Стоит только теплой летней ночью оказаться на природе — и, вполне возможно, вам удастся увидеть потрясающее по своей красоте зрелище — десятки маленьких фонариков,...
Стоит только теплой летней ночью оказаться на природе — и, вполне возможно, вам удастся увидеть потрясающее по своей красоте зрелище — десятки маленьких фонариков, мерцающих в темноте. Это светлячки испускают свой необыкновенный свет. Этих удивительных существ видели многие, а вот почему же светлячки имеют склонность светиться — знает далеко не каждый. Попробуем разобраться в причинах этого уникального природного явления.
Конечно, свечение в ночном поле крошечных насекомых — сказочное зрелище, которое вдохновляет и поражает воображение . Многие считают, что этот процесс сродни настоящему чуду. На самом деле, у этого явления есть вполне логичное научное объяснение. Все дело в особом строении тела светлячка. Дело в том, что у этого маленького жука на брюшке расположены специальные клетки — фотоциты. Именно они и приводят к эффекту свечения. В каждом фотоците присутствуют два химических соединения — люцифераза и люциферин. Соединяясь в теле светлячка, эти вещества образуют определенную химическую реакцию, которая происходит с выделением света.
Под слоем фотоцитов, который находится на поверхности тела, есть слой и других клеток, наполненных веществом белого цвета. Это вещество выступает в качестве отражателя света. Благодаря его наличию, свечение насекомых приобретает характерный беловатый оттенок.
Зачем светлячкам светиться?
Если причины сияния светлячков ученые установили достаточно давно, то вопрос о том, для чего же насекомым нужно такое уникальное свойство, достаточно долго оставался открытым. Сегодня большинство исследователей полагают, что таким необычным образом жуки привлекают к себе особей противоположного пола . Причем, разные виды светлячков испускают разный по своей частоте свет. Это необходимо для того, чтобы каждый самец, привлекая самку, обращал внимание только на представительниц своего вида. Всего в мире известно около двух тысяч видов, и каждый из них испускает свой особенный свет. Конечно, для человеческого глаза эта разница может быть неразличима, но вот для маленьких светящихся жуков она имеет огромное значение.
Немногие знают, что свет, испускаемый этими уникальными насекомыми, не теплый, а холодный. В отличие, например, от солнечного света, это сияние совсем не греет. Вы можете в этом убедиться, если вам посчастливиться поймать хотя бы одного светлячка. Посадите его в банку и понаблюдайте за жуком. Даже если вы посадите туда целую сотню насекомых, банка ничуть не согреется. А все потому, что светлячки не способны испускать теплый свет. Именно про такие явления говорят: светит, но не греет.
Кто ещё в природе светится?
К слову сказать, не только светлячки обладают таким необычным природным даром . Известны и другие виды животных, склонных к выделению световой энергии. К ним относятся, например, некоторые виды медуз.
Однако именно светлячки получили такую широкую славу благодаря своей способности светиться в темноте. Интересно, что некоторые виды светлячков могут светиться не только поодиночке, но и огромными скоплениями. Чаще всего такие явления наблюдаются в жарких странах, расположенных в южных широтах. Увидеть такую красоту — настоящее везение. В такие минуты кажется, что все вокруг усыпано сиянием переливающихся огней, которые то угасают, то зажигаются вновь. В некоторых странах скопления светлячков светятся так часто и так масштабно, что этих насекомых даже используют в качестве бесплатного освещения в темное время суток.
Неудивительно, что многие современные ученые заинтересованы феноменальными свойствами светлячков. У многих исследователей возникает вопрос: можно ли каким-то образом применять энергию этих насекомых? Вероятно, в ближайшие годы ученые найдут ответ на этот интересный вопрос. А пока нам остается лишь наслаждаться красотой этих удивительных животных и их сказочным сиянием.
Почему некоторые светлячки светятся синхронно?
В июне начинается брачный период светляков. Ночью можно наблюдать сотни мигающих огоньков в траве и листве деревьев. Почему же светятся светлячки?
Причины биолюминисценции
Свечение возникает при окислении определенных веществ, находящихся в организме насекомых. Происходит это следующим образом:
- светлячок вдыхает;
- воздух проходит через множество трахей к фотогенным клеткам;
- молекулы кислорода соединяются с кальцием и аденозинтрифосфатом.
Органы свечения насекомого (лантерны) находятся на конце брюха. Они обычно покрыты прозрачной надкожицей. Лантерны состоят из крупных фотогенных клеток, оплетенных нитями трахей и нервов. Свечение было бы невозможным без отражателей света. Они представляют собой клетки с кристаллами мочевой кислоты.
Иногда способность светиться в темноте проявляется не только у взрослых особей жуков, но и у их яиц и личинок. Это объясняется обилием фермента люциферазы.
Насекомое излучает холодный свет. Он находится в видимой зелено-желтой части спектра в диапазоне волн длиной 500-600 нм. КПД обычной лампы накаливания составляет от 5 до 10%, тогда как этот жук переводит в световое излучение до 98% потраченной энергии. Некоторые виды светляков могут регулировать интенсивность свечения и частоту мигания.
Биолюминисценция является средством общения самцов с самками. Мигая, светящееся насекомое сообщает о своем месте расположения. Частота мерцания жуков различается, поэтому самки легко могут узнать своего партнера. Во время брачного периода самцы некоторых тропических и североамериканских видов вспыхивают и затухают синхронно, на что стаи самок отвечают аналогичным светопредставлением.
Почему жуки мигают одновременно?
Науке известны около 2 тыс. видов светляков, однако насекомые, развившие в процессе эволюции способность координировать вспышки, обитают лишь в нескольких местах планеты, а именно:
- в Национальном парке Грейт-Смоки-Маунтинс в США;
- в Малайзии;
- в Таиланде;
- на Филиппинах.
Ученые из университета Коннектикута провели несколько экспериментов с насекомыми вида Photinus carolinus, чтобы выяснить, почему светлячки светятся синхронно. Обычно серия вспышек чередуется с довольно длинной паузой, после чего последовательность повторяется. Во время перерыва самка подает ответный сигнал. Стоит отметить, что подобной синхронизацией обладает только 1% из всего множества видов светляков.
В эксперименте энтомологов были задействованы самки Photinus carolinus. Самцов заменили светодиодными лампами, которые воспроизводили привычный для этого вида светляков ритм.
Во время первого эксперимента все диоды мигали с одинаковой частотой, при втором синхронность была несущественно нарушена, при следующем вспышки появлялись и затухали вразнобой. В результате ученые обнаружили, что в двух первых ситуациях самки отвечали на сигналы в 80% случаев. Во время третьего эксперимента реакция последовала лишь в 10%.
Исследователи также выяснили, что окруженная светящимися самцами самка не может опознать своего партнера, тогда как при общении с особью противоположного пола один на один это не представляет для нее труда. Согласованный ритм вспышек снижает шум и помогает насекомым найти друг друга.
Одним из самых удивительных природных явлений является способность животных издавать свет. Такой феномен имеет научное название биолюминесценция. Большая часть светящихся организмов встречается в мировом океане. На континенте также можно увидеть такое чудо природы – это насекомое светлячок. Этот жук не представляет особой ценности для человека, однако вызывает интерес благодаря своим уникальным способностям.
Светляки – некрупные насекомые. Длина их тела не превышает 25 мм. Окрас покровов разнообразный, но преобладают черные, серые и коричневые оттенки. Хитиновый покров не очень плотный, чаще всего мягкий. Голова у насекомого небольшая. На ней расположены крупные фасеточные глаза и короткие усики, которые бывают различных форм.
Светлякам свойствен половой диморфизм. Самцы имеют типичную структуру жуков и немного похожи внешне на тараканов. Самки же лишены крыльев и надкрыльев, поэтому более похожи на личинок насекомых. Личинка светлячка имеет темный окрас и светлые пятна на боках.
Особенности поведения
Светляки – теплолюбивые насекомые, поэтому большинство видов обитает в тропическом и субтропическом поясах. В умеренном поясе водятся 20 видов, 15 из которых встречаются на территории России. Все взрослые светляки ведут ночной наземный образ жизни. Личинки же могут жить как в водоемах, так и на суше.
Этих насекомых можно встретить на лугах, возле болот, а также в дебрях лиственных лесов. Светлячки хоть и не являются социальными насекомыми, однако часто образуют большие скопления. В дневное время жуки малоподвижны, они все время сидят на траве, дожидаясь заката. В ночное время насекомые просыпаются и начинают быстро летать.
Питание различных видов светляков сильно отличается. В зависимости от рациона насекомые разделяются на основные группы:
- Вегетарианцы – питаются нектаром и пыльцой.
- Хищники (в том числе и каннибалы) - поедают различных беспозвоночных.
- Виды, в которых взрослые насекомые имеют атрофированный рот, поэтому не питаются, а расходуют накопленные в жировом теле питательные вещества.
Размножение и жизненный цикл
В начале лета у светляков начинается брачный период, после которого оплодотворенные самки откладывают яйца в грунт. Вскоре из этих яиц выходят голодные личинки. Независимо от вида, личинки всегда являются хищниками, питающимися моллюсками. После трапезы личинки обычно прячутся в раковинах своих жертв.
Развитие светляков происходит достаточно медленно – от полугода до нескольких лет. Окукливание происходит под корой деревьев или под глыбами камней. В стадии куколки насекомое пребывает 1–2,5 недели. Весной наружу выползает взрослый жук, и цикл начинается снова.
Свечение
Каждое светящееся насекомое имеет специальные органы – латерны, которые генерируют свет. В зависимости от вида количество, форма и размещение этих органов могут различаться. Латерны представляют собой совокупность нервных окончаний, трахей и фотогенных клеток. Под ними расположены клетки-отражатели, наполненные кристаллами мочевой кислоты.
Химические реакции в основе свечения
Для генерации света в фотогенных клетках должны присутствовать четыре вещества:
- люциферин;
- фермент люцифераза;
- кислород;
- АТФ как источник энергии.
Свет выделяется во время окисления кислородом вещества люциферин. Люцифераза только ускоряет этот процесс. Реакция проходит следующие стадии
- Люциферин при взаимодействии с молекулой АТФ превращается в люцифериладенилат.
- Люцифериладенилат взаимодействует с кислородом, превращается в оксилюциферин с выделением АМФ и света.
Биолюминесценция - одно из самых красивых природных явлений. Обычно животные, способные излучать свет, встречаются в морских глубинах, а среди обитателей суши такими способностями могут похвастаться лишь светляки, или, как их в народе ласково называют, светлячки. Насекомые эти относятся к отряду Жесткокрылых, то есть являются жуками. Своеобразие их настолько велико, что светляков выделяют в особое семейство, в котором насчитывается 2000 видов.
Лес в Японии, населенный тысячами светляков.
Внешне все они выглядят скромно: из-за узкого вытянутого тела с округлой головой и короткими усиками многие светляки напоминают маленьких тараканов. В длину эти насекомые не превышают 1-2,5 см. У тех видов, у которых разница между полами невелика, так выглядят и самцы, и самки. А вот у тех видов, у которых половой диморфизм сильно выражен, такой облик имеют лишь представители мужского пола. Зато самки этих светляков невероятно схожи с собственными личинками. Анатомические особенности предопределяют способность к полету: обладают ею только «тараканоподобные» крылатые светляки, а червеобразные самки ведут малоподвижный сидячий образ жизни. Окрашены эти насекомые в коричневые, серые, черные тона, но конечно же, не это запоминается во внешности светлячков.
Огненный фотинус, или обыкновенный восточный светляк (Photinus pyralis).
Главными во всех смыслах слова у них являются светящиеся органы. У большинства светляков они располагаются в задней части брюшка, напоминая большой фонарик. У некоторых видов светящиеся органы попарно размещаются на каждом сегменте тела, образуя по бокам цепочки. 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.
У каждого вида свет имеет свой оттенок: ярко-зеленый, желтый, реже голубоватый или красноватый.
Победа над тьмой - не единственное достоинство светлячков. Эти насекомые еще и мастерски управляют своими светящимися органами. Лишь некоторые виды могут давать равномерный немеркнущий свет, в большинстве своем светляки способны произвольно менять интенсивность свечения, то разжигая, то гася свои «фонарики», -недаром их светящиеся органы оплетены нервами. Частота мигания позволяет светлячкам безошибочно отличать представителей своего вида от чужаков. Совершенства в этом умении достигли светляки, обитающие в Малайзии. Эти насекомые научились зажигать и гасить свои «фонарики» синхронно. Когда в темноте джунглей дружно вспыхивают и гаснут сотни огоньков, кажется будто работает праздничная гирлянда. У местных жителей это явление получило название «келип-келип».
Следует отметить, что способность к свечению наблюдается не у всех светляков. Она в обязательном порядке присуща ночным видам, но в мире есть и дневные светляки. Как правило, они не светятся вовсе, а если и светятся то только те виды, которые обитают под густым пологом леса или в пещерах.
Светляки особенно широко распространены в северном полушарии. Здесь их можно встретить на просторах Северной Америки и Евразии - от Западной Европы до Японии. Населяют они лиственные леса, луга и болота. Хотя их нельзя назвать коллективными насекомыми, светляки часто образуют большие скопления. Днем эти жуки пассивно сидят на травинках, а с приходом сумерек начинают активно летать. Полет у них умеренно быстрый, плавный.
Фото с длительной выдержкой, сделанное в лесах Северной Каролины (США), показывает траекторию полета светлячков.
По характеру питания светляков можно разделить на три группы: 1) растительноядные виды, поедающие пыльцу и нектар; 2) хищники, питающиеся беспозвоночными; 3) виды, которые на стадии имаго (взрослая особь) не питаются вовсе и даже не имеют рта. Хищные виды способны убить такую крупную добычу как улитка или многоножка.
Червеобразная самка светляка фенгодеса (Phengodes sp.) напала на североамериканскую многоножку (Narceus americanus), во много раз превосходящую ее размером.
Но наиболее сложный способ охоты избрали светляки фотурисы, которые питаются исключительно своими собратьями - нехищными светляками фотинусами. Жертв они приманивают в совершенстве подражая их призывным световым сигналам.
Самка фотуриса поедает светляка.
Вообще, функция привлечения особей противоположного пола для светящихся органов является главной. У обыкновенных светляков брачный лет наблюдается в начале лета, недаром их в старину называли «ивановыми червяками», подразумевая, что появляются они в день Ивана Купала. После спаривания самка откладывает в почву яйца, из которых выходят прожорливые червеобразные личинки. В отличие от взрослых особей личинки у всех видов светляков способны светиться и все без исключения являются хищниками. Прячутся они под камнями, в щелях коры и почвы. Развиваются медленно: у видов средней полосы личинки зимуют, а у некоторых субтропических видов растут на протяжении нескольких лет. Стадия куколки длится от 1 до 2,5 недель.
Личинка светлячка.
Казалось бы, свечение должно сильно демаскировать этих насекомых, выдавая в темноте их местоположение, но на самом деле врагов у них немного. Объясняется это просто: светляки выделяют неприятные на вкус или ядовитые вещества из группы люцибуфагинов. Эти соединения по своим свойствам близки к токсинам ядовитых жаб, из-за чего птицы и насекомоядные звери избегают ловить этих жуков.
Хотя светлячки не имеют практического значения, люди всегда относились к ним положительно. Вероятно, именно их свечение послужило прообразом для сказок о волшебных феях, летающих ночью с огоньками.
Сказочная иллюминация обыкновенных светляков (Lampyris noctiluca).
Некоторые насекомые обладают удивительной способностью свечения. Число их невелико и ограничено лишь немногими группами, такими, как коллемболы, личинки грибных комариков и представители ряда семейств отряда жесткокрылых. Сильнее всего развита способность свечения именно у жуков. Наиболее характерными в этом отношении являются светляки.
Светляков нередко выделяют в самостоятельное семейство Lampyridae. Но чаще их все же относят к мягкотелкам. Всего в мировой фауне известно около 2 тыс. видов светляков.
Эти действительно мягкотелые жуки распространены главным образом в субтропиках и тропиках. Хотя они все и называются светляками, органы свечения имеются не у каждого вида. Есть среди них немногие, которые активны днем. Естественно, в светоносных органах они не нуждаются. Те же, которые активны по ночам и обладают удивительной способностью светиться, различаются по характеру и, так сказать, режиму свечения. У одних видов такие органы развиты у обоих полов, у других – только у самок, у третьих – только у самцов.
Наши светляки, а их на территории России и сопредельных стран водится 12 видов, мало чем уступают «тропическим светильникам»: они дают довольно сильный свет.
В окраске света жуков в большинстве случаев преобладают голубые и зеленые тона. Свет, испускаемый насекомыми, захватывает длины волн от 486 до 656 миллимикрон. Эта зона невелика и весьма эффективна для глаз человека. Выделение тепла при свечении ничтожно, и, например, у пирофорусов 98% затраченной энергии превращается в световую. Для сравнения напомним, что в обычных лампочках накаливания в свечение утилизируется не более 4% расходуемой электроэнергии.
Много усилий потратили ученые, чтобы разобрать строение органов свечения и понять его механизм. Светящийся орган состоит из массы многогранных клеток с очень тонкими прозрачными стенками, внутри которых находится мелкозернистая масса. Между такими клетками в большом количестве разветвляются воздухоносные трубочки. Причина свечения заключается в окислении содержимого этих клеток кислородом, который доставляют к ним упомянутые трубочки. В состав светящихся органов входит и жировое тело. Считается, что свечение фотогенных клеток связано с окислительным процессом ферментативного характера: специальное вещество люциферин в присутствии фермента люциферазы окисляется в оксилюциферин. Процесс этот и сопровождается свечением и контролируется нервной системой.
Биологическое значение свечения недостаточно изучено. Естественно допустить, что оно служит сближению полов. Или же сигналом при обнаружении пищи, так как на трапезу часто собирается одновременно несколько особей. В большинстве случаев самка светит сильнее самца. Последние обычно меньше самок, не питаются или почти не питаются и погибают вскоре после нескольких спариваний.
Субтропические виды светляков крупнее наших и хорошо летают. Как правило, свет у них излучают жуки обоих полов. Вот как описывает это зрелище А. Брэм: «Жучки эти собираются большими группами на берегах речек, поросших кустарниками. В темную летнюю безлунную ночь они представляют восхитительное зрелище. Сверкающими искорками перелетают они с места на место, но с наступлением утра гаснут, и сами червячки становятся невидимыми, скрывшись где-нибудь в траве».
Те, кто бывал на Черноморском побережье Кавказа и не ограничивался посещением пляжей и набережных, могут вспомнить как вечерами в укромных аллеях парков и в затененных скверах периодически вспыхивая, беззвучно, словно волшебные эльфы порхают эти удивительные создания.
Взрослые особи и личинки практически всех светляков активные и прожорливые хищники: они питаются насекомыми или моллюск ми, хотя могут нападать и на дождевых червей, и на гусениц бабочек-совок. Некоторые виды развиваются под корой и в древесине гниющих деревьев. Взрослые особи часто встречаются на цветах.
Распространение
Распространен светляк обыкновенный по всей европейской части России (кроме севера), а также в Крыму, на Кавказе, в Сибири и на Дальнем Востоке. Лет 100 назад его часто можно было встретить в Москве, на территории современного Нескучного сада. Вот описание Нескучного в пору, когда сад принадлежал князю Шаховскому: «С середины моста открывался вил на ущелье, поросшее лесом, мрачное и глубокое. Столетние деревья, растущие на дне его, кажутся деревцами. Их корни омывает едва заметный поток, составляющий по другую сторону моста небольшой пруд. В саду попадаются многочисленные ужи, водятся летучие мыши, блестят по ночам светлячки». К сожалению, теперь нет никакой надежды встретиться с этим удивительным насекомым в центре Москвы. Аля этого следует отправиться в более отдаленные места.
Внешние признаки
Светляк обыкновенный имеет небольшой размер; тело у него уплощенное и покрыто мелкими волосками. Глядя на темно-бурую самку, никогда не подумаешь, что перед тобой жук. Она малоподвижна, совсем лишена крыльев и надкрыльев и напоминает личинку, от которой отличается лишь более широким грудным щитком. Голова совершенно спрятана под закругленным шейным щитком, усики нитевидные. Светящиеся органы в виде желтоватых пятен находятся на нижней стороне двух предпоследних сегментов брюшка. В темноте они испускают ярко-зеленоватый свет. Интересно, что отложенные самкой яйца первое время тоже испускают неяркое свечение, но скоро этот свет угасает.
Личинка светляка обыкновенного имеет очень маленькую голову. Последний сегмент брюшка несет втяжную кисточку, состоящую из двойного кольца хрящеватых лучей. С ее помощью личинка счищает со своего тела пристающую к нему слизь и земляные частицы. Это ей абсолютно необходимо, поскольку питается она (как, впрочем, нередко и взрослые особи) слизняками и улитками, в изобилии покрытыми слизью.
Образ жизни
Спаривание происходит на поверхности почвы или на невысоких растениях и часто продолжается 1–3 часа. Самка способна отложить до 100 яиц. Прячет она их в углубления почвы, в мох или в различный мусор.
Развитие и питание выходящих из них личинок длится несколько месяцев. На стадии личинки светляк обычно и зимует. Куколка формируется в почве весной. Спустя неделю-другую из нее выходит жук. Весь жизненный цикл светляка длится 1 – 2 года.
Светятся светляки довольно ярко. В полной темноте 5–6 насекомых испускают достаточно света, чтобы разобрать текст книги.
Роль в природе
Светляк обыкновенный – весьма характерный обитатель лесистой местности, заселяя опушки, поляны, обочины дорог, берега озер и ручьев. Здесь в сырых местах он с легкостью находит основную свою пищу – наземных моллюсков, которых в изобилии уничтожает.
