НАСЕКОМЫЕ

Жуки светлячки. Биолюминесценция

Сказочно преображается лес, когда в сумерках светлячки зажгут свои фонарики. Под кустами и в траве, тут и там, во мраке светятся зеленые огоньки, мерцают, затухая и ярко вспыхивая. Иные из них, те, что менее ярки, поднимаются в воздух, перелетают от дерева к дереву и вдруг стремительно падают вниз, словно миниатюрные ракеты лесного фейерверка.

Это самцы светлячков, маленькие бурые жучки, найдя свою самочку, спускаются к ней в траву. Яркие малоподвижные огоньки на земле – самки светлячков, Ивановы червячки, как у нас их называют. Они не умеют летать и в самом деле похожи на червяков: тело длинное, членистое, без крыльев.

Когда самцы поблизости, их фонарики горят особенно ярко. Посадите в стеклянные пробирки (хотя бы от таблеток) отдельно самца и самку. Положите пробирки с пленными жучками рядышком на траву так, чтобы они могли видеть друг друга.

Потом положите на некотором расстоянии. Вы заметите, что самка в первом случае светится ярче. Она даже поднимает кончик брюшка кверху, чтоб огонек был лучше виден. Здесь, на конце брюшка, путем биохимических процессов особое вещество люцифераза заставляет соединяться с кислородом другое вещество, люциферин. Происходит окисление, то есть медленное горение, и в маленькой лаборатории светлячка рождается свет.

Живут светлячки в траве, под опавшей листвой в кустах. Питаются они гниющими растениями и мелкими животными.

Через несколько недель из отложенных светлячками яиц появляются крупные личмнки, черные, с желтыми пятнами. Они еще больше похожи на червячков, чем самки. Днем личинки прячутся под камнями, под корой гнилых деревьев. Здесь перезимовывают, а на следующую весну из личинок развиваются взрослые светлячки.

Светящийся орган – фотофор, – грубо говоря, состоит из трех слоев. Нижний – рефлектор. Протоплазма клеток, из которых сложен этот слой, буквально «нашпигована» микроскопическими малыми кристаллами мочевой кислоты. Они отражают свет, вырабатываемый фотогенными клетками среднего слоя фотофора, которые тоже заполнены округлыми или удлиненными микроскопическими частичками. Прежде думали, что это светящиеся бактерии, а выяснилось, что митохондрии – самые крохотные в мире «энергетические станции».

Без них клетка мертва и бездеятельна, как машина без горючего. Митохондрии преобразуют энергию химических связей в энергию жизненных процессов. Они же доставляют энергию и для тех окислительных процессов, зримым результатом которых является биолюминесценция.

Как и машина, снабженная горючим и готовая к движению, требует, чтобы двигатель заработал, поворота ключа в системе зажигания, так и светящимся клеткам необходим пусковой импульс. Роль его выполняют нервы, которые приводят в действие фотогенный аппарат. Опыты, произведенные над светлячками люциоля, показали следующее: обезглавленный жук не светится, но, если раздражать электрическими импульсами перерезанные подобной операцией нервы, жук снова начнет светиться. Нервы и трахеи (поставщики кислорода) густо оплетают фотогенные клетки.

Третий слой фотофора – его наружное прикрытие, кутикула, с прозрачным, светопроницаемым «окном» над фотофором.

У фотофоров размеры разные: от светящейся точки до объемистой массы клеток, занимающих большую часть нижней поверхности брюшка жука.

Обитающий у нас на Кавказе светляк из рода люциоля, как и североамериканский жук фотинус, испускает свет короткими вспышками через одну-две секунды. Иногда в полете светится он и более продолжительно и тогда проносится по темному небу падающей звездой. Этот жук, как и обычные наши светлячки, из семейства светлячков, В нем две тысячи видов, распространенных по всему миру, особенно много их в теплых странах. Самки у большинства с недоразвитыми крыльями, летать не умеют. Светящиеся органы расположены на конце брюшка, и у личинок тоже. У многих светятся даже яйца.

И жуки некоторых других семейств наделены светящимися органами. Знаменитый кукухо Вест-Индии – из семейства щелкунов. Научное его название пирофорус. Этот жук – одно из самых ярких светящихся животных. У него два больших светящихся органа: сверху на груди, свет его зеленый, и один снизу на брюшке, этот оранжевого цвета. Суммированный свет 37-40 кукухо равен одной свече. Свет такой яркости способны произвести только шесть тысяч собранных вместе самок наших обычных светлячков.

Ультрафиолетовых и инфракрасных лучей в биолюминесцентном свете жуков нет, разложенный спектрографом, он занимает узкую желто-зеленую зону. Правда, длина испускаемых волн и воспринимаемый нашим глазом цвет светящихся органов у разных видов неодинаковы: зеленоватый, голубоватый, красноватый, желтый, оранжевый. Коэффициент полезного действия природных фонариков необыкновенно высок: в электрической лампочке лишь около 5 процентов энергии преобразуется в видимый свет, а у жуков в зависимости от вида – 87-98.

Первые европейцы, поселившиеся в Бразилии, когда не было свечей, освещали свои хижины светлячками. Ими же наполняли лампады перед иконами. Индейцы, путешествуя ночью через джунгли, и сейчас привязывают к пальцам ног больших светящихся жуков, чтобы освещать дорогу и отпугивать ядовитых змей.

Многие тропические и североамериканские светлячки в отличие от наших, которые светятся непрерывно, сигнализируют кратковременными вспышками.

Когда опускаются сумерки, светлячки-фотинусы выбираются из дебрей трав, где прятались весь день.

Самка садится на какой-нибудь листочек, а самец летает вокруг низко над землей. Он все время мигает своим фонариком. Когда он окажется недалеко от самки, метрах в трех-четырех, и мигнет на лету огоньком, она, подождав секунды две, отвечает ему вспышкой. Самец сейчас же разворачивается курсом на нее и мигает в ответ.

На вспышки других самцов он обычно не отвечает. Значит, есть разница в сигналах самки и самца. Зоологи присмотрелись внимательнее и вот что заметили: самец в полете зажигает фонарик примерно через каждые 5,8 секунды. Но самка отвечает ему всегда через две секунды после того, как погаснет его последний сигнал. Если случайно другой самец мигнет через две секунды после вспышки одного из летающих над поляной фотинусов, тот немедленно поворачивается к нему. Но дальнейший ритм вспышек не совпадает с азбукой самки, и он пролетает мимо.

Можно привлечь светлячка и неярким искусственным светом, включив его на мгновение через две секунды после сигнала самца.

Форма светящихся пятен, яркость и продолжительность самой вспышки вносят дополнительные отличия в световые коды самца и самки. И уж, конечно, сигнальные системы разных видов светлячков совсем не одинаковы.

Самое странное, что, если к одной самке спешат несколько светлячков, они нередко вдруг начинают перемигиваться с ней в одном для всех ритме – синхронно. А тропические светлячки «поют» своим дамам огненные гимны только хором, всей стаей в унисон вспыхивая и затухая.

Как тетерева на болоте, жуки собираются на токовища на каком-либо одном, всегда постоянном дереве. И здесь все разом зажигают и все разом гасят свои огоньки. Мигают, скажем, 100-200 раз в минуту. Жуки на соседнем дереве тоже вспыхивают согласованно, но не «в ногу» с первым деревом. А третье и четвертое деревья «полыхают» на свой лад.

Зрелище это, говорят, потрясающее. Лесная иллюминация затмевает своим блеском ночные рекламы больших городов.

Час за часом, ночь за ночью, неделями и даже месяцами мигают на дереве жучки все в том же ритме, как и много дней назад. Ни штиль, ни сильный ветер, ни ясное, ни облачное небо, даже дождь, моросящий над лесом, не могут изменить ни интенсивность, ни частоту вспышек. Только слишком яркое сияние полной луны будто бы смущает жуков, и они совсем перестают светиться.

Можно нарушить синхронность их вспышек, если осветить дерево яркой лампой. Но, когда лампа погаснет, жуки опять, словно по команде, начинают мигать «в ногу». Сначала те, что в центре дерева, приспосабливаются к одному ритму. (Предполагают даже, что в огненном оркестре есть дирижер.) Потом соседние жуки подключают к ним свои нервные «реле», и постепенно волны мигающих в унисон вспышек распространяются по ветвям дерева во все стороны.