Ученые из Великобритании, Германии и Франции показали, что одноклеточный организм Pyrocystis lunula производит вспышку света, когда его клеточная стенка деформируется под действием механических сил. Авторы исследования разработали экспериментальную методику микроманипуляции и высокоскоростной визуализации на уровне отдельных клеток. Путем систематического изменения параметров они обнаружили, что яркость вспышки зависит как от глубины деформации, так и от скорости, с которой она возникает.
Исследования объясняют, что одноклеточный морской организм генерирует свет в ответ на механическое раздражение в результате вязкоупругого отклика — эффекта, возникающего в таких материалах, как жидкости с суспензией полимеров. В случае динофлагеллятов этот механизм, по мнению ученых, скорее всего, связан с ионными каналами, которые представляют собой специализированные белки, распределенные на клеточной мембране. Когда мембрана нагружена, эти каналы открываются, позволяя кальцию перемещаться между клетками, вызывая биохимический каскад, который производит свет.
"Несмотря на десятилетия научных исследований в области биохимии, физический механизм, с помощью которого поток жидкости запускает производство света, оставался неясным", — приводятся в пресс-релизе Кембриджского университета слова руководителя исследования, профессора кафедры прикладной математики и теоретической физики Раймонда Гольдштейна (Raymond Goldstein).
"Наши результаты показывают физический механизм, с помощью которого поток жидкости запускает производство света, и то, насколько элегантным может быть принятие решений на уровне одной ячейки", — говорит первый автор статьи доктор Мазияр Джалаал (Maziyar Jalaal).
Ученые выяснили, что интенсивность света невысокая, когда сдавливание клеток происходит медленно или когда деформация клеточной стенки мала, независимо от того, насколько быстро производится сдавливание. Яркая светимость наблюдается только тогда, когда амплитуда и скорость механического воздействия велики.
Авторы разработали математическую модель, которая объясняет данные наблюдений.
На следующем этапе исследователи планируют перейти к количественному анализу распределения сил между отдельными клетками в потоке жидкости.
Биолюминесценция — способность живых организмов светиться — известна биологам давно. Самый знаменитый пример — светлячки в лесу. Это свойство используется животными для защиты, нападения и привлечения партнеров для спаривания. Динофлагелляты используют свет, чтобы отпугнуть хищников.
Явление, вызываемое находящимися в поверхностных слоях воды светящимися организмами, называется свечением моря. Раз в несколько лет это свечение на отдельных побережьях становится особенно ярким, создавая фантастические картины. Недавно такое явление отмечалось у побережья Южной Калифорнии.