Летом после захода солнца можно увидеть удивительное зрелище: в ночи светятся маленькие огоньки, похожие на звезды. А это светится необычное насекомое - светлячок. Поговорим подробно об этих жуках-светлячках, которые могут сверкать и выглядеть как звезды.
Описание образа жизни жука
Светятся жучки различным светом от красного до зеленого , яркость света тоже у всех разная. Это жесткокрылый жук, которых существует множество видов. Только на территории Российской Федерации их насчитывается около двадцати. Живут жуки как в тропическом, так и субтропическом климате.
Светлячок - наземный жук, который активен в основном ночью . По крайней мере, увидя его днем, невозможно представить что этот самый обыкновенный жук может так необычно выглядеть в темное время суток. Насекомое бывает от 0,5 до 2 сантиметров в длину, у них маленькая голова и большие глаза. Тело сверху плоское. Есть крылья и 11 усов, которые расположены на лбу жука.
Особенностью насекомого является их способность к свечению. Этот эффект присущ жукам за счет строения их тела. На брюшке жука есть кристаллы мочевой кислоты, над которыми располагаются фотогенные клетки с нервами и трахеями, проводящими кислород. В результате окисления светлячок мерцает и излучает свет
. Вообще, свечением светлячок обороняется от врагов, показывая им, что он не съедобен. Также свечением насекомое привлекает к себе особей противоположного пола.
Характер жука - светлячка
В наших краях чаще всего встречается Ивановый червячок. Это вид светлячка, который обитает в лесу и его можно увидеть летней теплой ночью.
Днем насекомые, как правило, прячутся в травяных зарослях. Самка имеет коричневый окрас и три полосы на брюшке. Летать они не способны и по экстерьеру напоминают личинок до 18 сантиметров в длину. Эти жуки создают потрясающее зрелище своим ночным свечение, будто звезды падают с неба.
Это ни с чем не сравнимое световое шоу завораживает. Некоторые светлячки светятся ярче других и за счет такого контраста смотреть на них еще интереснее. Они летают сквозь траву и деревья и, быстро взлетая вверх, напоминают салют.
У самцов тело представляет форму сигары, в длину оно около 1,5 сантиметров. У них огромная голова и глаза. В отличие от своих подруг, они прекрасные летуны.
Известны факты применения светлячков в быту человека. Древние летописи гласят о том, что переселенцы, перебравшиеся в Бразилию, использовали светлячков как освещение
в своих домах. Индейцы на охоте фиксировали жуков к своим ногам и они освещали таким образом дорогу, а также отпугивали змей.Эта особенность жучков вполне сравнима с лампой дневного света, но в отличие от лампы, светлячок при свечении не нагревается.
Питание светлячка
Обитают жучки в траве или листве, ночью они охотятся и добывают себе еду.
Основу рациона составляют такие мелкие насекомые, как:
- муравьи,
- пауки,
- личинки.
- Также жук ест растения, которые гниют.
Интересным фактом является то, что взрослые светлячки не едят , а существуют только для создания потомства. После откладывания яиц они просто погибают. В брачный период светлячков бывают случаи поедания себе подобных. Самка съедает самца сразу после спаривания. Самки светлячка Фотурис заманивает к себе самца как будто для спаривания, и как только он приближается, она тут же съедает его. Этому есть даже научное название - агрессивная мимикрия.
Для человека светлячок является полезным насекомым , которое поедает вредителей в садах и огородах. Поэтому увидев этого красивого жука в своем саду, садовод обычно очень радуется.
Самые интересные виды светлячков обитают в Японии, они населяют рисовые поля и едят вредителей, тем самым приносят фермерам неоценимую пользу и помогают сохранить урожай.
Размножение, потомство и продолжительность жизни жука светлячка
Как было сказано ранее, своим светом светлячки привлекают к себе половинок противоположного пола и спариваются с ними. Когда у самца жука наступает брачный период, он выходит искать себе пару и именно в это время она замечает своего избранника по оттенку света. Чем свет ярче, тем самец популярнее
и на него обращает внимание наибольшее внимание самок.
Некоторые виды светлячков во время брачного периода устраивают самые настоящие световые представления, в которых участвуют целые группы жуков. Это смотрится красивее, чем ночные огни большого города.
Когда самка дает самцу определенный сигнал о том, что она выбрала его, он спускается к ней и они еще несколько минут общаются, светясь огоньками, после чего происходит непосредственно сам процесс оплодотворения. После совокупления самка откладывает яйца, из которых вылупляются личинки жука . В основном они черные или желтые. Бывают наземные и водные личинки.
Они невероятные обжоры, личинки в огромных количествах поедают мелких беспозвоночных , а также моллюсков. Они могут светиться так же, как и взрослые жуки. Наевшись в летний период, на зиму они прячутся в деревьях и там зимуют.
Ранней весной личинки просыпаются и снова едят в огромных количествах. Это происходит около месяца или дольше, после чего наступает процесс окукливания личинки , который продолжается от 7 до 18 дней.
В результате появляется взрослый жук, который будет так же как и остальные светится в темную летнюю ночь своим завораживающим огоньком. Живут взрослые особи недолго, около трех - четырех месяцев.
О светлячках слышал каждый, многие люди даже их не раз видели. Распространены они практически по всему свету, и каждый из двух тысяч видов обладает способностью излучать загадочный, золотисто-зелёный свет. Таким образом насекомые не только сигнализируют о своём местоположении, но и отличают «своих» и «чужих» по особой частоте мерцания. Но задумывались ли вы, как именно происходит эта магия? Ведь крохотный жучок работает не от розетки…
Устройство «фонаря»
Чаще всего орган свечения этих жуков - фотофор - располагается на конце брюшка и по своему принципу действительно напоминает обычный карманный фонарик. Фотофор состоит из трёх слоев. Нижний слой, зеркальный, способен отражать свет. Верхний слой представляет собой светопрозрачную кутикулу. Но самое интересное происходит в среднем слое, где находятся фотогенные клетки, или фотоциты. Они вырабатывают свет благодаря интенсивному использованию кислорода.
У насекомых нет лёгких, а кислород передается посредством разветвлённой сети трубочек (трахеол) и запасается в митохондриях клеток. Для быстрого выделения необходимого количества кислорода, организм светлячка вырабатывает окись азота, которая, поступая в митохондрии, вытесняет из них кислород. Включение и выключение этих процессов регулируется нервной системой насекомых.
Люминесценция или флюоресценция?
В популярной прессе светящимися называют организмы, обладающие и флюоресценцией, и люминесценцией. Оба процесса встречаются в природе (порой у одних и тех же организмов) и в настоящий момент активно исследуются биологами, генетиками, фармацевтами и инженерами. Но если флюоресценция предполагает пассивное переизлучение света с небольшим уменьшением энергии и соответствующим сдвигом в длине волны, то люминесценция - это активный процесс, в ходе которого химическая энергия преобразуется в свет.
Ферменты, которые проводят преобразование химической энергии в свечение, называются люциферазами, а их субстраты (органические пигменты) - люциферинами. Оба слова происходят от латинского «lucifer», который, в свою очередь, состоит из латинских корней lux «свет» и fero «несу». Несмотря на одинаковое название, между люциферазами и люциферинами, помимо собственно функции, очень мало общего: они имеют разное строение, разное происхождение и по-разному работают.
Наиболее изученной является система свечения жуков-светляков - биолюминисценция. Люцифераза катализирует реакцию, в ходе которой молекула АТФ (универсальная единица клеточной энергии) активирует пигмент люциферин, после чего к нему присоединяется кислород. «Магия» происходит в тот момент, когда от окисленного люциферина отделяется CO2: молекула красителя оказывается в возбужденном состоянии, покидая которое она испускает квант света. Интересно, что у всех организмов, несмотря на независимое возникновение системы свечения, оно так или иначе связано именно с окислением.
От чего зависит цвет свечения?
В принципе свет, производимый люциферазой, может иметь почти любой оттенок - от сине-зелёного до красного. У светлячков, в частности, свечение относится к видимой желто-зелёной части спектра, соответствующей длинам волн от 500 до 600 нм. При этом свет, излучаемый светлячками, не даёт тепла – в нём нет инфракрасных и ультрафиолетовых лучей. В отличие от обычной электрической лампы, где основная часть энергии переходит в бесполезное тепло, а КПД составляет 5-10%, светлячки переводят в световое излучение до 98% затраченной энергии.
Однако в природе есть множество других живых организмов, излучающих свет - коралы, медузы, глубоководные рыбы… В их клетках встречаются одновременно и люцифераза, и флюоресцирующие белки (например, небезызвестный GFP). Они не просто находятся в одной клетке, но и настолько тесно связаны друг с другом, что возникает квантовый эффект переноса возбуждения: фотон, произведенный люциферазой, не излучаясь, переносится на GFP, который его выбрасывает уже с измененной длиной волны.
Поэтому обитатели морских глубин, а также созданные на основе извлечённого из них белка GFP светящиеся мыши, поросята, рыбки и прочая живность, светятся зелёным – хотя их люцефераза изначально настроена на синий цвет. Использование GFP позволяет увеличить эффективность излучения за счёт того, что флюоресцентный белок по сравнению с люциферином таких организмов менее склонен терять возбужденное состояние без излучения кванта света. У жуков-светляков (как и у люминесцентных бактерий) нет белков, подобных GFP, и в этом отношении их система свечения устроена проще.
Немного романтики…
Учёные считают, что биолюминисценция для светлячков является средством межполового общения. Тропические и североамериканские виды светлячков иногда исполняют целые хоровые серенады для своих партнёрш. Собравшись на одном дереве, они сначала мигают каждый в своё время. Затем пара насекомых начинает делать это синхронно. Проходит немного времени, и постепенно все насекомые начинают дружно и в одно и то же время испускать короткие вспышки света. Через полчаса целое дерево ведёт себя как единый живой организм, и может показаться, что оно просто украшено электрической гирляндой лампочек.
Самки отвечают им такой же светомузыкой, вспыхивая и затухая всей стайкой. Правда, по нашим меркам «прекрасным полом» их не назовёшь: своим внешним видом бескрылые самки светлячков напоминают личинок. Светлячок, не заморачиваясь на такие мелочи, летит к своей подруге… но бывает съеден. Например, самки светлячков вида Photuris подражают свечению вида Photinus и привлекают к себе чужих мужских особей. Съедая обманутых (и горько разочарованных в любви) самцов, хищницы получают не только пищу, но и защиту от птиц и пауков, поскольку их добыча содержит особое химическое вещество.
Впрочем, способность светится помогает привлекать противоположный пол даже другим видам – в частности, нам, людям. Известный энтомолог Эвелин Чисман в 1932 году в своих статьях писала, что некоторые экстравагантные дамы перед вечерними праздниками украшали светлячками свои платья и даже прическу, и в темноте казались усыпанными бриллиантами. Впрочем, у основной «романтической» версии свечения этих насекомых есть и непонятные моменты. Она не объясняет, почему светятся (только чуть слабее) личинки, куколки и даже яйца светлячков, которые обычно закопаны в почву.
Тёплыми ночами в конце июня — начале июля, идя вдоль опушки леса, в траве можно заметить яркие зелёные огоньки, будто кто-то зажег маленькие зелёные светодиоды. Летние ночи коротки, наблюдать это зрелище можно в течение буквально пары часов. Но если разгрести траву и посветить фонариком на место, где горит огонёк, можно увидеть невзрачное червеобразное сегментированное насекомое, у которого конец брюшка светится зелёным. Так выглядит самка светляка обыкновенного (Lampyris noctiluca ). В народе его называют иванов червячок , ивановский червячок из-за поверья, что первый раз в году появляется в ночь на Ивана Купалу. Яркий свет способны испускать лишь самки, ожидающие самцов на земле или растительности; самцы же света практически не излучают. Самец у светляка выглядит как обыкновенный нормальный жук с твердыми надкрыльями, самка же во взрослом состоянии остаётся похожей на личинку, и вовсе не имеет крыльев. Свет используется для привлечения самца. Специальный орган, испускающий свечение, расположен на последних сегментах брюшка и устроен очень интересно: есть нижний слой клеток. содержащий большое количество кристаллов мочевины, и действующий как зеркало, отражающее свет. Сам светоносный слой пронизан трахеями (для доступа кислорода) и нервами. Свет образуется при окислении специального вещества — люциферина, с участием АТФ. У светляков это очень эффективный процесс, происходящий почти со 100% КПД, вся энергия идет в свет, практически без выделения тепла. А сейчас немного более подробно обо всем этом.
Светляк обыкновенный (Lampyris noctiluca ) является представителем семейства светляки (Lampyridae ) отряда жуков (жесткокрылых, Coleoptera). У самцов этих жуков сигарообразное тело, длиной до 15 мм, и довольно крупная голова с большими полусферическими глазами. Они хорошо летают. Самки же своим внешним видом напоминают личинок, имеют червеобразное тело длиной до 18 мм, и бескрылы. Светляков можно увидеть на лесных опушках, сырых полянах, на берегах лесных озер и ручьев.
Главными во всех смыслах слова у них являются светящиеся органы. У большинства светляков они располагаются в задней части брюшка, напоминая большой фонарик. Органы эти устроены по принципу маяка. В них есть своего рода «лампа» - группа клеток-фотоцитов, оплетенная трахеями и нервами. Каждая такая клетка наполнена «топливом», в роли которого выступает вещество люциферин. Когда светлячок дышит, воздух по трахеям поступает в светящийся орган, где под воздействием кислорода люциферин окисляется. В процессе химической реакции высвобождается энергия в виде света. Настоящий маяк всегда излучает свет в нужном направлении - в сторону моря. Светляки в этом плане тоже не отстают. Фотоциты у них окружены клетками, наполненными кристаллами мочевой кислоты. Они выполняют функцию рефлектора (зеркала-отражателя) и позволяют не расходовать ценную энергию напрасно. Впрочем, об экономии эти насекомые могли бы и не заботиться, ведь производительности их светящихся органов может позавидовать любой техник. Коэффициент полезного действия у светляков достигает фантастических 98%! Это значит, что только 2% энергии расходуется напрасно, а в творениях рук человеческих (автомобилях, электроприборах) впустую тратится от 60 до 96% энергии.
В реакции свечения участвуют несколько химических соединений. Одно из них, устойчиво к нагреванию и присутствует в небольшом количестве - люциферин. Другое вещество - фермент люцифераза. Также для реакции свечения необходима ещё и аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Люцифераза представляет собой белок, богатый сульфгидрильными группами.
Свет образуется при окислении люциферина. Без люциферазы скорость реакции между люциферином и кислородом крайне низкая, катализация люциферазой значительно повышает её скорость. В качестве кофактора требуется АТФ.
Свет возникает при переходе оксилюциферина из возбуждённого состояния в основное. При этом оксилюциферин связан с молекулой фермента и в зависимости от гидрофобности микроокружения возбуждённого оксилюциферина испускаемый свет варьирует у различных видов светлячков от жёлто-зелёного (при более гидрофобном микроокружении) до красного (при менее гидрофобном). Дело в том, что при более полярном микроокружении часть энергии рассеивается. Люциферазы из различных светляков генерируют биолюминесценцию с максимумами от 548 до 620 нм. В целом энергетическая эффективность реакции очень высокая: практически вся энергия реакции трансформируется в свет без испускания тепла.
Все жуки содержат один и тот же люциферин. Люциферазы, напротив, у разных видов различны. Отсюда следует, что изменение окраски свечения зависит от строения фермента. Как показали исследования, температура и рН среды оказывают существенное влияние на окраску свечения. На микроскопическом уровне свечение свойственно только цитоплазме клеток, ядро при этом остается темным. Свечение испускается находящимися в цитоплазме фотогенными гранулами. При исследовании в ультрафиолетовых лучах свежих срезов фотогенных клеток эти гранулы можно обнаружить по их другому свойству - флуоресценции,- зависящему от наличия люциферина.
Квантовый выход реакции по сравнению с классическими примерами люминесценции необычайно высок, приближается к единице. Иными словами, на каждую молекулу люциферина, участвующую в реакции, испускается один квант света.
Светляки — хищники, питаются насекомыми и моллюсками. Личинки светляков ведут бродячую жизнь, наподобие личинок жужелиц. Личинки питаются мелкими беспозвоночными, преимущественно наземными моллюсками, в раковинах которых часто укрываются сами.
Взрослые жуки не питаются и вскоре после спаривания и откладки яиц гибнут. Самка яйца откладывает на листья или на землю. Вскоре из них появляются личинки черного цвета с желтыми крапинами. Они много едят и быстро растут и, кстати, тоже светятся. В начале осени, пока еще тепло, забираются под кору деревьев, где проводят всю зиму. Весной выбираются из укрытия, несколько дней откармливаются, а затем окукливаются. Через две недели появляются молодые светлячки.
Глядя на яркое мерцание светлячков, еще с давних времен люди задумывались, почему бы не использовать их в полезных целях. Индейцы крепили их к мокасинам для подсвечивания троп и отпугивания змей. Первые переселенцы в Южную Америку применяли этих жучков в качестве освещения для своих хижин. В некоторых поселениях эта традиция сохранилась и до сегодняшнего дня.
Почему светятся светлячки ночью — какие там у на «лампочки» и как они работают сейчас подробно объясним. Светящиеся жучки-светлячки, знакомые всем с детства, или по-научному светляки, названы так потому, что у этого семейства жуков существуют особенные органы, производящие свет, и расположенные в брюшной области жука.
Почему светятся светлячки ночью научное объяснение
Уникальная способность воспроизводить свет в полёте заложена в светляке самой . Свет образуется в результате работы органов свечения, которые состоят из фотогенных клеток, этаких излучателей света, снабжённых сплетениями трахей и пучков нервов, представленных в организме в большом количестве.
Трахеи в организме несут на себе функцию «кислородопроводов», по которым к органам свечения поступает кислород, без которого невозможны окислительные процессы, происходящие в клетках.
Под органами свечения расположено несколько слоёв клеток, содержимое которых состоит из кристаллов мочевой кислоты, являющихся своеобразными отражателями света в организме жука-светлячка.
У представителей разных видов жуков-светляков эти органы расположены по-разному.
Это может быть один большой орган свечения, расположенный в области так называемых абдоминальных стернитов – это научное название части тела жука, обозначающего часть прозрачной кутикулы, расположенной в брюшной полости, который присущ видам светляков, обитающих в Европе, Африке, Америке, Азии и на Дальнем Востоке. А вот тропические представители жуков имеют множество световых органов, расположенных в брюшной полости, но со стороны спины.
Почему светятся светлячки ночью и как же образуется свечение светлячков? А образуется оно в виде химической реакции, главными составляющими которой являются химические соединения люциферин, устойчивый к нагреванию, и фермент люцифераза — белок, богатый сульфгидрильными группами. Поступающий через трахеи кислород вступает в реакцию окисления с люциферином, а фермент люциферазы усиливает её скорость, являясь естественным катализатором реакции.
На вопрос, зачем природа наградила обычного жука такой необычной функцией, можно ответить: с помощью свечения светляк общается с другими особями.
В ходе эволюционирования у светляков выработалась своеобразная система общения с помощью световых сигналов: в ней в полной мере представлены сигналы «продолжения рода» между самцом и самкой, предупреждающие об опасности сигналы, а также сигналы, оповещающие о территориальной принадлежности и связанные с ними сигналы, выражающие агрессию.
Свечение, излучаемое жуками светлячками, естественного, строго определённого цвета, при этом в процессе свечения не происходит повышения температуры. У некоторых видов жуков окрас свечения отличается в зависимости от половой принадлежности.
Хорошо изучена способность некоторых видов светляков к дозированию испускаемого света, а также способность к испусканию прерывистого света. Некоторые тропические виды светляков, образуя рой, испускают прерывистое свечение, когда момент вспышки и затухания происходит одновременно. По такому показателю, как КПД, органы свечения светляков необычайно производительны.
Почему светятся светлячки ночью как маленькие лампочки, давайте сверим их с электро приборами. Энергия, производимая лампой накаливания, превращается в видимый свет лишь в размере пяти процентов, в то время как у светляка этот показатель варьируется в пределах от 87 до 98 процентов.
Мерцание светлячков ночью видео
Погожим летним вечером, когда на землю только начинают спускаться первые сумерки, среди высоких травинок можно с легкостью рассмотреть загадочное свечение. Подойдя немного поближе и хорошенько присмотревшись, вы с улыбкой обнаружите, что это ваши давние знакомые – светлячки.
Эти жучки, известные каждому еще с детства, все так же интригуют и манят. Однако вопрос, почему они испускают свет, остается открытым.
Светлячки представляют собой семейство наземных ночных жуков, которые обладают способностью вырабатывать в темноте холодный желтовато-зеленый свет. Они имеют темно-коричневый окрас и в длину достигают полутора сантиметров. В мире в целом насчитывается около 2000 их разновидностей и практически все жучки, как и их личинки, являются хищниками. Они питаются такими беспозвоночными, как слизняки и улитки.
Наиболее распространены данные насекомые в условиях тропического и субтропического климата, в меньшей степени встречаются в умеренном географическом поясе. Светятся они в основном из соображений коммуникации, и выделяют половые, поисковые, защитные и территориальные сигналы.
Далеко не все разновидности светлячков обладают полным спектром вышеперечисленных сигналов. В основном они ограничиваются лишь призывными. Почему же происходит феномен свечения и как устроены «фонарики» светлячков?
Научное объяснение желто-зеленых маячков
Способность к биолюминесценции, к выработке света, у данных насекомых обусловлена в первую очередь наличием специальных органов свечения, фотоцитов.
На кончике брюшка под прозрачной частью панциря у светляков находится несколько сегментов, в которых под воздействием люциферазы происходит смешение люциферина и кислорода. Процесс окисления или расщепления люциферина и становится главной причиной, почему жуки выделяют свет.
Большинство представителей семейства способны регулировать яркость накаливания или производить краткосрочные, прерывистые вспышки. А некоторые светляки светятся синхронно. Ответом на вопрос, почему жучки не светятся все время, станет достаточно распространенное в научном мире мнение: светлячки могут контролировать доступ кислорода к органу свечения.
Толика романтики или пора на свидание
Изучая светлячков, энтомологи пришли к выводу, что основной причиной, почему жучки мерцают в темноте, является их желание привлечь потенциального партнера. Каждый вид имеет свои собственные отличительные сигналы, демонстрирует различные световые узоры. Так, светлячки самки, сидя на листике, посылают определенные сигналы светлячкам самцам, которые парят в воздухе и ищут свою «спутницу».
Увидев знакомый свет, они направляются прямиком к нему. Оказавшись рядом, светлячки спариваются, а самка немедленно откладывает в землю оплодотворенные яйца, из которых в дальнейшем вылупятся личинки, плоские по форме и коричневые по цвету. Некоторые личинки светятся до самого момента превращения в жуков.
Небольшие хитрости женской половины
Привлечение потенциального партнера – далеко не единственная причина, почему светляки используют свой дар к биолюминесценции. Некоторые виды мерцающих жуков могут вырабатывать свет для кардинально противоположных целей.
Например, светлячки, относящиеся к виду Photuris способны в точности копировать сигналы светляков другого вида. Таким образом, самки обманывают доверчивых чужаков-самцов.
Когда те подлетают в надежде спариться, самки Photuris пожирают их и получают достаточное количество питательных веществ для себя и готовых вылупиться из земли личинок своего вида.
Нестандартное использование природных фонариков
Глядя на яркое мерцание светлячков, еще с давних времен люди задумывались, почему бы не использовать их в полезных целях. Индейцы крепили их к мокасинам для подсвечивания троп и отпугивания змей. Первые переселенцы в Южную Америку применяли этих жучков в качестве освещения для своих хижин. В некоторых поселениях эта традиция сохранилась и до сегодняшнего дня.
В современном мире вопрос, почему и каким образом светлячки обрели способность к биолюминесценции, как можно использовать их дар в научных целях, будоражит ум не одного энтомолога. Ученым в ходе длительных проб и ошибок даже удалось найти ген, который заставляет клетки этих насекомых производить люциферазу.
Когда этот ген был выделен, его пересадили в табачный лист и засеяли семенами целую плантацию. Взошедший урожай светился при наступлении темноты. Эксперименты со светлячками еще не окончены: впереди нас ждет масса новых и интересных открытий.
