Флуоресцирующий скорпион

На фото — скорпион в марокканской пустыне демонстрирует свои способности к флуоресценции в свете ультрафиолетового фонаря (вокруг скорпиона синим светятся вездесущие кусочки пластика).

Флуоресценция — разновидность люминесценции (нетеплового свечения) — происходит в ответ на внешнее облучение и прекращается вместе с ним. Когда на скорпиона светили ультрафиолетом с длиной волны в диапазоне 350–400 нм, он переизлучал сине-зеленый свет с длиной волны 450–500 нм. Это соответствует правилу Стокса-Ломмеля: длина испускаемой волны света больше, чем длина волны, вынуждающей флуоресценцию (то есть спектр флуоресценции сдвинут относительно спектра поглощения в сторону длинных волн).

Флуоресценция свойственна разным животным: некоторым насекомым, паукам, рыбам, даже черепахам, однако в подавляющем большинстве случаев механизмы ее возникновения остаются неизвестными. Со скорпионами ситуация несколько лучше. Впервые свечение скорпионов было описано в 1954 году и тогда же установили, что источником эффекта является кутикула. Флуоресцируют в ультрафиолете почти все виды скорпионов, которых проверяли на эту способность.

Схема строения кутикулы членистоногих. Тормогенная и трихогенная клетки связаны с сенсиллами — чувствительными волосками. Рисунок из статьи B. K. Filshie, 1980. Insect cuticle through the electron microscope — distinguishing fact from artifact

Кутикула скорпиона, как и других членистоногих, состоит из нескольких слоев: эпикутикулы — самого внешнего и тонкого воскоподобного слоя, защищающего от высыхания, экзокутикулы — твердого пигментированного слоя и эндокутикулы — внутреннего, самого толстого слоя. За флуоресценцию отвечает экзокутикула, поэтому переживший линьку (см. Ecdysis) скорпион несколько дней не флуоресцирует: во время линьки сбрасывается эпикутикула и экзокутикула. Не способны к флуоресценции и новорожденные скорпионы с еще не затвердевшей кутикулой.

Самка скорпиона с детьми на спине, подсвеченная ультрафиолетовым фонариком и красным светодиодом. Взрослый скорпион флуоресцирует в ультрафиолете, а молодые — нет: кутикула еще слишком мягка. Фото © Nicky Bay с сайта flickr.com

У экзокутикулы скорпионов только два слоя: внутренняя экзокутикула и гиалиновая (см. также Hyalin) экзокутикула, состоящая преимущественно из мукополисахаридов и липопротеинов. Этот слой уникален и не встречается у других членистоногих. Именно в гиалиновой экзокутикуле обнаружены флуорофоры — соединения, ответственные за флуоресценцию: они поглощают волны одной длины волны и переизлучают волны с большей длиной волны. Это 4-метил-7-гидроксикумарин (производное кумарина) и бета-карболин (производное аминокислоты триптофана; см. Индольные алкалоиды). Интересно, что кумарин — это вещество, встречающееся у растений, а также у некоторых грибов и бактерий, у переднежаберных брюхоногих моллюсков, в пахучих железах бобров (внезапно), ну и у скорпионов.

Бета-карболин был обнаружен у скорпионов в конце 1990-х годов. Исследуя заспиртованные препараты скорпионов, хранившиеся в научных коллекциях, ученые заметили, что спектры флуоресцирующего спирта и флуорофора бета-карболина полностью идентичны, что указывало на наличие бета-карболина в кутикуле скорпиона. Однако пики переизлучаемого света у спиртового раствора и у отдельного скорпиона или экзувия (сброшенной при линьке кутикулы) оказались различны. В 2001 году в гиалиновой экзокутикуле нашли второй флуорофор — 4-метил-7-гидроксикумарин. Совместный спектр двух флуорофоров давал пик, совпадающий с пиком спектра излучения скорпиона.

Итак, природа флуоресценции скорпионов раскрыта. Но зачем же нужна скорпионам такая специфическая способность? Ведь скорпионы ведут ночной образ жизни, и свечение в лунные ночи наверняка делает их заметными для добычи и хищников (например, сов и грызунов). У ученых нет однозначного ответа, но есть целый ряд гипотез.

Австралийский скорпион при естественном освещении (слева) и в свете ультрафиолетового фонарика. Фото с сайта abc.net.au

Самая простая версия — у флуоресценции нет никаких поведенческих функций, а флуорофоры — это просто побочные продукты метаболизма. Весьма заманчивая версия. А может быть, скорпионы приманивают добычу на свет, подобно глубоководным рыбам? Вряд ли. Насекомые — их главная добыча — избегают светящихся скорпионов. Тогда, может, флуоресценция имеет значение для спаривания? Тоже нет — статистически значимых различий в спектрах между полами не выявлено.

Есть еще гипотеза, что флуоресценция может использоваться для поиска убежища. В эксперименте скорпионы с «завязанными» глазами реагировали на ультрафиолет, двигаясь из света в тень. Кроме того, скорпионы, которые светились слабее, медленнее находили убежища, чем светящиеся сильнее. Глаза скорпионов более чувствительны к зеленому свету (с длиной волны около 500 нм), чем к ультрафиолету, поэтому теоретически, собственное зеленоватое свечение может быстрее давать понять скорпиону, что нужно оставаться в укрытии, чем восприятие непосредственно ультрафиолета глазами. Способность воспринимать ультрафиолет всем телом позволяет быстро понимать в лунные ночи, что стоит остаться в укрытии, чтобы не быть заметными для хищников и жертв.

Так что зачем нужна флуоресценция скорпионам, ясно не до конца. Но для исследователей это их свойство несомненно полезно: оно помогает находить скорпионов, чтобы изучать экологию и биологию этих ночных животных.