Свет изнутри
Способностью излучать свет (биолюминесценция) в видимом диапазоне обладают эволюционно разнородные группы организмов. Известно около 30 различных механизмов, обеспечивающих свечение, однако в основе лежат схожие процессы. Субстрат люциферин, маленькая органическая молекула, окисляется под действием специфического фермента люциферазы, после чего распадается с высвобождением энергии в виде световой волны. Особенность биолюминесцентных систем в том, что они не закреплялись эволюционно, а формировались в каждом случае независимо.
Вопрос 1. На заре изучения такого явления как биолюминесценция исследователи получали из огненосных щелкунцов два типа экстрактов - "холодный" и "горячий". Такие названия были даны согласно протоколу приготовления экстрактов: для приготовления "холодного" экстракта все манипуляции с исходным материалом проводили на льду, а для приготовления "горячего" экстракта использовали повышенную температуру. Было замечено, что при смешивании "холодного" и "горячего" экстракта в присутствии кислорода возникает свечение. На основе знаний о биолюминесценции обоснуйте, какой компонент реакции находился в "холодном" и "горячем" экстракте?
В холодном экстракте находился белковый компонент реакции (1б), так при повышенных температурах происходит денатурация белковой молекулы (1б). В горячем экстракте находится органический субстрат для реакции (1б).
Вопрос 2. Такую технологию также использовали для исследования систем биолюминесценции у разных организмов, например, смешивали "холодный" экстракт, полученный из одного организма с "горячим" экстрактом, полученным из другого организма. Предположите, какие выводы можно сделать из такого эксперимента, если свечение появляется или нет.
Если при смешивании двух экстрактов свечение появляется, это значит, что системы биолюминесценции организованы принципиально сходным образом (1б), если же нет, значит система фермент-субстрат отличается у исследуемых организмов (1б). Свечение есть – близкородственные организмы (1б)
Вопрос 3. У многоклеточных организмов (насекомых, рыб) биолюминесценция происходит в особых органах (от скоплений железистых клеток до сложных образований, содержащих люминесцирующие бактерии). Предложите механизмы, с помощью которых можно регулировать интенсивность свечения в таких органах или создавать мигающее свечение?
Доступ кислорода к органам, шторка закрывающая орган, запуск синтеза одного из компонентов (другое) по 1б (максимум 3б)
Вопрос 4. В 1962 году лауреат Нобелевской премии Осаму Шимомура (Симомура) открыл экворин, выделив его из медузы Aequorea. После долгих попыток заставить его светиться, он вылил экстракт в раковину со сливом морской воды из аквариума. И тут раствор вспыхнул голубым светом. Предположите, из-за чего могло возникнуть свечение, если никаких организмов со способностью к биолюминесценции в аквариуме не было.
Ионы (кальций, магний), которых много в морской воде (1б) (или вещества выделяемые жителями аквариума (1б)) Изменял конформацию белка (2б)
Вопрос 5. Предположите, какими могут быть функции биолюминесценции у плотоядных и растительноядных животных?
У хищных – привлечение добычи, средство нападения (ослепление) У травоядных –маскировка, отпугивание/отвлечение хищников Для любых - для освещения, коммуникации, средство обороны, в качестве «любовного» языка, предупреждения или угрозы. по 1б за каждый пункт – максимум 5б