Bioluminiscence—dzīvo būtņu gaisma
Daudzas dzīvās radības rada gaismu ķīmiskā procesā. To sauc par bioluminiscenci, tā sastopama kukaiņiem, simtkājiem un tūkstoškājiem, gliemežiem, sliekām, adatādaiņiem, sēnēm, zivīm, kalmāriem, kā arī dažiem mikrobiem.
Mehānisms
Bioluminiscencei nepieciešams gaismu izstarojošs pigments, kas pazīstams kā luciferīns; ķīmisko reakciju, kas pārvērš enerģiju gaismā, veic enzīms luciferāze (latīņu val. lucifer, „gaismas nesējs”). To dažreiz sauc par “auksto gaismu”, jo efektivitāte ar kādu šis process pārvērš ķīmisko enerģiju gaismā, nevis izšķiež to siltumā, ir ārkārtīgi augsta, aptuveni 40%,1 kas ir apmēram 20 reizes augstāka kā kvēlspuldzei un augstāka par labākajām dienasgaismas un LED spuldzēm.
Tikai jūras organismiem vien ir vairāk nekā četri gaismas izstarojošā pigmenta luciferīna veidi. Daudzas no šīm radībām izstaro zilu gaismu, kas ūdenī spīd tālāk nekā, piemēram, jāņtārpiņu zaļā gaisma. Šī enzīma struktūra pat viena nodalījuma dažādām sugām atšķiras, un tā varianti maz atbilst viens otram.2 Šis līdzības trūkums neļauj [sekulāriem zinātniekiem] noteikt ticamu bioluminiscences evolūciju. Tādēļ tiek uzskatīts, ka bioluminiscence evolūcijas vēsturē ir radusies vismaz 40-50 reizes.2
Dažas bioluminiscējošās radības nevar producēt savu gaismu, bet paļaujas uz citiem, kas veiks šo darbu, piemēram, vairākas kalmāru ģintis izmanto baktērijas, lai radītu savu gaismu abpusēji izdevīgā kopdzīves izkārtojumā (simbiozē). Kalmāri kaut kādā veidā uzrauga baktēriju darbību, un baktēriju celmi, kas nespēj ražot pietiekami daudz gaismas, tiek atraidīti ar vēl nezināmu mehānismu. Dažos no šiem kalmāriem baktēriju klātbūtne izraisa gaismu radošā orgāna attīstību.
Tomēr pārējās kalmāru ģintis ražo pašas savu gaismu, izmantojot luciferīnu kopā ar savu individuālo luciferāzes enzīmu.2 Šī atšķirība vienā grupā ir pretrunā ar viegliem evolūcijas skaidrojumiem.
Citas okeāna plēsīgās zivis ir bioluminiscējošās, bet pašas nespēj ražot luciferīnu. Viņām ir visi nepieciešamie orgāni un fermenti, taču pašām ir jāiegūst luciferīns, barojoties ar jūras organismiem, kuriem tas ir, bet kuri bieži vien paši nespēj izmantot vai ražot gaismu!
Mērķi
Bioluminiscencei ir daudz pielietojumu: pārošanās, laupījuma vai plēsēju uzmanības novēršana, laupījuma pievilināšana un saziņa. Dažos gadījumos tās lietojums nav zināms.
Evolucionistiem ir jāpieņem, ka visām iezīmēm, ko viņi novēro, ir jākalpo (vai tās ir kalpojušas) kādam izdzīvošanas mērķim. Tāpēc dažu sēņu bioluminiscence ir noslēpums. Spīd tikai trīs sēņu līnijas (Omphalotus, Armillaria (celmenes, kuru sēņotne izraisa praulu spīdēšanu tumšā – red.) un Mycenoid sugas), un to izstarotās gaismas intensitāte dažādām sugām ir atšķirīga.3 Lai gan dažas sēnes šķietami piesaista kukaiņus ar savu mirdzumu, lai tie izplatītu sēņu sporas,4 citām tas tā nav, jo, piemēram, sugām, kurām mirdz šķiedrainais, barības vielu savācošais micēlijs (nevis sporas nesošās daļas), kukaiņi, ēdot šīs daļas, var nodarīt vairāk ļauna nekā laba.3 Dievs, iespējams, radīja īpašības, kam nav cita mērķa kā skaistums, vai arī, lai demonstrētu Savu radošumu.5
Interesanti, ka dažas radības bioluminiscenci izmanto pret apgaismojumu. Lai maskētu savu ēnu pret gaismu, kas nāk no augšas, daži jūras organismi izmanto bioluminiscenci uz vēdera, lai nepārtraukti atbilstu pastāvīgi mainīgajai gaismas intensitātei un krāsai. Evolucionisti nav izskaidrojuši, kā šādas sarežģītas iezīmes varēja pakāpeniski attīstīties. Nepilnīgs, slikti kontrolēts mehānisma priekštecis būtu nodrošinājis nelielu aizsardzību pret plēsējiem. Tas, visticamāk, pat būtu atvieglojis šī organisma noteikšanu (piemēram, mirdzot naktī, pirms organisms ir izstrādājis mehānismu, lai efektīvi samazinātu gaismas emisiju, vai kvēlojot nepareizā krāsā, tādējādi kļūstot vēl redzamāks).
Vispazīstamākais bioluminiscējošais dzīvnieks ir jāņtārpiņš (Lampyridae, spīdvaboļu dzimta). Šīs vaboles izmanto īpašus gaismas impulsu modeļus, lai sazinātos un atrastu savu pāri. Kavēšanās pēc tēviņa pēdējā gaismas signāla un mātītes gaismas signāla sākums ir precīzi noteikts laikā un ir raksturīgs sugai, tāpēc, kad šis laiks ir izslēgts, saziņa tiek traucēta.6 Dažas jāņtārpiņu mātītes var atdarināt citu sugu modeļus un pēc tam piesaistīt šo sugu tēviņus, lai tos medītu!7 Dažreiz jāņtārpiņi koordinē savus gaismas impulsus lidojuma laikā, tādējādi radot iespaidīgus precīzi sinhronizētus gaismas zibšņus.
Evolucionāru skaidrojumu trūkums
Sastopamības veidu dēļ evolucionisti uzskata, ka bioluminiscence jāņtārpiņos attīstījusies vismaz trīs reizes. Domājams, ka kāpuri spīdēja vispirms (lai atbaidītu, norādot uz kāpuru slikto garšu un toksicitāti), un pieaugušie tikai saglabāja spīdumu vēlāk. Pēc tam spīdēšana kā atturēšanas funkcija mainījās uz pārošanās funkciju.6 Taču komunikācijas kodu attīstību, piemēram, tēviņa/mātītes komunikāciju jāņtārpiņos vai uz gaismu balstītu saziņu zivīs8, šķiet neiespējami izskaidrot ar evolūciju. Gan koda ģenerēšanas, gan interpretācijas sistēmai vienlaikus jāpastāv gan tēviņos, gan mātītēs, lai uzlabotu pārošanos un tādējādi sniegtu selektīvas priekšrocības.
Evolūcijas piekritēji uzskata, ka ir “viegli” attīstīt bioluminiscences spēju, pamatojoties uz viņu pieņēmumu, ka šī parādība tik bieži ir attīstījusies paralēli. “Sastāvdaļas parasti nav grūti iegūt. Stāviet tumsā, sajauciet olas baltumu ar skābekli un luciferīnu no, piemēram, medūzas, un jūs, iespējams, iegūsiet zilas gaismas mirgošanu,” iesaka nesenais National Geographic raksts.9
Bet dziļāks jautājums ir, kā šāds mehānisms radās pats par sevi? Bioluminiscence ietver gan enzīmu, gan luciferīnu, kā arī kontroles mehānismu, kas integrēts ar organisma nervu sistēmu, kā arī ģenētisko informāciju, lai kontrolētu gan gaismu izstarojošo orgānu attīstību, gan darbību. Evolucionisti nav ticami izskaidrojuši, kā šis ārkārtīgi sarežģītais mehānisms varētu rasties pakāpeniskā procesā, jo katram posmam ir jābūt pilnībā funkcionālam, lai to saglabātu dabiskā atlase. Pat paļaušanās uz jau esošiem fermentiem (kuru evolūcijas izcelsme parasti tiek uzskatīta par pašsaprotamu), kas pēc tam kļūst par daļu no kāda pilnīgi jauna aparāta, ir prātam neaptverams izaicinājums evolucionistiem, ko izskaidrot.
Secinājums
Evolūcijas piekritēji uzskata, ka bioluminiscences spēja ir radusies neatkarīgi desmitiem reižu, ilgā ģeoloģiskā laika posmā, pilnīgi atšķirīgos tipos un ļoti atšķirīgos apstākļos, novedot pie līdzīgiem gaismas ģenerēšanas mehānismiem, t.i., “konverģences”. Šī faktiski ir piekrišana, ka tam nav iespējams rekonstruēt nekādu saskaņotu evolūcijas vēsturi. Un visi līdz šim sniegtie skaidrojumi (tai skaitā tie, kas šeit nav apspriesti) pilnībā neatbilst ticamam izklāstam par to, kā šādi sarežģīti un dažādi mehānismi varēja rasties nejaušas mutācijas un atlases rezultātā.
Tas atbilst pierādījumiem, kas liecina, ka šīs pazīmes ir īpaši izveidotas, un ir daļa no daudzu sugu sākotnējā dizaina, no kurām dažas vēlāk varēja zaudēt šādas spējas. Pārsteidzošā daudzveidība bioluminiscences mehānismos ir liecība par Radītāja varenību un ir apzināti izveidota, nevis nejauša.
Evolutionary mind-twisting
Ir hipotēze, ka pēc fotosintēzes parādīšanās un skābekļa daudzuma palielināšanās atmosfērā spēcīga antioksidanta oksigenāzes-Iuciferīna komplekss bija veids, kā ar to tikt galā, un luminiscence sākumā bija nejauša; tikai pēc tam, kad attīstījās spēja arī redzēt, kļuva pieejami citi pigmenta lietojumi u.c. hipotēzes.1
Bet organismiem ir daudz citu antioksidantu, tad kādēļ process, kas rada gaismu ar lieliem enerģijas izdevumiem, joprojām pastāv mūsdienās? Vai arī, kā varētu izdzīvot organismi, kuriem nebūtu šo ļoti spēcīgo antioksidantu? Turklāt eksperimenti ir parādījuši, ka enzīma atkārtota piešķiršana citam mērķim ar evolūcijas procesu palīdzību nav iespējama.2
Pat daži evolucionisti atrod, ka šis skaidrojums ir problemātisks: “… par divām grupām, sēnēm un cipridinīdiem, ir zināms, ka to bioluminiscences sistēmām ir augsta prasība pēc skābekļa, kas liecina par mūsdienu vērtībām atbilstošu [skābekļa] līmeņa izcelsmi, atšķirībā no baktērijām un jāņtārpiņiem. Tātad jāsecina, ja arī dažas luciferāzes radās kā skābekļa detoksikācijas mehānisms, pierādījumi liecina, ka tas tā nebija visiem.”3
Piedāvātā alternatīva ir tāda, ka cita veida enzīms, ligāze (kas saista kopā divas lielas molekulas), ir attīstījies par luciferāzi.4 Tomēr pat pētnieki, kas atbalsta šo ideju, atzīst: “Kā jaunā oksigenāzes luminogēnā funkcija, radusies no AMP-ligāzēm, noveda pie luciferāzēm, ir viens no visizaicinošākajiem bioluminiscences noslēpumiem.”4
Atsauces un piezīmes
- Atsauce 2 no galvenā teksta.
- Gauger AK, Axe DD (2011) The evolutionary accessibility of new enzyme functions: a case study from the biotin pathway. BIO-Complexity 2011(1):1–17.
- Wilson, T. and Hastings, J., Bioluminescence: Living Lights, Lights for Living, p. 132 Harvard College, 2013.
- Viviani, V.R., The origin, diversity, and structure function relationships of insect luciferases, Cellular and Molecular Life Sciences 59(11):1833–1850, November 2002.
Atsauces un piezīmes
- Daudzos agrākajos dokumentos norādīta c. 90% efektivitāte, bet jaunākie pētījumi liecina, ka tā ir uz pusi zemāka. Skat. Ando, Y. et al., Firefly bioluminescence quantum yield and colour change by pH-sensitive green emission, Nature Photonics 2: 44–47, 2008 | doi:10.1038/nphoton.2007.251. Skatīt arī komentāru šajā numurā Ugarova, N.N., Bioluminescence: Fireflies revisited, pp. 8–9 | doi:10.1038/nphoton.2007.259. Atgriezties uz tekstu.
- Haddock, Steven H.D. et al., Bioluminescence in the Sea, Annual Review of Marine Science 2:443–493, 2010 | doi: 10.1146/annurev-marine-120308-081028. Atgriezties uz tekstu.
- Out of the darkness, ABC Science, 16 January 2014,abc.net.au. Atgriezties uz tekstu.
- Glowing Mushrooms Use Bioluminescence to Attract Insects … , BioQuick News, March 20, 2015, bioquicknews.com. Atgriezties uz tekstu.
- Burgess, S., Added beauty of the peacock tail and the problems with the theory of sexual selection, J.Creation 15(2):94–102. Atgriezties uz tekstu.
- Branham, M.A. and Wenzel, J.W., The origin of photic behavior and the evolution of sexual communication in fireflies. Cladistics 19(1):1–22, 2003 | 10.1111/j.1096-0031.2003.tb00404.x. Atgriezties uz tekstu.
- Nguyen, T, Firefly’s Flash Can Bring Sex or Death, livescience.com, 25 September 2007. Atgriezties uz tekstu.
- J.S. and Smith W.L., Repeated and Widespread Evolution of Bioluminescence Davis M.P., Sparks in Marine Fishes, PLoS ONE 11(6): e0155154 | doi:10.1371/journal.pone.0155154, 2016. Atgriezties uz tekstu.
- Judson, O., Luminous Life, nationalgeographic.com, 2015. Atgriezties uz tekstu.
Readers’ comments
Comments are automatically closed 14 days after publication.