Свечение живых организмов - биолюминесценцию - называют "холодным" светом, в отличие от более привычного излучения нагретых тел (например, Солнца или спирали электрической лампочки). Возникает "холодное свечение" за счет энергии химических реакций.
В организме светящихся животных, а также некоторых бактерий, водорослей и грибов содержится люциферин - вещество, которое в ходе химических превращений излучает свет. Но чтобы эти превращения произошли, необходимы кислород и фермент люцифераза.
Основные реакции протекают в такой последовательности: люцифераза катализирует окисление люциферина, в результате чего получается молекула оксилюциферина в электронно-возбужденном состоянии. Энергия электронного возбуждения высвобождается в виде кванта света - фотона. Вспышка света может длиться от 0,1 до 10 с. Эффективность биолюминесценции поразительно высока: в свет может превращаться до 100% энергии химической реакции.
Существует несколько разновидностей люциферина; у разных организмов его структура может отличаться довольно сильно. Например, бактериальный люциферин имеет сходство с молекулой рибофлавина, а люциферин водорослей динофлагеллят похож по строению на хлорофилл. В процессах биолюминесценции светляков участвуют не только кислород и люцифераза, но еще и АТФ (аденозинтри фосфат). У медуз рода Aequorea люциферин входит в состав фотобелка экворина, а свечение "запускают" ионы кальция.
Чтобы поддерживать свечение, живые организмы нуждаются в пополнении запасов люциферина. Одни синтезируют его сами или с помощью бактерий, другие получают с пищей.
У морских организмов свечение чаще всего голубоватое, у светляков - зелено-желтое, а некоторые насекомые способны излучать красный свет. Длина волны излучения зависит от структуры люциферина, но, кроме того, на нее влияют аминокислотная последовательность и пространствен ная конфигурация активного центра люциферазы.
На основе биолюминесценции разработано несколько высокочувствительных методов исследования. Например, с помощью люциферин-люциферазной системы светляка определяют очень низкие концентрации АТФ, а поскольку АТФ сопутствует любой жизнедеятельности, то таким способом можно легко обнаружить бактериальное заражение любой среды. В другом методе, используя белок экворин, измеряют низкие концентрации ионов кальция.
