механизмът на биолуминесценцията? Този въпрос още от древни времена е привличал вниманието на учените. Още преди три века, през 1667 година, Роберт Бойл констатирал, че е необходим въздух, за да могат някои безкрили светещи насекоми, наблюдавани в Англия, да излъчват студена светлина. Тогава той не знаел, че кислородът е необходимата съставка на въздуха. Това станало ясно един век по-късно, а едва в края на миналия век (през 1882 година) бе направено важно откритие от французина професор Рафаел Дюбоа, което трасира пътя за изследване на биологичната светлина. Откритието на Дюбоа се роди от фантастичната му идея да произведе биологична светлина в отсъствието на живот. Той взел няколко светещи насекоми от Индия, стрил ги в студена вода и отделил парченца от тях. Ученият забелязал, че няколко минути след смъртта си те продължавали да излъчват светлина. Тогава Дюбоа направил втори опит с други парченца от насекомите, които потопил в топла вода. Светлина не се появила. След това добавил втория несветещ екстракт към първия (който също вече не светел) и светлината се появила. След като потвърдил опитите си с луминесциращо мекотело, Дюбоа съобщил наблюденията си в Дружеството за биологични науки в Париж. Парчето, потопено в студена вода, той нарекъл „луцифераза“, а потопеното в топла вода — „луциферин“, несъмнено повлиян от народните поверия, които приписват дяволски произход на огъня и светлината (от френски Lucifer — дявол). След това ученият изказал хипотезата, че луциферазата е ензим (фермент), тоест билогичен катализатор, който светлината денатурира, а луциферинът е вещество, устойчиво на топлината и способно да реагира с ензима в присъствието на кислород и да създава светлина. Важността на откритието на Дюбоа се състои в това, че той доказва, че светлината, която излъчват някои живи организми, възниква при окисляване, катализирано от ензим, при което се наблюдава отделянето не на топлинна, а на светлинна енергия. Откритието на Дюбоа разкри първия аспект на биолуминесценцията. Тъй като това явление е твърде разпространено сред живите същества, възможно е да се покаже специфичната връзка между двете вещества, участвуващи в реакцията, в смисъл, че луциферииът е вещество, което може да взаимодействува само с луциферазата от същия вид или от сродни организми. Например луциферинът на мидата-каменопробивач (Pholas) не реагира е луциферазата на бръмбара огненосен скокльовец (Pyrophorus) и обратно. Друг важен факт е следният: системата луциферин — луцифераза не е единствена система при живите организми за произвеждане на светлина. Така например медузата Aequorea притежава веществото екворин, което е способно да произвежда светлина. По-късно, през 1946 година, Мак Елрой експериментално доказа, че за биолуминесценцията освен луциферин и луцифераза съществена роля изпълнява и аденозинтрифосфорната киселина (АТФ). Проведените опити с извлеци, съдържащи, луциферин и луцифераза, при които светенето било вече преустановено, се възбуждали отново при прибавяне на АТФ. Тъй като АТФ е продукт на клетъчния метаболизъм, става ясно защо биосветлината изчезва малко след като живият организъм загине. Днес целият механизъм на биолуминесценцията е разкрит напълно. Биологичните реакции не могат да се осъществят без наличието на енергия. Те я получават от едно съединение, което всички клетки използуват, за да запазват и пренасят енергията — това е АТФ. Луциферииът и луциферазата първо взаимодействуват с аденозинтрифосфата и образуват траен комплекс, който на свой ред реагира с кислорода. По време на последния етап се получава светлинно излъчване. Следователно основният процес на биолуминесценцията се състои в превръщането на химичнага енергия в светлинна посредством оксиредукционен процес. Ензимът луцифераза определя цвета на излъчваната светлина. Различните видове светулки излъчват светлина с различен цвят — от червена до зелена. Ако се смеси луциферин -от „червена“ светулка с луцифераза от „зелена“ светулка, излъчената светлина е зелена. Тези изменения в цвета зависят от точната структура па ензима — от състава на аминокиселините, които той съдържа, както и от естеството на връзката ензим — субстрат в междинния комплекс. Субстратите обикновено са съставени от малки молекули. Те могат да бъдат и протеини с много високо молекулно тегло. Специален вид субстрат е открит при медузите Aequorea. Тези съединения, наречени фотопротеини, имат свойството да излъчват светлина само в присъствието на калциеви или стронциеви йони. Класическото взаимодействие между луциферин и луцифераза дълго време било противопоставяно на реакциите, в който участвуват тези фотопротеини. В същност става дума само за един вариант. Фотопротеините са белтъци, които вече са фиксирали молекули луциферин, но съединението фотопротеин — ензим е „блокирано“ преди етапа на светлинното излъчване. Добавянето на калций освобождава съединението и то взаимодействува нормално с кислорода и започва да свети. Пречистването на биологичните съединения и разкриването на механизмите, водещи до светене, представляват голяма крачка напред в изучаването на биолуминесценцията, но не обясняват всичко. Реакциите луциферин — луцифераза, протичащи в епруветка, най-често предизвикват краткотрайни блясъци. Следователно липсва елемент, регулиращ изкуствено предизвиканата реакция. Търсенето на този вероятен регулатор поставя проблема за влиянието на клетъчните структури върху самото естество на светлинните процеси. Отговор на този проблем бе даден преди около 15 години от американеца Хейстингс — един от специалистите по проблемите на биолуминесценцията. Според него излъчването се регулира от мембраните на „блещукащи“ субклетъчни частици. Проучванията върху биолуминесценцията не представляват интерес само от теоретична гледна точка. Те имат редица косвени приложения — светлината лесно се установява, а интензивността и се измерва с голяма точност, поради което тя може да бъде използвана, за да се изучат явленията, стоящи в основата на излъчването, и то без изменения в организма. Краткотрайните блясъци могат да бъдат истински „биологични индикатори“ на процесите, извършващи се „на живо“. Най-известен е примерът с двойката ензим — субстрат на светулката. Този механизъм се нуждае от АТФ. Светлинното излъчване позволява да се открие присъствието па АТФ с много по-голяма точност, отколкото позволяват това традиционните методи. Това откритие било използувано от учени от Американската асоциация по космонавтика (НАСА) за разработване на уред, в който били поставени извлеци от луциферин и луцифераза, получени от светулки, но без АТФ. Към уреда имало устройство за регулиране на получената светлина. С този уред учените се надяват да открият дали съществува живот на други планети. При наличието на живот ще има и АТФ, а това ще предизвика луминесцентна реакция, която ще се регистрира от уреда. Разкриването на интимната същност на биохимичните реакции при биолуминесценцията насочи усилията на учените към разгадаване на химичния строеж и изкуственото синтезиране на луциферин и луцифераза за тяхното широко приложение. Засега в чисто състояние са получени само два вида луциферин. Формулите им са установени и те са синтезирани след това. В първия случай става въпрос за луцнферина на светещите червеи. Той е кристализиран през 1957 година и е получен синтетично през 1961 година Вторият случай се отнася до охлювния рак Cypridina, обитаващ японските морета, Луциферинът му бе получен в кристален вид през 1957 година, а е синтезиран през 1966 година Ако би могло да се синтезира луцифераза, тя може да се смеси със синтетичен луциферин в концентрирани количества и да се получи ярка светлина, която ще свети непрекъснато. Луциферазата обаче се получава по-трудно в чисто състояние, защото е белтъчна материя. Все пак това са се опитали да направят Райлей през 1962 година и Кувабара и Хейстингс през 1965 година. Предполага се, че този ензим е съставен от две подединици, от които едната е истинската луцифераза, а другата — ензим, който окислява един кофактор. Биолуминесценцията отдавна е занимавала умовете на поколения учени за създаване на икономична лампа със студена светлина без проводници по примера на създадените от природата живи светлинни източници, при които коефициентът на полезно действие е почти 100%, докато в обикновените електрически крушки само 10% се превръщат в светлинна енергия, а останалите 90% в — топлина. Биолуминесценцията е най-съвършеният начин, при който химичната реакция се превръща в светлинна почти без остатък. Още през средновековието алхимиците са се опитвали да намерят начин за консервиране на светещите органи при светулките, за да ги използуват по-късно за осветление. През 1900 година Дюбоа осветил една от залите на Парижката международна изложба с флакони, съдържащи култура от светещи бактерии. Той предложил такива светлинни източници и за минните галерии, в които нахлува взривоопасният газ гризу. През 1935 година заседателната зала на Парижкия океанографски институт била осветена с лампи, които представлявали стъклени колби, напълнени с морска вода и с милиони светещи микроорганизми. Тази идея наскоро била подета от една американска компания, която работи над методите за употреба на химична светлина за засилване сигурността на мините и за откриване на спасителните пояси при изгасване на осветлението. Вече са получени лумииофори, които светят при взаимодействието си с кислорода на въздуха, както това става при светулките. Такъв луминофор се поставя в херметически затворено пакетче. При нужда то се изважда от джоба, разкъсва се обвивката и фенерчето започва да свети, като колкото повече се разкъсва, толкова по-силно започва да свети. Върху неголямо парче картон (колкото пощенска картичка) се нанася слой от луминофора, който е способен да свети след въздействието на светлинни лъчи. Това картонче също може да се използува като джобно фенерче, а когато се наложи да се пише на тъмно, то се поставя под хартията. В Съветския съюз по време на Втората световна война в скривалищата са били поставяни големи плоскости, покрити с луминофор, в случай че изгасне електрическият ток. Луминофорите с дълъг период на светене могат да се използуват за аварийно осветление, за сигнализиране във водата и във въздуха, за осветяване на пътища и райони, отделеченн от населените места. Разтворът на такъв луминофор може да се нанесе върху пътните стълбове или върху дърветата покрай шосето, а също и върху пътните знаци. След като се установи, че екворинът (протеин, извлечен от медузата еквора) има светлинна дейност, свързана с присъствието на калций, създава се възможност това да се използува в неврофизиологията за проследяване движението на калция на нивото на невронните връзки. Биолуминесценцията може да служи и за създаване на оптични релета, тъй като светлинните вещества са чувствителни към твърде малки химически или електрически импулси. Те могат да бъдат поставени върху електрод и да бъдат накарани та реагират под действието на слаба разлика в потенциала (например от порядъка на един волт). В близко бъдеще някои лекарства и отрови вероятно ще могат да бъдат откривани с помощта на биолуминесцентни съединения. В някои страни вече се използува свойството, което имат производните на опиума, а именно да инхибират биолуминесценцията на бактерийните системи. Това свойство се използва за откриване на хашиш и морфин, а приложението му в бъдеще би могло да се разшири. Учени от лабораторията в Чайна лейк (Калифорния) са изобретили биолуминесцентна лампа за гмуркачи, която издава синьозелена светлина, видима на значителни разстояния под полата. Тази неелектрична лампа не създава електромагнитни полета, поради което била изключително полезна за водолазите при обезвреждане на магнитни мини или при приближаване до плавателни съдове с електромагнитни детектори на борда. Тази лампа свети в продължение на една седмица. Хемилуминесценцията намира голямо практическо приложение в медицината като свръхчувствителен индикатор на минимални количества химични вещества в човешкото тяло. Едно от тях е аденозинтрифосфатът — химикал, свързан с енергетичните процеси във всички живи същества. Когато в тялото на светулка се смесят луциферин, луцифераза и вода, веднага се получава светлина, щом в сместа се инжектира аденозинтри-фосфат. С помощта на получения от светулки луциферин, който служи като изключително бърз и чувствителен индикатор на аденозинтрифосфата, могат да се установят инфекции на пикочните пътища. Проба от урина се подлага на прост процес на извличане на аденозинтрифосфат, като се потапя в смес от луциферин и луцифераза, намираща се в тъмна клетка. Ако в урината има бактерии, техният аденозинтрифосфат ще предизвика светлинни отблясъци, които могат да се измерят с фотоелектричен умножител. По този начин може да се установи присъствието на няколко хиляди бактериални клетки, което е много ниско съдържание. Тъй като с помощта на биолуминесценцията може да се установява и се изчислява съдържанието на бактерии в кръвния поток, тя би могла да се използува, за да се проследи как протичат инфекциозните заболявания (например проказата) и да се определи тяхното лечение. В медицинската практика вече широко се използува луминесцентният микроскоп за откриване причинителите на заболяването, като за целта бактериите предварително се оцветяват с луминесцентни бои. Това са специални луминофори със селективно (избирателно) действие, които оцветяват само определен вид микроорганизми. Така дифтерийните бактерии се превръщат в ярко светещи звездички с помощта на корнфосфан, а причинителите на туберкулозата и проказата се оцветяват с помощта на аурамин. Получени са лумннофори, които при определени условия действуват само върху молекулите па нуклеиновите киселини -известните ДПК и PНK. За първата е характерно зелено луминесцентно светене, а за втората — червено. По този начин биолозите и медиците изучават разположението им в живата клетка. В някои случаи но цвета на луминесценцията може да се различат живите клетки от мъртвите (некротичните), а здравите — от раковите, което помага на хирурзите при операция. Луминесцентните бактерии са използувани и при създаването на уред, с който се проверява дали водачите на превозни средства са употребили алкохол. Открито е, че някои светещи бактерии, взети от кожата на риби, са чувствителни към алкохол — присъствието на алкохолни пари предизвиква преустановяване на луминесценцнята им за няколко секунди. Бактерии били поставени в касетка от 35-милиметров филм, към отвора на касетката прикрепили фотоклетка, която била свързана с усилвател и звуков генератор. Съединената с мундщук тръба прекарвала дъха на подложения на проверка шофьор през касетката. Ако и дъха му има алкохол, количеството на бактерийната светлина ще се намали, а тонът на звуковия генератор ще се промени, което показва наличието на алкохол. Вече са пуснати в производство бактерийни детектори, чувствителни към различни замърсители. Сега се култивират около 500 вида светещи бактерии, които да реагират на различни експлозивни химикали, отровни газове и замърсители на въздуха. Някои от тези замърсители, като азотните окиси и озонът, вече се измерват с хемилуминесцентни уреди. Установява се присъствието на азотни окиси, като с помощта на малка помпа се всмукват проби от въздуха и се смесват с озона на озонния генератор. Смесването се извършва пред фотоелектронен умножител, който се охлажда до —25°С, за да стане по-чувствителен. Ако пробата съдържа азотни окиси, излъчва се червена светлина. С помощта на този метод се изчислява съдържанието на азотни окиси от порядъка на части от милиард. Подобни методи се използуват за непрекъснато контролиране съдържанието на мед, манган и други метали във въздуха и водата, където минимални количества биха представлявали опасност за здравето на хората. Следите от металите, които могат да се установят, понякога са фантастично малки: например при кобалта може да се постигне точност до една част от трилиона. Това е най-голямата чувствителност, която може да се постигне. Биолуминесценцията е още един от многобройните „патенти“ на живата природа, разкрит от човека. Приложението й е още в началния си стадий. Безспорно е обаче, че тя ще намери важно място във всички области на науката и техниката. Медицината. промишлеността и борбата срещу замърсяването на околната среда са първите области, които ще се възползуват от нея.