Наверняка многие люди считают, что преобразование солнечной энергии в электрическую с помощью солнечных панелей – исключительно достижение современной науки. Но это не так, поскольку за миллионы лет до появления человеческой цивилизации данный процесс сформировался и продолжает существовать в живой природе. При этом эффективность природных «солнечных панелей» намного выше, чем самых совершенных образцов, созданных человеком. Команда ученых Университета Бирмингема (Великобритания) установила способность флуоресцентных водорослей улавливать до 95 % поступающего к ним света. Для сравнения, производительность современных солнечных панелей составляет не более 10-20 %. Используя передовые методы масс-спектрометрии, ученые смогли глубже изучить два типа микроорганизмов – красные и синезеленые водоросли (известных также, как цианобактерии — прим. ред.).
Поверхность этих микроводорослей покрывает массив светособирающих «антенн» – фикобилисом, отвечающих за преобразование света в энергию. Каждая «антенна» состоит из множества «строительных блоков». Именно они и обеспечивают столь высокую эффективность преобразования света – около 95 %.
Ввиду сложности структуры микроводорослей ученые долгое время не могли использовать их при разработке солнечных панелей, однако, благодаря результатам последних исследований все может измениться. Идентифицируя различные фрагменты, из которых состоят цианобактерии, ученые смогут использовать эти данные в разработке солнечных панелей с гораздо более высоким КПД.
На фотографии — биолюминесцентное свечение планктонных организмов. Это могут быть рачки копеподы или медузы, но самый большой вклад вносят динофлагелляты, потому что они наиболее распространены. Динофлагелляты светятся при движении в толще воды, свечение усиливается при механическом воздействии или при стрессе: проплывет лодка или хищник.
Можно сказать, что в целом динофитовым водорослям здесь явно живется хорошо: хватает пищи или солнца днем, азота, фосфора, в воде нет вредных для них веществ. Чем лучше условия, тем ярче они будут светиться от физического воздействия.
Чем это интересно для науки: В химии процесса биолюминесценции разобрались относительно недавно, но уже сейчас эта способность организмов испускать свет широко используется в науке. За открытие биолюминесценции (на медузах) и связанного с ним белка GFP японский ученый Осаму Шимомура получил Нобелевскую премию.
Связанный с белком субстрат, который называется люциферин, при каком-то внешнем воздействии отделяется от белка и подвергается действию фермента люциферазы. В реакции также участвует кислород, а сигналом служит, по сути, электрический импульс — мембранный потенциал клетки меняется, и она начинает светиться.
Разобравшись, как устроен этот процесс, его можно воспроизводить в других организмах — тех, которые раньше не имели такой способности, например в кишечной палочке, и проводить разные исследования. С помощью люминесценции молекулярные биологи отслеживают экспрессию генов в бактериях (процесс, при котором информация, закодированная в ДНК, преобразуется в белок или РНК).
Все сложнее с пониманием, зачем такая способность нужна самим планктонным организмам. Есть несколько версий, но все они, насколько я знаю, не нашли еще подтверждения. Одни предполагают, что те же динофлагелляты используют свет, чтобы напугать хищника, который собирается их съесть. По другой теории — чтобы привлечь еще больше хищников, но уже таких, которые питаются теми, кто ест динофлагеллятов.
Зачем мне это знать: Свечение динофлагеллятов может быть не только красиво, но еще и свидетельствовать об опасности. Многие из видов этой группы токсичны. При активном размножении динофлагелляты являются причиной красных приливов. В это время все животные, которые ими питаются (моллюски, рыбы), становятся ядовитыми, так как накапливают большое количество токсинов из динофлагеллятов. Есть такие морепродукты нельзя, так как токсины могут быть разной природы: одни просто раздражают кишечник и вызывают отравление, а другие, являясь нейротоксинами, даже могут влиять на память.
Подобное свечение можно встретить и у нас в стране, например на Черном море. Там много ночесветки (Noctiluca scintillans). И несмотря на то, что сама по себе она нетоксична, у нее есть другой недостаток. Ночесветка относится не к фотосинтезирующим динофлагеллятам, а к хищным, и поэтому в процессе обмена она выделяет в воду аммиак, вредный для других организмов. При большой численности ночесветок это влечет за собой неприятные последствия: ионы аммония растворяются в воде и могут вызвать цветение других водорослей.
Обычно во всех местах, где растут динофитовые водоросли, постоянно берут пробы воды. Отдыхая в таких районах, нужно просто следить за отчетами качества воды, и тогда ночное свечение всегда будет для вас только красивым зрелищем, а не проблемой.
Важно еще добавить, что динофиты вступают в симбиоз с коралловыми полипами, это очень существенный компонент образования коралла. Без динофитов не было бы рифов. Поэтому им мы обязаны не только чудесами, которые можем наблюдать на поверхности моря, но и тем, чем любуемся на глубине.
Источники: https://www.techcult.ru/, https://postnauka.ru/
Автор: Мария Синетова
Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!
