Морякам и жителям прибрежных районов теплых морей хорошо известно явление свечения ночного моря. Обычно оно слабое, едва уловимое взглядом, поэтому голубые искры, вспыхивающие в волнах, кажутся обманом зрения. Но иногда в водах морей разыгрывается настоящее огненное представление, и море от горизонта до горизонта зажигается идущим из глубины призрачным сине-зеленым пламенем – то затухающим, то разгорающимся с новой силой. Гребни волн переливаются фосфорисцирующим блеском, напоминающим жидкий голубой огонь. И зрелище это завораживающе разнообразно, таинственно и непредсказуемо…
Свечение моря на протяжении веков оставалось одной из величайших загадок океана. Ученые пытались объяснить этот феномен и свечением содержащегося в воде фосфора, и электрическими разрядами, возникающими при трении молекул воды и соли, и тем, что ночной океан отдает поглощенную днем энергию Солнца. Ответ на загадку был найден в 1753 году, когда естествоиспытатель Беккер разглядел под увеличительным стеклом крохотные, величиной около 2 мм в диаметре, одноклеточные организмы, снующие в капле морской воды при помощи биения жгутика и отвечающие вспышками света на любое механическое или химическое раздражение. Светящиеся одноклеточные жгутиконосцы были названы ночесветками, но еще долгое время мало кто из ученых верил, что деятельность этих ничтожных созданий действительно способна вызвать явление столь грандиозного масштаба. Сейчас уже не подлежит сомнению тот факт, что свечение моря вызвано биологическими причинами, главной из которых является массовое размножение некоторых видов одноклеточных жгутиковых, составляющих значительную часть планктона Мирового океана.
Как выяснилось впоследствии, компоненты люциферин-люциферазового комплекса имеют чрезвычайно сложное химическое строение – свое у каждого вида светящихся организмов, – но в целом такая схема биолюминесценции широко распространена в живой природе, хотя и не является единственно возможной. Так, свечение глубоководных медуз происходит только за счет одного компонента – белка экварина, взаимодействующего с ионами кальция, и не требует присутствия кислорода воздуха.
Открытие ночесветок не явилось открытием явления биолюминесценции (живого свечения), как такового, а лишь расширило круг известных человеку существ, обладающих таинственной способностью светиться холодным призрачным светом. Однако первыми серьезными исследованиями, лежащими в основе этого явления, наука обязана любознательности и небрезгливости английского физика Роберта Бойля. Предание гласит, что однажды слуга, сервировавший ужин, пригласил его посмотреть на кусок протухшего мяса, испускавшего вместе с соответствующим запахом неяркий, но явственный свет. Забыв о предстоящей трапезе, Бойль приступил к изучению этого странного явления. Поставив серию экспериментов над светящимися испорченными продуктами и гнилушками, Бойль выяснил, что свечение данных объектов в безвоздушной среде прекращается, а следовательно, имеет вполне материальную природу, общую с химическим процессом окисления, хотя и не сопровождается выделением тепла. Но лишь два с лишним века спустя, в 1884 году, французскому ученому Рафаэлю Дюбуа удалось разделить жидкость, содержащуюся в светящихся органах жуков-светляков, на две фракции: жироподобное вещество и белок. Жироподобная фракция окислялась кислородом воздуха, но только в смеси с белком эта реакция сопровождалась выделением холодного видимого света. Дюбуа весьма удачно назвал жироподобное вещество люциферином, а белок-катализатор – люциферазой. И хотя от этих названий веет чертовщиной, они вместе с тем являются производными латинских слов lux – «свет» и ferre – «приносить». Люцифераза не только в десятки раз ускоряет скорость окисления люциферина, но и направляет протекание реакции таким образом, что энергия выделяется не в виде тепла, а в виде светового излучения.
Само название «биолюминесценция» буквально означает «слабое живое свечение». Однако человечеству пока остается лишь завидовать эффективности этого процесса, ведь коэффициент полезного действия живого свечения фантастически велик: он достигает 80—90%, в то время как самые экономичные лампы «дневного света» преобразуют в свет всего лишь 10—15% энергии, остальная же уходит в бесполезное тепло. Как выяснилось, в природе не существует светящихся растений, но есть светящиеся бактерии и грибы. Именно бактерии вызывают свечение испорченных рыбных и мясных продуктов, а также свечение загноившихся ран, на что обращал внимание еще Парацельс. Благодаря нитям грибницы сияют в темноте ничем не примечательные на дневном свету гнилушки.
В царстве животных биолюминесценция встречается в самых разных группах не связанных родством организмов. Причем если среди наземных животных способность к свечению является скорее исключением из правил, то среди морских животных она распространена чрезвычайно широко.