10 úžasných suchozemských tvorů, kteří umí svítit

Na svém blogu jsem dosud publikoval deset příspěvků a všechny vycházejí z článků ve vědeckých časopisech. Chci ale také občas zveřejnit nějaká zajímavá a zábavná vědecká fakta, a tak jsem sestavil tento úžasný seznam. Doufám, že se vám v novém roce bude svítit!“

Naší první nebo jedinou zkušeností se svítícími živočichy je pravděpodobně lákání na oslnivou světelnou show, kterou předvádějí světlušky. Zdánlivě magická schopnost vydávat vlastní světlo – jev zvaný bioluminiscence – ve skutečnosti vzniká chemickou reakcí uvnitř organismu. Reakce zahrnuje enzym známý jako luciferáza, molekulu zvanou luciferin a molekulu kyslíku. Luciferáza působí na reakci mezi luciferinem a kyslíkem tak, že vzniká nová sloučenina generující světlo, které vidíme. Tento proces vyžaduje energii, ale bioluminiscence je úžasně účinná: méně než 20 % světla se ztratí jako teplo, a proto se často označuje jako „studené světlo“.

Zatímco mezi mořskými organismy je bioluminiscence rozšířená, na souši je vzácná a vyvinula se o miliony let později. Přesto existují fascinující suchozemští živočichové, u nichž se vyvinula schopnost produkovat světlo – většinou jde o hmyz a houby. Ačkoli vyzařované světlo může mít různé barvy, nejběžnějšími barvami v moři i na souši jsou modrá a zelená, ale na souši můžete vzácně vidět i žlutou a dokonce červenou. Organismy svítí z různých důvodů, jako je lákání partnerů, varování predátorů a hledání potravy. Některé svítí jen v určitou dobu, jen na několik sekund, zatímco jiné svítí neustále. Zde je několik málo fascinujících suchozemských tvorů, kteří jsou schopni svítit. Kolik z nich jste už někdy spatřili?

1. Třpytivé světlušky: Osudová přitažlivost

Bioluminiscenční světélkující červi Arachnocampa luminosa, známí také jako houboví komáři, jsou velcí asi jako zápalková tyčinka a vyskytují se pouze v tmavých a vlhkých oblastech Nového Zélandu, zejména v jeskyních Waitomo, které se staly oblíbenou turistickou atrakcí pro svou ohromující hvězdnou podívanou. Tyto světlušky jsou larvy, které se líhnou z vajíček a nakonec se z nich stane dospělý dvoukřídlý hmyz, který obvykle žije jen několik dní výhradně za účelem páření. Během larválního stádia, které je nejdelší a trvá až 9 měsíců, musí larvy hltavě přijímat potravu, aby vydržely až do stádia dospělce, během něhož nemohou přijímat potravu, protože nemají ústa.

Tito obyvatelé jeskyní vymysleli důmyslnou taktiku, jak polapit svou kořist: Zhotovují si vlastní „vlasce“ z hedvábí s lepkavými kapičkami hlenu, které mohou zavěsit ze stropu; tyto vlasce mohou dosahovat délky až 20 palců. S příchodem noci se rozzáří zářivě modrou barvou, aby nalákaly nic netušící kořist, jako je hmyz – ať už se plazí, nebo letí směrem k návnadě -, která se chytí do lepkavé sítě vlasců a je paralyzována chemickými látkami obsaženými ve slizu. Larvy se pak plazí dolů a snědí svůj úlovek. Čím jsou hladovější, tím jasněji mohou svítit. Překvapivě jim výroba jednoho vlasce trvá pouhých 15 minut a za noc jich mohou vytvořit až 25!“

Jsou extrémně teritoriální, a když je jejich hustota vysoká, mohou se uchýlit i ke kanibalismu, pokud vycítí vetřelce vlastního druhu. Dospělé samice svítí, aby přilákaly partnery, ačkoli samci mohou svítit také, a když dorazí několik samců, bojují mezi sebou, dokud nejsilnější z nich nezíská samici. Samice ztrácí schopnost svítit po nakladení vajíček.

Pokud se vám náhodou poštěstí tyto úžasné tvory spatřit, zůstaňte potichu a nesviťte na ně baterkami, protože zhasnou.

2. Lesklí plži

Hlemýžď Quantula striata možná vypadá stejně jako kterýkoli jiný hlemýžď, ale je to jediný známý suchozemský hlemýžď, který je schopen produkovat světlo a vyskytuje se v jihovýchodní Asii. Neobvyklé je, že jeho vajíčka ve tmě nepřetržitě svítí a po vylíhnutí vydávají zpoza úst několik dní chvilkové záblesky žlutozeleného světla, i když je světlo slabé.

Důvody svícení a blikání jsou záhadou, ale zajímavé je, že po dosažení reprodukční zralosti svítit přestanou. Někteří vědci předpokládali, že prostřednictvím blikání komunikují s ostatními příslušníky svého druhu a mohou se shromažďovat, i když si nejsou jisti proč. Jaký to kreativní způsob, jak pozvat ostatní na setkání!

3. Blikající houba

Kromě hmyzu se bioluminiscence nejčastěji vyskytuje mezi houbami; ve skutečnosti bylo zaznamenáno nejméně 50 druhů svítících hub, přičemž australské druhy jsou svítící více než severoamerické. Jedním z nejchladnějších druhů je houba Mycena lucentipes, jeden ze šesti druhů bioluminiscenčních hub, které vědci objevili v roce 2006 v atlantském pralese v Brazílii. Svítí jasně zeleně a v noci je na ni opravdu úchvatný pohled. Proč ale svítí? Mykologové ani odborníci na houby to nevědí, ale spekulují, že to může být proto, aby přilákaly členovce, kteří pomáhají při šíření jejich výtrusů na jiná místa. Jiná vysvětlení předpokládala, že jejich záře může odradit brouky od jejich konzumace nebo přilákat predátory brouků, aby je sežrali a oni nemohli houby sníst – jinými slovy mohou pozvat nepřítele svého nepřítele, aby se chránily.

Na objevení čekají další druhy hub, takže až půjdete příště na procházku do lesa, jděte v noci a pozorně se rozhlédněte – kdo ví, třeba narazíte na novou svítící houbu!

4. Toxické ve tmě svítící mnohonožky

Z více než 12 000 známých druhů mnohonožek je bioluminiscenčních jen hrstka druhů patřících do rodu Motyxia a všechny se vyskytují výhradně v horských oblastech Kalifornie. Přes den jsou zahrabané v půdě, ale po setmění se tyto slepé plazivé potvůrky vykroutí ze země, aby chroupaly odumřelé rostliny, a ze svého exoskeletu vyzařují stálou záři. Jejich záře je pro predátory zlověstná: Při vyrušení nebo ohrožení vypouštějí z drobných pórů ve svém těle jedovatý kyanid. Při pokusu, který měl tuto myšlenku ověřit, umístili vědci v noci vedle skutečných svítících stonožek falešné malované stonožky vyrobené z hlíny a druhý den ráno je zkoumali. K jejich překvapení byly falešné mnohonožky zákeřně napadány čtyřikrát častěji než skutečné svítící, z čehož usoudili, že se jedná o hlodavce.

Podivuhodné je , že tyto mnohonožky vyvinuly jiný mechanismus svícení, který nevyužívá luciferázu, ale místo toho využívá fotoprotein, který se rozsvítí, když je aktivován sloučeninami bohatými na vápník. Tento mechanismus je podobný způsobu, jakým medúzy Aequorea Victoria svítí pomocí zeleného fluorescenčního proteinu, který se hojně využívá v laboratořích pro výzkumné účely, jako je jeho připojování ke genům, které je zajímají, za účelem studia jejich umístění uvnitř buněk.

5. Zářiví železniční červi

Železničáři jsou larvy a samičky larviček, což jsou dospělci – asi dva centimetry dlouzí -, kteří se podobají larvám a patří do stejné nadčeledi brouků jako světlušky. Jsou jedním z mála organismů, kterým se podařil pozoruhodný kousek – vyzařují ne jednu, ale dvě barvy v různých částech těla. Tito červi patří do rodu Phrixothrix a vyskytují se v Jižní Americe. Červi připomínají miniaturní vlak, který se v noci řítí pryč:

Vědci zjistili, že enzym luciferáza, který se podílí na reakci způsobující netypickou červenou barvu v hlavě, je jediným enzymem, který to v přírodě dokáže, a jeho struktura se mírně liší od ostatních luciferáz. Studie již ze 40. let 20. století uvádějí, že při mírném vyrušení – například při bouchnutí do stolu a fouknutí přes ně – zapnou červené světlo v hlavičce a při razantnějším vyrušení rozsvítí obě řady zelených světel. Novější poznatky naznačují, že jejich záře vysílá predátorům signál, že chutnají hrozně.

6. Svítící klikorozi

Mnoho klikorohů z čeledi Elateridae (blízcí příbuzní světlušek), zejména těch z rodu Pyrophorus, je bioluminiscenčních a vyskytují se v tropických oblastech západní polokoule. Říká se jim také cvakaví brouci a jak jejich jméno napovídá, vydávají cvakavé zvuky, když se vymrští do vzduchu – často několik centimetrů – aby se napravili, pokud leží hlavou dolů. Při ohrožení predátory mohou také hbitě vyskočit vysoko do vzduchu, aby se ubránili.

Navíc vydávají stálé světlo mnoha různých barev – od zelené až po oranžovou v závislosti na druhu – ve dvou skvrnách vpředu vypadajících jako světlomety a jedné pod břichem. Světlomety svítí tak intenzivně, že je lze spatřit na vzdálenost více než sto metrů. Jamajský druh Pyrophorus plagiophthalamus je jedinečný tím, že dokáže na svém těle vydávat dvě různé barvy světla; pod tělem vydává žluté světlo a nahoře jeho světlomety svítí zeleně. Rozhodně vypadají jako z jiné planety. Vědci se domnívají, že jejich horní a spodní světlo mají různé funkce: jejich světlomety jsou majákem pro predátory o jejich jedovatosti, zatímco světlo pod břichem usnadňuje komunikaci mezi příslušníky opačného pohlaví.

7. Podivný svítící šváb

Jako by švábi nebyli dost strašidelní, co takhle potkat v noci před domem svítícího švába Lucihormetica lucka? No, šance jsou vzácné – ve skutečnosti se s nimi možná nikdy v životě nesetkáte, protože se vyskytují pouze v deštných pralesích poblíž aktivní sopky v Ekvádoru a poslední známý exemplář byl sebrán v roce 1939. Je pravděpodobné, že dnes už jsou dokonce vyhynulí.

Svítící švábi však nejsou žádnou novinkou: od jejich prvního objevu v roce 1999 bylo v Jižní Americe identifikováno 13 druhů. Dvě skvrny podobné očím a další skvrna na hřbetě L. lucka svítí vysíláním jejich toxicity. Ukázalo se však, že ve skutečnosti jedovatí nejsou – jen to předstírají; chytře napodobují klikorohy – své starší příbuzné, o nichž jsme se zmínili dříve -, kteří svícením inzerují svou jedovatost, ale tento šváb, který vydává světlo identické barvy, jen klame své predátory. Vzhled může skutečně klamat! Světelné skvrny jsou vyplněny bakteriemi, které žijí na jejím exoskeletu.

8. Strašidelné žížaly

Všichni jsme někdy v životě viděli žížaly. Ale viděli jste někdy svítící žížalu? Po celém světě se vyskytuje 33 druhů svítících žížal, i když většina z nich je soustředěna na americkém jihu. Vyzařují světlo od modré až po červený konec spektra.

Žížaly běžně vylučují hlen, kterému vědci říkají coelemická tekutina, aby snadno klouzaly ve svých norách, ale několik vzácných druhů vylučuje unikátní typ hlenu – takový, který může skutečně svítit. Ano, slyšíte správně, jejich sliz je bioluminiscenční!“

Jsou známy dva druhy s různými barvami slizu: jeden z Nového Zélandu a druhý z Georgie v USA. Zvláštní žížala z Nového Zélandu, Octochaetus multiporus, vypouští z úst, řitního otvoru a spodní strany jasně oranžovožlutou koelemickou tekutinu, když se cítí vyrušena nebo ohrožena. Ve skutečnosti je to tak bizarní, že se zdá, že jeho tekutina v různých fázích života svítí různými barvami. Zajímavé je, že jejich svítícího slizu si všimli Maorové, kteří O. multiporus využívali jako rybářské návnady. Žížala z Gruzie, Diplocardia longa, se vyskytuje v písčitých půdách pobřežních plání a vyvrhuje zářivě modrý sliz, o němž se předpokládá, že alarmuje predátory. Možná, že barevný sliz vytékající z příšer, který vídáme v dětských hrách, není zase tak přitažený za vlasy.

9. Paprskovité bakterie:

Photorhabdus luminescens jsou neuvěřitelně unikátní, protože jsou to jediné suchozemské bakterie schopné bioluminiscence. Jsou fascinující, protože na jedné straně jsou užitečné pro hlístice (škrkavky), ale na druhé straně jsou smrtelné pro jiné brouky. Mikrobi žijí spokojeně v útrobách hlístic žijících v půdě v symbiotickém svazku, z něhož mají prospěch obě strany: předávají hlísticím jemnou modrou záři, pravděpodobně aby nalákali kořist, a na oplátku se dělí o část živin z potravy hlístic.

Aby to bylo složitější, tyto hlístice jsou vlastně parazité, kteří loví jiný půdní hmyz – například larvy brouků, můr a much – do jejichž těla pronikají a usazují se v něm. Jakmile se dostanou dovnitř, vyvrhují své zákeřné mikrobiální partnery do krevního oběhu hostitele. Poté mikrobi zahájí chemickou válku; zabijí hostitele tím, že do jeho buněk vstříknou záplavu smrtících insekticidních proteinů a enzymů, které rozloží jeho tělo a do dvou dnů ho promění v „živnou polévku“. P. luminescens tuto polévku spokojeně požírá a exponenciálně se množí, čímž dává vzniknout milionům dalších jedinců. Současně mikrobi uvolňují antibiotika, která brání ostatním bakteriím v napadení jejich hostiny. Červ se zase živí prosperujícími bakteriemi a uvnitř mrtvoly projde několika koly rozmnožování, přičemž pokaždé vyprodukuje stovky vajíček, která rovněž spotřebují bakterie. Když se zásoby živin sníží, zbývající bakterie znovu osídlí útroby nově vylíhlých potomků červa a vylézají z mrtvoly, aby se vydaly hledat další oběť. Někdy, když jsou zásoby potravy mimořádně nízké, se vylíhlí potomci místo toho živí střevy své matky a zabíjejí ji při hrůzném jevu zvaném matricidní endotokia.

Ačkoli jsou P. luminescens pro hmyz smrtelné, pro člověka jsou neškodné. Ve skutečnosti se jejich schopnost produkovat antibiotika ukázala být přínosem pro zraněné vojáky na bojišti během občanské války v roce 1862 – v době předantibiotické. Zdálo se, že někteří zranění vojáci, zejména ti, kteří čekali v chladném dešti na pomoc, z bitvy u Shilohu přežívali lépe a rychleji než ostatní; ukázalo se, že měli zranění, která doslova zářila ve tmě – tento jev se stal známým jako „andělská záře“. Nyní se předpokládá, že jejich rány byly kolonizovány bakterií P. luminescens z bahnité půdy, která je chránila před infekcí jinými smrtícími bakteriemi. No a v některých vzácných případech mohou být některé bakteriální infekce na ranách skutečně užitečné – zejména ty, které svítí!“

Vědci zkoumají využití této smrtící dvojice jako biologického insekticidu na plodiny, aby je ochránili před napadením brouky.

10. Vědci zkoumají, zda je možné, aby se tato smrtící dvojice používala jako biologický insekticid na plodiny. Světlušky křiklavé – volný ohňostroj přírody

Nemůžeme náš seznam uzavřít, aniž bychom se věnovali světluškám – nejoblíbenějším a nejprozkoumanějším bioluminiscenčním suchozemským organismům. Světlušky jsou vlastně brouci, jejichž konverzace se skládá ze vzorů světelných záblesků z jejich břicha, které jsou pro každý druh jedinečné a mohou být žluté, zelené nebo dokonce červené. Samci světlušek vykazují specifické světelné záblesky, kterým rozumí pouze potenciální partnerky, které reagují vysíláním stejného blikajícího signálu, který samci rozpoznají a přesunou se k samicím. Zní to jako okouzlující způsob, jak přilákat partnery?“

No, některé světlušky nejsou až tak okouzlující, alespoň ne samičky světlušek rodu Photuris. Své světlo používají jako trik: napodobují signální vzory záblesků a zpoždění samiček světlušek rodu Photunis, aby nalákaly samečky rodu Photunis, ale za jiným účelem než k páření – aby je sežraly. Naivní samci se k nim vydávají v naději, že najdou partnera, ale místo toho je čeká smrt. Proč je tedy žerou? Světlušky rodu Photuris postrádají obrannou sloučeninu zvanou lucibufagin, která pomáhá odradit predátory, například pavouky, od jejich požírání. Jejich bratranci z rodu Photunis ji však produkují v hojném množství, takže ji lstivě získávají jejich konzumací.

Luciferáza světlušek je nepostradatelným enzymem v lékařských a biologických laboratořích, kde se používá jako reportérový gen tím, že se propojí se zájmovým genem – například s těmi, které se podílejí na chorobách – a sleduje se tak jejich exprese v buňkách. Gen luciferázy byl vložen do specifických tkání živých organismů, například myší, aby bylo možné vizuálně sledovat vývoj rakovinných nádorů. Ve skutečnosti vědci vytvořili mutanty luciferázy, které mohou vyzařovat jasnější světlo v řadě barev, což je velmi užitečné při zobrazování různých proteinů uvnitř organismů.

Vědci doufají, že využijí aktivitu luciferázy k výrobě energeticky účinnějších světel, která mohou jednoho dne nahradit naše zářivky a LED lampy. Jeden tým vědců vytvořil svítící nanožárovky pomocí geneticky manipulované luciferázy připojené k nanožárovkám, které fungovaly jako palivo. Představují si, že by tyto světluščí nanorody mohly být zabudovány do LED světel a svítit bez použití elektřiny.

Pokud to zní lákavě, počkejte, až uslyšíte o další, ještě zajímavější možnosti: využití svítících rostlin k osvětlení vašeho domova. Projekt svítících rostlin, za kterým stojí tým vědců v rámci DIY biohacking projektu, si klade za cíl propagovat přirozené osvětlení bez elektřiny poháněné syntetickou luciferázou v rostlinách jako udržitelnou alternativu k našim rostoucím energetickým nárokům. Ve skutečnosti již v roce 1986 tým vědců zkonstruoval tabákovou rostlinu, která exprimovala světluščí luciferázu, ale museli ji zalévat luciferinem, aby začala svítit, a světlo bylo slabé. Od té doby se několika dalším výzkumným skupinám podařilo vytvořit svítící rostliny.

Tento nedávný projekt byl ale tak populární, že překonal svůj původní cíl financování, který na Kickstarteru činil pouhých 65 000 dolarů, a získal téměř neuvěřitelného půl milionu dolarů, a ti, kteří přislíbili 40 dolarů nebo více, mají jako odměnu slíbena svítící semena rostlin Arabidopsis, ačkoli mnoho lidí je proti uvolňování neregulovaných geneticky modifikovaných semen rostlin. Vzhledem k obrovské odezvě tým dokonce plánuje vytvořit svítící rostlinu růže.

Použití luciferázy je nekonečné a kdo ví, třeba se jednou budete v noci vracet domů ulicemi osvětlenými svítícími stromy. Budoucnost jistě vypadá zářivě!