Do současné doby nikdo vyčerpávajícím způsobem neodpověděl na základní otázku: Proč vlastně existuje bioluminiscence, čemu slouží? Mnozí vědci pod vlivem Darwinovy teorie evoluce tvrdí, že bioluminiscence vznikla jako součást boje o přežití. Vývojem však prý u některých světélkujících živočichů ztratila opodstatnění, takže světélkování u nich jen přežívá. Pokusme se tedy s odborníky hledat důvody dnešní existence luminiscence.
Vědci mohou ve stručnosti říci, že bioluminiscence neboli světélkování je schopnost některých živočichů, rostlin a mikroorganismů vydávat viditelné záření chemického původu. Poněkud tajemný svit může mít různé zbarvení. Možná to už prožil – anebo jistě prožije – každý: Za teplého letního večera jste v čisté přírodě, nad hlavou jasně svítí hvězdy. A náhle jakoby se desítky bělavých hvězdiček roztančily kousíček od vás. Jsou to světlušky, kterých zejména v tropických oblastech existují stovky druhů. Patří do široké skupiny organismů, které spojuje zásadní společný znak – projevuje se u nich bioluminiscence.
Luciferin nemá s peklem nic společného
Už v roce 1887 profesor Dubois izoloval dvě základní substance. Látku (substrát), která se okysličuje, nazval luciferinem, zatímco ferment, který stimuluje chemiluminiscenční reakci, pojmenoval luciferáza. Poté vědci prozkoumali luciferin a luciferázu, jejich vzájemné vztahy, u mnoha druhů světélkujících živočichů. Tak mj. zjistili, že luciferáze už škodí zahřívání na 60 °C, což naznačilo, že tento ferment má velmi složitou vnitřní strukturu. Škodí mu i ultrafialové paprsky. Dále bylo zjištěno. že luciferáza je bílkovinná látka. S její přítomností okysličení luciferinu probíhá stokrát rychleji než bez zmíněného fermentu. Badatelé si po desetiletí kladli otázku, zda ve všech světélkujících organismech musí vždy v nějaké spojitosti být luciferin i luciferáza. Teprve nové poznatky říkají, že nikoli! Mnohým organismům k bioluminiscenci postačí pouze jedna z těchto látek. Platí to zejména o medúzách (Aeguorea), které se ponejvíce vyskytují hlouběji pod hladinou moří a oceánů. Tento „reaktivní zvon“ vyzařuje svoje bleděmodré světlo zásluhou zvláštní bílkoviny ekvarinu – bez pomoci fermentů. Jev bioluminiscence se však ukazuje mnohem složitější než nasvědčovaly první experimenty v Lyonu. Nynější pokusy třeba upozornily, že medúzy ke svícení potřebují nejen onu zmíněnou bílkovinu ekvarin, ale současně musí být přítomen i vápník.
Jak se rodí bioluminiscence?
Poněkud stroze vědecky řečeno, bioluminiscence je úkaz, při kterém se substrát luciferin přeměňuje za přítomnosti ATP a Mg 2+ na adenylluciferín, který se za přítomnosti kyslíku a enzymu luciferázy mění na oxyluciferin a AMP. Oxyluciferin odevzdá enzymu kvantum energie, která se v době reakce uvolňuje v podobě určitého množství studeného světla. Vydávání světla reguluje nervová soustava. Na koncích nervového zakončení, které se nachází v samotných orgánech, v době signálního elektrického impulsu vždy vznikne acetylcholín zajišťující „zapálení“.
Bioluminiscenční orgány se vyznačují zvláštními svaly, které regulují průtok hemolymfy – krvomízy (tělní tekutina u bezobratlých s otevřenou cévní soustavou – např. měkkýši.) Když se tok hemolymfy zmenšuje, světélkování slábne anebo úplně vymizí. V době světélkování se svaly rytmicky zkracují. Denní světlo bioluminiscenci zákonitě tlumí. Důležitou otázkou je, kde se vlastně bere energie? V látce přizpůsobené k okysličování je mnoho aktivních radikálů. Ty se mohou setkat, přičemž mezi nimi dojde k reakci. Tak dochází i k luminiscenci.
Studené světlo svítí, ale nehřeje!
Mnohem úspěšnější byli experti při zkoumání vlastních světélkujících orgánů (organum luminiscens). Podle odborného vyjádření je to orgán schopný produkovat světlo, jehož barva je u různých druhů živočichů různá – od zelenomodré po červenou. Světelný orgán se většinou skládá ze tří částí: průhledného chitinového obalu, světlotvorné vrstvy bohatě opletené vzdušnicemi a pod ní ležící odrazové vrstvy. Světélkující orgány vypadají na světle jako bledé skvrny symetricky uložené na různých částech těla. (Například u světluškovitých, kteří představují asi 2000 různých druhů, je to na břišních článcích některých brouků , u kovaříka na straně hrudi.). Především četné druhy ryb, které žijí v mořských hlubinách, mají orgány vydávající světlo – fotofory. Tyto světelné buňky mnoha rybám, korýšům i hlavonožcům slouží jako reflektory. Světlo se odráží od pozadí, které je stříbřité a koncentruje se zesílením – jako přes čočku – přes šupinu kryjící fotofor.
Proč vlastně živočichové světélkují?
Jaké jsou tedy hlavní důvody, které vedou živočichy k využívání bioluminescenčních procesů? Světélkování určitého druhu (zabarvení, frekvence apod.) slouží k přilákání sexuálního partnera.
Přímo čítankovým příkladem toho jsou světlušky, kterých entomologové zatím objevili více jak 130 druhů – od drobných až po velké exempláře, zejména v tropech. Sameček a samička se pomocí světel (většinou rozdílné barvy) hledají i v temných hlubinách oceánu. V tomto ohledu vynikají mořští ďasové. Tlustá samička je u nich asi desetkrát větší než sameček, který má svalnaté tělíčko vhodné k plavání. V dospělosti nečiní nic jiného než svýma velkýma očima hledá samičku – zejména podle světélkování. (Pátrá po ní však i svým velkým čichovým orgánem, protože samička vypouští zvláštní „milostnou“ chemikálii.) Jakmile ji objeví, automaticky se jí zakousne do břicha a po čase s ní dokonce sroste tak, že mají společný krevní oběh. Z něj sameček dostává potravu, když předtím samička na svoji světélkující „udici“ naláká kořist. Samečkovi už postačí jen dýchat – a také vypouštět spermie, aby oplodnil jikry přerostlé samičky.
Světélkováním se dorozumívají
Zdá se, že někteří živočichové využívají pestré světelné signály nejen k sexuálním cílům, ale i ke „ komunikaci“ týkající se jiných záležitostí (třeba potravy). Zcela výjimečně se užívá červené spektrum.
Posvítit si na kořist
Jedná se především o červené světlo, které v temnotách dokážou vyzařovat jen určité druhy ryb, zatímco plánovaná kořist tuto červenou barvu nevidí. (Je to něco podobného jako přístroj na noční vidění.) Takovým dravcem je především světlonoš dlouhovousý (Melanostomias). Ten má zvláštní světelný orgán za okem – v principu je to jakási čelní lampa ozařující ve tmě budoucí oběť, která se skryla, ovšem světlonoš ji vidí.
Snaha zmást nepřítele
Mistry v matení dravců, kteří je chtějí sežrat, jsou stříbrňáci obývající oblasti, kde není temnota. Název dostali podle stříbřité vrstvy, která pokrývá celé jejich tělo. Navíc slouží jako odrazná plocha. Boky tak působí jako malá zrcadla, ve kterých se zrcadlí modrá hladina. Jejich těla jsou plochá jako oplatka, takže při pohledu zezdola si jich dravci nevšímají.Hlavně však má stříbrnáč jako prostředek ochrany po celém těle řady světelných orgánů – fotoforů. S jejich pomocí dokáže měnit barvu podle světla, které proniká shora a podivuhodně změní siluetu stříbrnáče při pohledu zdola.
Vyvolat poplach
Ovšem v hlubinách, kde není vidět, by taková změna siluety jako v případě právě uvedeného stříbrnáče byla k nepotřebě. Ohrožení živočichové se tam před většími dravci chrání díky světélkování jiným způsobem: Bioluminiscence využívají k poplachu nebo zmatení lovců. Například klanonozí korýši při napadení prudce zazáří. Toto světlo se stane varovným signálem pro jiné. Často však na místo činu přivolá i jiné dravce, kteří pro změnu napadnou původního útočníka. Situace se mění každým okamžikem. Některé skupiny klanonožců dokonce mají v těle váček se světélkující látkou. V případě hrozby váček exploduje – jako malý ohňostroj v temnotě. Medúza při setkání s dravcem rozzáří svoje tělo a světlo běhá po chapadlech jako vánoční svítilničky. Samozřejmě živočichové světélkování nezneužívají – například medúzy se rozsvěcují jen při přímém napadení predátorem.
Čarodějnou záři vykouzlí na 300 druhů organismů
Ve vzduchu a na souši převažuje hmyz. Mimo vodní živel reprezentují živočichy s bioluminiscencí především různé druhy hmyzu. Jsou to zvláště rozmanití brouci z čeledi světlušek (Lampyriade) a jihoameričtí velcí kovaříci Cucáno (Pyrophorus noctilucus). Svítivé orgány mají dvě základní vrstvy – horní fotogenní (je průsvitná) a spodní odraznou. Do orgánů ústí mj. četná nervová zakončení. Světlo, které kdekoli na světě vydává hmyz, neobsahuje infračervené ani ultrafialové paprsky. Především v subtropických a tropických oblastech nezasvěcence fascinují světélkující červi , zvláštní svítivé mouchy. Dalším svítícím hmyzem jsou především chvostokové a mušky z čeledi bedlobytkovitých. Jim výrazně ve tmě svítí tukové tělísko na zadečku, u některých druhů světélkují i jiné části těla. Nyní se ukázalo, že tím mj. lákají kořist.
Světélkování převládá pod hladinou
Vědci v mořích zatím odhalili 245 druhů, které vegetují ve slané vodě. Blízko k hladině se můžeme setkat s unikátním žraločkem brazilským, který měří jen půl metru. Jeho spodní strana světélkuje, což ve vodě při pohledu zespodu mění jeho siluetu. Tak se nechá přilákat delfín či velryba, kteří ho pokládají za svoji snadnou kořist. Mnohem více ruchu je však v oceánských hlubinách. Ty „oficiálně“ začínají dvě stě metrů pod úrovní hladiny a končí až dnem. Tento prostor obývá drtivá většina živočichů, kteří využívají bioluminiscenci. Zkuste si představit, že jsme v bezpečí malé ponorky (batyskafu) a začínáme tiše klesat stále níž. Pokud to bude večer, nejspíše nás zaujme podivný úkaz: Vzhůru k hladině na pár hodin stoupá podivný souvislý pestrobarevný živý koberec. Je to za potravou migrující plankton, krevetky, klanonožci, medúzky i někteří hlavonožci – a hlavně ryby. Z nich převažují asi patnácticentimetrové rybky (podobné sleďům). Na bocích, spodní části těla a na hlavě jim svítí bioluminiscenční orgány – fotofory. Ty připomínají knoflíčky vydávající tajemné zelené, žluté či modré světélko. Tak se nám představují lampovníci drsní, kteří se v noci stěhují za potravou ze středních vrstev hlubin do povrchových vod, kde je jídla hojnost. S východem slunce zase poputují nazpět do svého temnějšího bydliště. (Přeborníkem v této tzv. vertikální migraci je lampovník Ceratoscopelus warmingii, který v noci putuje až čtyři hodiny z hloubky 1700 m do úrovně 100 m pod hladinou. Ráno se zase tak dlouho vrací do původní hlubiny.) Pro potravu k hladině se vydávají i mnohé reprezentantky hlubokomořských dravých ryb – pásovek s velkými fotofory na bocích a dolních částech těla nebo na očích. Každý fotofor knoflíkového tvaru je spojen s nervem a svítí podle potřeby soustavně anebo se zapíná a vypíná.
V pásmu věčného šera
Dostáváme se do přechodného pásma hlubiny, kde už vládne věčné šero. Musíme si uvědomit, že tady pro zachování života platí jediná zásada: Záleží na tom, zda možnou kořist dřív uvidí útočník – anebo naopak oběť dřív spatří dravce! Samozřejmě i tady větší predátor požírá jiného. Někteří se tomu snaží předejít tím, že jejich tělo je stříbrné nebo průhledné, takže splývá s rozptýleným světlem. Důležitým předpokladem je tedy výborný zrak, kterému slouží velké oči – nejlépe teleskopické. Světélkující chobotnice Histioteuthis je originální – má jedno oko viditelně větší než druhé. Navíc se velké dívá na hladinu, zatímco menší sleduje dění pod zvířetem. Všimněme si, že mnoho světélkujících dravých ryb tady má zvláštní žluté čočky. Proč? Umožňují odlišovat světlo dopadající z hladiny od záře, kterou v mnoha barevných odstínech vydávají fotofory mnoha živočichů. Tak prohlédnou lest mnoha ryb – jako stříbrnáčů, zdejších velkých krevet i olihní a dalších tvorů, které se svými fotofory snaží vytvářet klamné osvětlení nebo měnit podobu siluety těla. Střední pásmo polotmy je však především domovem mnoha druhů světélkujících medúz různých velikostí, právě tak jako chobotnic – některé z nich mají oči velké jako fotbalový míč. Náhle vyšlehne prudký záblesk. Tak máme štěstí vidět v akci výjimečnou medúzu zvanou Colobonema. Právě se stala terčem útoku. Na obranu rozsvítí nejen celé mohutné tělo, ale navíc bliká mohutnými žahavými chapadly. Tím přiláká pozornost jiných dravců – a medúza unikne.
Dolů do temných hlubin
V batyskafu však klesáme stále níž. V kilometrové hloubce na nás působí stokrát větší tlak než na hladině, teplota je těsně nad nulou. Zde pozvolna začíná svět věčné tmy. Podle odborníků je to zdaleka největší životní prostor na Zemi – tvoří ho tři čtvrtiny veškeré tekuté vody na naší planetě. Samozřejmě ani tady nechybí život. Tvorové však mají jen černou či červenočernou barvu. Zvlášť velké oči zde už nepotřebují, stejně by nic neviděli. V očích však mají bezpočet zvláštních světelných tyčinek (někteří obři prý i přes milion), které jim umožňují zaregistrovat sebemenší náznak světla v temnotách. Může to být přece možná kořist – anebo naopak hladový nepřítel! Většina zdejších obyvatel krásou nevyniká. Platí to především o mořském ďasu. Na těle má „udičku“ která svítí. Tentokrát však na tom mají výjimečně zásluhu bakterie, které vytvářejí luciferin, přičemž však jsou zcela samostatné a izolované od vlastního těla ryby. Vědci nad touto záhadou stále kroutí hlavou. Dosud se také podivují nad další záhadou z temnot: Při spalování luciferinu zpravidla vzniká světlo modré, které zde převažuje, protože vodním prostředím dobře proniká a někdy je vidět až na třicet metrů. Ovšem, někteří tvorové tu září i jinak. Vidíme třeba žlutou, zelenou i červenou. Tak dokážou zářit zejména velkohubí drakouši. Už se téměř blížíme ke dnu. Okolí připomíná podvodní pustou poušť, jen někde rostou mořské sasanky. Náhle o kousek dál vidíme cosi neuvěřitelného – plno světýlek. Ne, není to klam, jen velká náhoda – badatelé těmto ostrůvkům života říkají podvodní oázy. Objevili je teprve v roce 1977. Nedávno zjistili, že v jedné takové oáze žije více jak 300 druhů různých živočichů – namnoze světélkujících. Bezpočet dosud spatřených podvodních tvorů ještě nemá ani odborná jména – jen obecné pojmenování „svítivci“ či „lampáři“.
Světélkování může být pastí
Některé z druhů světélkujících živočichů svoji schopnost bioluminiscence dokonce zákeřně zneužívají – většinou k získání potravy. Entomologové zkoumající hmyz dosud objevují některé větší druhy světlušek – zabijáků. Tyto světlušky (nikoli u nás, ale především v tropech) dokážou mistrně napodobovat nejen zabarvení světelného signálu, ale i frekvenci záblesků menších druhů svých příbuzných. K čemu jim to slouží? Jakmile létající sameček takový „falešný“ pokyn zachytí, instinktivně se domnívá, že tam na něj čeká samička toužící po páření. Nic zlého netuše, stane se kořistí dravé samičky jiného druhu. V temnotách mořských hlubin vegetuje rozšklebený zabiják zvaný břichatka (z rodu Oneirodes). Z hlavy nad očima jí vyrůstá přeměněný paprsek hřbetní ploutve, na jeho konci září světelná návnada – jen kousíček od rozevřené veliké tlamy. Běda živočichu, kterého zvědavost přiláká ke světelným tečkám ve tmě. Podobné řešení příroda nadělila i zubatkám (Chauliodus), které dosahují délky kolem 35 cm a váží asi 30 gramů. Jméno tento hlubokomořský dravec se štíhlým černým tělem a velkými ústy dostal podle zvlášť dlouhých průsvitných tesáků. Jsou zahnuté, tvarem podobné jedovým zubům hadů. Proto se zubatce také přezdívá „zmijí ryba“. Ze hřbetní ploutve se jako zahnutá udička nad tlamu dostává paprsek plný světelných orgánů – fotoforů. Ty navíc lemují ústa. Světelné záření zvědavce přiláká přímo do tlamy! Světlo k přilákání kořisti také využívá nevzhledná ryba, jejíž hlavní znak vyjadřuje už pojmenování velkotlamec (Melanocetus).
Mnoho záhad skrývá i 11 druhů skupiny Linophryne, což se překládá jako ropucha se sítí. Český odborný termín je však bradovousí. Ti se od ostatních liší dokonce dvojím osvětlením. Předlouhé vousy, které visí z brady, a na konci jasně svítí, zdobí i dravé drakouše ze řádu velkoústých. Na první pohled pomenší ryby mají děsivě opancéřované hlavy a mohutné tlamy s ostrými tesáky. Jeden druh drakouše je dlouhý pouhých 15 cm, ale vousy, které připomínají kořínky u rostlin, přesahují 2 metry. Asi nejhojnější je pestrosvítivec dlouhovousý, jehož vousy jsou desetkrát delší než tělo! Experti dosud přesně nezjistili způsob, jakým tyto ryby (obývající převážně místa blíže ke dnu)- svoji svítící vousiskovou návnadu vlastně používají. Jisté je, že v temných hlubinách převažuje světélkování modré nebo modrozelené barvy. Proč? Její vlnové délky pronikají vodou nejlépe.
Skutečnými obry jsou některé druhy světélkujících krakatic, které se pohybují v hloubce kolem 600 metrů. Krakatice obrovská (Architeuthios dux, dříve nazývaná spíše kalmár obrovský) měří i přes 16 metrů. Vydává světelné záření, které láká různé druhy zvědavých ryb. Na ty už čeká deset dlouhých chapadel. Krakatice s oblibou útočí zejména na vorvaně. Šanci v boji s nimi by však nejspíš neměl ani mnohý člověk.
