Świetliste życie. Dlaczego zwierzęta i rośliny potrafią świecić?

Jest dziesiąta rano. Stoję w ciemni pod pokładem statku badawczego Western Flyer należącego do oceanarium Monterey Bay. W ciasnym pomieszczeniu tłoczy się kilka osób. Zgasiliśmy światło, jest duszno i gorąco, a podłoga nieustannie się kiwa, bo znajdujemy się jakieś 80 km od wybrzeży Kalifornii. Na stole, w niewielkiej szalce, pływa świeżo schwytany żebropław. Ma około 5 cm długości i wygląda jak przezroczysty dzwonek z podłużnymi fałdami zgrubień wzdłuż boków. Dotknięty zaczyna świecić.

Steven Haddock, specjalista od bioluminescencji i szef naszej wyprawy, bierze do ręki szklaną bagietkę i zbliża ją do żebropława. W szalce rozbłyska błękitna zjawa. Mieni się chwilę i stopniowo niknie, jakby zwierzę rozpuszczało się w wodzie. Ten konkretny gatunek żyje głęboko w oceanie i niewielu ludzi w ogóle go widziało, o emitowanym przez niego świetle nie wspominając. Sama zdolność świecenia, czyli bioluminescencja, to z jednej strony zjawisko dość zwykłe, a z drugiej – magiczne. Magiczne, bo w jakiś ulotny i urokliwy sposób piękne. Zwykłe, bo przecież wiele organizmów żywych tę zdolność ma. Najbardziej znanym przykładem na lądzie są robaczki świętojańskie, czyli świetliki, które w letnie noce błyskami światła wabią partnerów. Ale na lądzie jest jeszcze wiele innych przykładów, a wśród nich owady, ślimaki, wije oraz pewne – wcale nie halucynogenne – grzyby.

Jednak najefektowniejsze feerie świateł kryją morskie głębiny. Potrafi je tu wytwarzać niezliczona liczba gatunków. Weźmy na przykład takie małżoraczki. Te drobniutkie zwierzątka przypominające ziarnka sezamu z nóżkami błyskają światłem, żeby zwabić partnerów (zupełnie jak robaczki świętojańskie na lądzie). Albo bruzdnice – mikroskopijne organizmy zaliczane do glonów, zaopatrzone w parę biczykowatych wici, które służą im jako napęd. Świecą wtedy, gdy woda wokół nich się porusza. Zazwyczaj to właśnie one odpowiadają za iskierki i świetlisty ślad, które czasami można zobaczyć, gdy pływa się po ciemku.

Są też świecące ryby, kałamarnice, jamochłony, skorupiaki, wymienione wyżej żebropławy, rozmaite pierścienice i strzykwy. A także niezwykle efektowne rurkopławy – drapieżne kolonijne stworzenia o długich, najeżonych parzydełkami mackach wiszących niczym rząd długich frędzli z firanki. I niewiele im pod tym względem ustępujące promienice – pełzakowate organizmy tworzące krzemionkowe szkielety o wyszukanych kształtach. Nie można też zapominać o świecących bakteriach. W sumie ponad 80 proc. wszystkich znanych nauce gatunków posługujących się bioluminescencją żyje w morzach i oceanach. Dlaczego? Tego właśnie staramy się dowiedzieć na pokładzie Western Flyera.

Ocean jest największym na naszej planecie środowiskiem życia. Pokrywa ponad 70 proc. powierzchni globu, a jego przeciętna głębokość wynosi aż 3,6 km. Dla człowieka jest to obce i niegościnne środowisko, dlatego pozostaje stosunkowo słabo zbadane. Zwłaszcza że ogromne połacie oceanu wciąż nie wzbudzają żadnego zainteresowania. W większości nie są bowiem łowiskami przyciągającymi rybaków, rafami koralowymi, które działają jak magnes na turystów, ani tak modnym obiektem badań naukowców jak np. podmorskie kominy hydrotermalne.

To właśnie te ogromne przestrzenie interesują Haddocka. – Chcę zajrzeć tam, gdzie nikt nie zagląda – wyjaśnia. Podczas poprzednich ekspedycji on i jego współpracownicy jako pierwsi znaleźli i opisali wiele świecących gatunków. Do najsłynniejszych należą „zielone bombowce” – głębinowe, wolno pływające wieloszczety (pierścienice), które w razie zagrożenia rzucają swoiste „bomby”, czyli jaskrawozielone, świecące woreczki.

W badaniach oceanicznych głębin ekipa Haddocka posługuje się podwodnym, zdalnie sterowanym pojazdem określanym skrótem ROV (ang. remotely operated vehicle). Aparatem
tym można chwytać niezbyt szybkie zwierzęta i żywe dostarczać na powierzchnię. Ma solidną metalową ramę, kamery, reflektory, czujniki, manipulatory, przezroczyste plastikowe wiadra z wiekami z dwóch stron oraz... zwykłą kuchenną łopatkę. – A do czego służy to? – pytam, wskazując na nią palcem. – Do kopania w dnie – wyjaśnia Haddock.

Jest siódma rano. ROV jest gotowy do zanurzenia. Wokół niego krzątają się pracownicy w kaskach – sprawdzają po raz ostatni, czy wszystko jest jak należy. Ramię żurawia podnosi go z pokładu, klapy statku się otwierają i przez prostokątny otwór widać pofalowaną powierzchnię oceanu. Chwilę później pojazd się zanurza i znika w wodnej otchłani.

Jako siedlisko życia ocean ma pewne cechy szczególne. Po pierwsze, na ogromnych przestrzeniach toni wodnej nie ma się gdzie schować. A to oznacza, że niewidzialność jest w cenie. Po drugie, im niżej schodzimy, tym robi się ciemniej. Jako pierwsze pochłaniane jest światło czerwone. Potem nikną kolejne pasma widma – żółty i zielony. Na głębokości 200 m panuje już permanentny mrok, a poniżej 600 m jako ostatni znika kolor niebieski. To oznacza, że większość oceanu przez okrągłą dobę ogarnia zupełna ciemność, a w takich warunkach światło jest bardzo użyteczną bronią.

Jak to działa? Zastanówmy się nad problemem niewidzialności. W górnych warstwach wody – czyli tam, dokąd jeszcze dociera światło – każda istota żywa, która nie zdoła w jakiś sposób zlać się z otoczeniem, to potencjalny obiad. Zwłaszcza dla drapieżnika podpływającego od dołu i obserwującego wodę nad sobą.Wyobraź sobie, że nurkujesz z akwalungiem pośrodku Oceanu Spokojnego. Z tej perspektywy powierzchnia styku wody z powietrzem wydaje się srebrna. Woda pod stopami to coraz ciemniejszy granat, a dookoła – mętno-szarawo-zielonkawa. Dno, którego oczywiście nie widać, jest gdzieś daleko, parę kilometrów poniżej. Nagle zdajesz sobie sprawę, jak bardzo przyciągasz wygłodniałe spojrzenia. Duża ciemna sylwetka na tle srebrzystej powierzchni widoczna jest
jak na dłoni dla każdego zwierzęcia, które krąży gdzieś poniżej.

Aby tego uniknąć, większość przedstawicieli morskiej fauny za dnia po prostu nie przebywa w strefie, do której dociera światło. Od świtu trzymają się głębin, a ku powierzchni podpływają tylko nocą. Innym rozwiązaniem jest posiadanie przezroczystego ciała. Niemal wszystkie wolno pływające stworzenia, które napotkasz zaraz po zanurzeniu – od meduz po ślimaki morskie – są przejrzyste. Z kolei wiele ryb (np. sardynki) ma srebrzyste boki, które działają jak lustro: odbijają otaczającą wodę i ułatwiają zlanie się z tłem.

Jeszcze inne zwierzęta, np. skorupiaki z gatunku Sergestes similis, pewne ryby, a także wiele kałamarnic – używają do tego celu światła. Rozświetlają się od środka, dzięki czemu dostosowują się do błyszczącej nad nimi poświaty. Zacierają w ten sposób swoje sylwetki i uzyskują coś w rodzaju czapki niewidki, którą mogą włączać i wyłączać, a nawet stopniowo ściemniać i rozjaśniać. Wspomniany S. similis na bieżąco dostosowuje ilość wytwarzanego światła do jasności otoczenia. Jeśli słońce na moment przesłoni chmura, skorupiak natychmiast odpowiednio przygaśnie.

Ale skoro celem jest uzyskanie niewidzialności, dlaczego tak wiele istot, od żebropławów po bruzdnice, rozświetla się po dotknięciu albo gdy woda w pobliżu zacznie falować? Z kilku powodów. Po pierwsze – nagły rozbłysk może przestraszyć drapieżnika, dając ofierze czas na ucieczkę. I tak na przykład głębinowe kałamarnice wyrzucają z siebie fontannę światła i niezwłocznie umykają w mrok. „Zielone bombowce” rzucają swoje granaty świetlne i znikają w ciemności, podczas gdy zdezorientowany drapieżnik gapi się na światło. Zaatakowany żebropław natomiast potrafi zniknąć jak zjawa, gdy drapieżnik się na niego rzuci.

Po drugie – zgodnie z zasadą „wróg mojego wroga jest moim przyjacielem” – świecenie może przyciągnąć drapieżniki wyższego rzędu polujące na tego, który nam zagraża. Jest to tzw. efekt alarmu włamaniowego, mogący mieć duże znaczenie dla morskiej drobnicy, która z uwagi na swe rozmiary pływa powoli (lepkość wody uniemożliwia jej szybkie ruchy). W efekcie podstawową metodą obrony nie jest tu ani walka, ani ucieczka, lecz światło. Gdy tylko skorupiaki odżywiające się bruzdnicami podczas posiłku zmarszczą wodę, ich przysmak natychmiast rozbłyska, oświetlając
swego oprawcę. W ten sposób zaprasza na ucztę żywiące się nim ryby.

Poruszanie się wśród stworzeń, które „zapalają się” od ruchów wody, przypomina wędrówkę po świetlnym polu minowym. Szybko przepływająca ryba wygląda wówczas jak spadająca gwiazda, łódź z kolei wytwarza jarzący się migotliwie kilwater. Nawet w najczarniejszych głębinach oceanu pozostawanie w ukryciu to prawdziwa sztuka. Prawdę mówiąc, większość żyjących tam zwierząt w toku ewolucji przybrała kolor czarny lub czerwony, właśnie po to, by pozostać niewidocznymi, gdy rozświetli się „alarm włamaniowy”. Te kolory pozwolą im również uniknąć wykrycia przez reflektory głębinowych łowców przeczesujących ciemności w poszukiwaniu potencjalnej zdobyczy. Wprawdzie bioluminescencja wytwarza na ogół światło niebieskie lub zielone, ale niektórzy łowcy, np. ryby z rodziny wężorowatych, używają światła czerwonego, niewidocznego dla większości zwierząt głębinowych.

Sterownia, z której kieruje się pojazdem ROV, to pomieszczenie bez okien, ale z szeregami monitorów, przed którymi stoi rząd starych foteli lotniczych. Obserwowanie tego, co widać na ekranach, działa hipnotycznie. Obraz jest w jakości HD, pozwalając dostrzec każde, najmniejsze nawet stworzenie, i to z wszelkimi szczegółami. Ale na ogół widzi się tylko „morski deszcz” – opadające w wodzie drobiny martwej materii organicznej. W reflektorach pojazdu wyglądają jak kurz.

Co jakiś czas pojawia się jednak jakieś zwierzę. Na przykład meduza. Albo mały skorupiak. Albo… Omal nie zakrztusiłam się kawą. Na ekranie zobaczyłam rybę, o której czytałam, ale nigdy nie miałam okazji zobaczyć na żywo. To przedstawicielka rzędu żabnicokształtnych, jeden z najżarłoczniejszych morskich drapieżców. Na głowie ma umocowaną długą wić, a na jej końcu coś, co wygląda na tłustego, soczystego i świecącego robaka.

W rzeczywistości przynęta jest kostnym wyrostkiem i ma za zadanie zwabić głodne ryby w okolice ogromnej paszczy. W przeciwieństwie do takich, dajmy na to, rekinów, które ścigają swe ofiary, żabnicokształtne polują na nie z zasadzki. Ich przynęta działa, ponieważ dzięki efektowi alarmu włamaniowego dla wielu stworzeń światło znaczy jedzenie. I wtedy zupełnie nieświadome same stają się pożywką dla wygłodniałej ryby, która czai się zagrzebana w mule. Reszta trwa ułamek sekundy, a żabnica swoją ofiarę połyka w całości.

Ciekawe, że w tym wypadku to nie organizm ryby wytwarza światło na końcu przynęty, ale bakterie, które żyją wewnątrz niej. Korzyść jest wzajemna: bakterie mają schronienie, a ryba światło. Podobne symbiotyczne układy występują u kilku innych grup organizmów, ale większość świecących stworzeń produkuje światło na własną rękę. A do tego potrzeba trzech rzeczy: tlenu, lucyferyny i lucyferazy. Lucyferynami nazywa się związki, które reagując z tlenem, wytwarzają energię w postaci fotonów światła. Lucyferaza natomiast jest enzymem, który przyspiesza jej utlenianie. Innymi słowy lucyferyna świeci, a lucyferaza ją zapala.

Sama umiejętność wytwarzania światła nie jest specjalnie rzadkim ewolucyjnym osiągnięciem: powstała niezależnie od siebie u co najmniej 40 różnych grup organizmów. I nie ma w tym nic dziwnego, bo potrzebne składniki zdobyć nietrudno. Za lucyferazę posłużyć może mnóstwo substancji. Łatwo się o tym przekonać w kuchni. Wystarczy ubić białko jajka na pianę i dodać nieco lucyferyny z meduzy, a prawdopodobnie w ciemnym pomieszczeniu uda się zobaczyć błękitne błyski. W oceanie jest to jeszcze prostsze. Wystarczy, że wytwarzają ją stworzenia znajdujące się na początku łańcucha pokarmowego. Cała reszta może ją z nich czerpać, podobnie jak ludzie jedzący pomarańcze uzyskują witaminę C. Być może dlatego właśnie świecące istoty występują w oceanach częściej niż na lądzie, bo łatwiej w nich znaleźć niezbędne składniki.

Ale dla zwierząt, które w toku ewolucji wykształciły przezroczyste ciała, jest to kłopotliwa sprawa. Pewnie dlatego wiele z nich ma nieprzezroczysty przewód pokarmowy. Tymczasem ROV się wynurza. Wszystkie schwytane do badań zwierzęta pośpiesznie trafiają do chłodni. Jest dziesiąta wieczorem, a ja znów stoję w ciemni. Na stoliku w małej szalce obserwuję kolejny przykład żyjącej świetlistości.

Kilka miesięcy później odwiedzam Vieques, wysepkę należącą do Portoryko. Słynie z bahia bioluminiscente, czyli „bioluminescencyjnej zatoki” w kształcie butelki. Wypełniają ją rzesze bruzdnic – tych drobinek, które rozświetlają się, gdy wokół nich poruszy się woda. Noc jest ciemna, a na lądzie latarni niewiele. Siedzę w kajaku ze szklanym dnem, jednym z tych, na których co wieczór turyści wypływają oglądać bajeczne spektakle. Nasza grupa składa się z ośmiu łódek. Zatrzymaliśmy się na środku zatoki. Spoglądam to w ciemne morze, to na rozgwieżdżone niebo, i słucham przewodnika, który opowiada o zagrożeniach, jakie współczesność przynosi temu miejscu: rosnący ruch turystyczny i „zanieczyszczenie świetlne”, bo na wyspie przybywa nowych dróg i domów. Wystarczy rzucić okiem na skraj zatoki. Jest wyraźnie ciemniejszy, a błyski wywołane przez bruzdnice jaskrawsze.

Przepływająca przez nie ryba wygląda jak przelatujący obok meteor. Nasz kajak został nieco z tyłu, a mnie wydaje się, że jesteśmy zupełnie sami. Ruch wioseł pobudza mikroorganizmy, które zaczynają świecić jasnym, migotliwym pasmem. Obserwując je przez szklane dno, mam nieodparte wrażenie, że woda zlała się z niebem, a my wiosłujemy pośród gwiazd.

Tekst: Olivia Judson

1 z 5

01-tennessee-fireflies-890

Noc w Tennessee ożywiają błyski świetlików, poprzez swój świetlny spektakl wabią partnerów rozrodczych (fot. David Liittschwager)

2 z 5

Bioluminescencja

Istnieje ponad 90 gatunków grzybów, które świecą w ciemności. Należy do nich m.in. Neonothopanus gardneri. Światło ma zapewne wabić owady roznoszące zarodniki grzyba.

3 z 5

Bioluminescencja

Krocionóg świeci w ciemności, aby dać do zrozumienia myszom i innym drapieżnikom, że lepiej z nim nie zaczynać. Napastnik, który zlekceważy ostrzeżenie, nałyka się cyjanku.

4 z 5

Bioluminescencja

Długi czas naświetlania rozciągnął w smugi światełka na grzbietach trzech chrząszczy z rodziny sprężykowatych. Wabią one nimi partnerów, a być może także odstraszają drapieżników.

5 z 5

Bioluminescencja

Meduza Atolla vanhoeffeni żyje w wiecznym mroku głębin. Gdy jest spokojna, jej dzwon
jest bezbarwny (z lewej). Ale jeśli dotknie jej jakieś zwierzę, dzwon się rozświetla (powyżej).

Atolla vanhoEffeni