Физики объяснили механизм свечения морских волн — Naked Science
06.07.2020
Мария Азарова

Физики объяснили механизм свечения морских волн

3.7

Эксперименты помогли ученым определить условия, при которых динофитовые водоросли производят свет.

Биолюминесцентные волны
Биолюминесцентные волны, пляж Хермоса, Лос-Анджелес, апрель 2020 года / © Los Angeles Times

Наверняка многие из нас видели, как колонии фотосинтезирующих микроорганизмов, называемых динофлагеллятами (также известны как динофитовые водоросли), устраивают незабываемые световые шоу на побережьях по всему миру, придавая волнам красивое и таинственное синие свечение. И команда ученых из Кембриджского университета при поддержке коллег из Германии и Франции решила выяснить, от чего зависит такой эффект. Их исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

“Одной из характерных особенностей многих морских динофлагеллят считается их биолюминесценция, которая освещает ночные волны. В то время как внутренняя биохимия производства света этими микроорганизмами хорошо известна, механизм, который вызывает биолюминесценцию, все еще плохо изучен”, — пишут авторы работы. Подобная биолюминесценция в океане — не просто красивое явление: динофлагелляты используют свет, чтобы отпугнуть хищников.

При помощи микроманипуляции и высокоскоростной визуализации исследователям удалось воссоздать производство света одноклеточными организмами Pyrocystis lunula, когда их клеточная стенка деформируется под действием механических сил. По итогу экспериментов физики выяснили, что яркость “вспышки” обусловлена одновременно глубиной деформации и скоростью, с которой она возникает.

Одноклеточный организм вида Pyrocystis lunula производит вспышку света, когда его клеточная стенка деформируется механическими силами / © Maziyar Jalaal/University of Cambridge

Такой тип поведения, называемый “вязкоупругим откликом”, встречается, например, у жидкостей с суспендированными полимерами. Что касается Pyrocystis lunula, этот механизм, по словам исследователей, связан с ионными каналами — специализированными белками, распределенными на клеточной мембране. Когда она нагружена, каналы прикрываются и позволяют кальцию перемещаться по клетке, вызывая так называемый биохимический каскад, или сигнальный путь. Он и производит свет.

Ученые обнаружили, что когда деформация клеточной стенки не так серьезна, интенсивность света низкая — вне зависимости от того, насколько быстро происходит давление. И свечение будет незначительным, когда силы, действующие на клетку, велики, но сдавливание производится медленно. Свет станет интенсивнее только в том случае, если будут велики и амплитуда сдавливания, и скорость. 

«Наши результаты отображают физический механизм, с помощью которого поток жидкости запускает производство света, и показывают, насколько элегантным может быть принятие решений на уровне одной клетки», — отметил Мазияр Джалаал, ведущий автор работы.

Недавно зоологи обнаружили, что цветовые сигналы, которыми общаются глубоководные кальмары, отличаются высокой сложностью, а для большей надежности коммуникаций дополняются клетками «подсветки».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Позавчера, 14:06
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

Позавчера, 15:26
Василий Парфенов

Компания Microsoft несколько лет назад намеревалась не изменять номер своей основной операционной системы для компьютеров — «десятка» должна была остаться с нами надолго. Однако очередное крупное обновление, по мнению маркетологов, очевидно, оказалось достойно новой цифры в названии ОС. Windows 11 принесет пользователям не только новые функции, улучшения безопасности и быстродействия, а также измененный дизайн, но и лишится некоторых привычных элементов. Хотя если кто-то и расстроится из-за этого, то скучать будет лишь по парочке из них.

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: