빛나는 동물. 심해 빛나는 물고기 빛나는 해파리, 일본

해파리에 관한 사실: 유독하고, 빛나고, 세계에서 가장 큰 해파리

해파리는 바다 깊은 곳에서 가장 신비로운 주민 중 하나로 정당하게 불릴 수 있으며 관심과 두려움을 불러일으킵니다. 그들은 누구이며, 어디에서 왔는지, 세상에는 어떤 품종이 있는지, 수명주기는 무엇인지, 대중적인 소문이 말하는 것처럼 위험합니까? 나는 이 모든 것에 대해 확실히 알고 싶습니다.

해파리는 6억 5천만년 전에 출현하여 지구상에서 가장 오래된 유기체 중 하나입니다.

해파리 몸의 약 95%는 서식지이기도 한 물입니다. 대부분의 해파리는 바닷물에 서식하지만 담수를 선호하는 종도 있습니다. 해파리는 Medusozoa 속의 구성원의 생활사 중 "바다 젤리" 단계로, 비운동성 폴립의 정지 무성생 단계와 번갈아 가며 성숙 후 싹이 트면서 형성됩니다.

이 이름은 18세기 칼 린네(Carl Linnaeus)에 의해 도입되었는데, 그는 이 이상한 유기체에서 머리카락처럼 펄럭이는 촉수가 있기 때문에 신화 속의 고르곤 메두사와 어느 정도 유사하다고 보았습니다. 그들의 도움으로 해파리는 먹이 역할을 하는 작은 유기체를 잡습니다. 촉수는 길거나 짧고 뾰족한 실처럼 보일 수 있지만 모두 먹이를 기절시키고 사냥을 더 쉽게 만드는 쏘는 세포를 갖추고 있습니다.

빛나는 해파리

어두운 밤에 바닷물이 어떻게 빛나는지를 본 사람이라면 이 광경을 결코 잊을 수 없을 것입니다. 무수한 빛이 바다 깊은 곳을 비추며 다이아몬드처럼 반짝입니다. 이 놀라운 현상의 원인은 해파리를 포함한 가장 작은 플랑크톤 유기체 때문입니다. 인산 해파리는 가장 아름다운 해파리 중 하나로 간주됩니다. 일본, 브라질, 아르헨티나 해안 근처의 저서 지대에 서식하며 자주 발견되지는 않습니다.

빛나는 해파리 우산의 직경은 15cm에 이릅니다. 어두운 깊은 곳에 사는 해파리는 종으로서 완전히 사라지지 않도록 조건에 적응하고 음식을 제공해야합니다. 흥미로운 사실은 해파리의 몸에는 근육 섬유가 없고 물의 흐름에 저항할 수 없다는 것입니다.

흐름의 의지에 따라 헤엄치는 느린 해파리는 움직이는 갑각류, 작은 물고기 또는 기타 플랑크톤 생물을 따라잡을 수 없기 때문에 트릭을 사용하여 포식적인 입이 열리는 곳까지 헤엄치도록 강요해야 합니다. 그리고 바닥 공간의 어둠 속에서 가장 좋은 미끼는 빛이다.

빛나는 해파리의 몸에는 특수 효소인 루시퍼라제의 영향으로 산화되는 색소인 루시페린이 포함되어 있습니다. 밝은 빛은 나방처럼 희생자들을 촛불로 끌어들입니다.

Rathkea, Equorea, Pelagia와 같은 일부 빛나는 해파리 종은 물 표면에 살며 대량으로 모여 말 그대로 바다를 불타게 만듭니다. 빛을 방출하는 놀라운 능력은 과학자들의 관심을 끌었습니다. 인광체는 해파리의 게놈에서 성공적으로 분리되어 다른 동물의 게놈에 도입되었습니다. 결과는 매우 특이한 것으로 밝혀졌습니다. 예를 들어, 이런 식으로 유전자형이 변경된 쥐는 녹색 털이 자라기 시작했습니다.

유독한 해파리 - 바다 말벌

오늘날 3000개 이상의 해파리가 알려져 있으며, 그 중 다수는 인간에게 전혀 무해하지 않습니다. 모든 종류의 해파리에는 독이 "충전된" 독침 세포가 있습니다. 그들은 피해자를 마비시키고 문제없이 그를 다루는 데 도움을줍니다. 과장하지 않고, 바다 말벌(Sea Wasp)이라고 불리는 해파리는 다이버, 수영선수, 어부들에게 치명적인 위험을 초래합니다. 이러한 해파리의 주요 서식지는 따뜻한 열대 바다이며 특히 호주와 오세아니아 해안에 많이 있습니다.

조용한 모래만의 따뜻한 물에서는 옅은 파란색의 투명한 몸체가 보이지 않습니다. 직경이 최대 40cm에 달하는 작은 크기도 큰 관심을 끌지 못합니다. 한편, 한 사람의 독은 약 50명을 천국에 보내기에 충분합니다. 인광을 발하는 말벌과 달리 바다 말벌은 이동 방향을 바꿀 수 있어 부주의하게 수영하는 사람을 쉽게 찾을 수 있습니다. 피해자의 몸에 들어간 독은 호흡기를 포함한 평활근의 마비를 일으킨다. 얕은 물에 있으면 구원받을 확률이 적지 만 적시에 의료 지원이 제공되고 질식으로 사망하지 않더라도 "물린"부위에 깊은 궤양이 형성되어 심한 통증을 유발합니다. 여러 날 동안 낫지 않았습니다.

위험한 어린 것들 - Irukandji 해파리

1964년 호주 잭 반스(Jack Barnes)가 기술한 작은 이루칸지 해파리는 인체에 ​​비슷한 영향을 미치며, 유일한 차이점은 손상 정도가 그다지 깊지 않다는 점입니다. 과학을 옹호하는 진정한 과학자로서 그는 자신뿐만 아니라 자신의 아들에게도 독의 영향을 경험했습니다. 중독의 증상 - 심한 두통과 근육통, 경련, 메스꺼움, 졸음, 의식 상실 - 그 자체로는 치명적이지는 않지만, 주요 위험은 Irukandji를 개인적으로 만난 사람의 혈압이 급격히 상승한다는 것입니다. 피해자가 심혈관 시스템에 문제가 있으면 사망 가능성이 상당히 높습니다. 이 아기의 크기는 직경이 약 4cm이지만 얇은 스핀들 모양의 촉수는 길이가 30-35cm에 이릅니다.

밝은 아름다움 - Physalia 해파리

인간에게 매우 위험한 열대 바다의 또 다른 주민은 Physalia - Sea Boat입니다. 그녀의 우산은 파란색, 보라색, 보라색 등 밝은 색상으로 칠해져 있으며 물 표면에 떠서 멀리서도 볼 수 있습니다. 매력적인 바다 "꽃"의 전체 식민지는 속기 쉬운 관광객을 끌어 들이고 가능한 한 빨리 그들을 데리러 손짓합니다. 여기에는 주요 위험이 숨어 있습니다. 최대 수 미터에 달하는 긴 촉수는 엄청난 수의 쏘는 세포를 갖추고 있으며 물 밑에 숨겨져 있습니다. 독은 매우 빠르게 작용하여 심각한 화상, 마비 및 심혈관, 호흡기 및 중추 신경계 장애를 유발합니다. 회의가 매우 깊거나 해안에서 멀리 떨어진 곳에서 열렸다면 그 결과는 가장 슬플 수 있습니다.

거대 해파리 노무라 - 사자의 갈기

진짜 거인은 백수의 왕과 닮았기 때문에 사자갈기라고도 불리는 노무라 벨이다. 돔의 직경은 2m에 달할 수 있으며 그러한 "아기"의 무게는 200kg에 이릅니다. 극동, 일본 연안, 한국과 중국 연안에 서식합니다.

거대한 털이 많은 공이 어망에 떨어져 손상을 입히고 어부들에게 피해를 입히고 그들이 스스로 벗어나려고 할 때 스스로 타격합니다. 그들의 독이 인간에게 치명적이지 않더라도, '사자갈기'와의 만남은 친근한 분위기에서 이루어지는 경우가 거의 없습니다.

털이 많은 Cyanea - 바다에서 가장 큰 해파리

Cyanea는 가장 큰 해파리 중 하나로 간주됩니다. 찬물에 살면서 가장 큰 크기에 도달합니다. 가장 거대한 표본은 19세기 말 북아메리카의 과학자들에 의해 발견되고 묘사되었습니다. 돔의 직경은 230cm이고 촉수의 길이는 36.5m로 밝혀졌습니다. 촉수가 많이 있으며 8개 그룹으로 수집되며 각 그룹에는 60~150개 조각이 있습니다. 해파리의 돔이 8개 부분으로 나누어져 일종의 팔각형 별을 형상화한 것이 특징입니다. 다행히 아조프해와 흑해에는 살지 않기 때문에 휴식을 위해 바다에 갈 때 걱정할 필요가 없습니다.

크기에 따라 색상도 변경됩니다. 큰 표본은 밝은 보라색 또는 보라색이고 작은 표본은 주황색, 분홍색 또는 베이지색입니다. Cyaneas는 표층수에 서식하며 깊은 곳으로 내려가는 경우는 거의 없습니다. 이 독은 인간에게 위험하지 않으며 피부에 불쾌한 작열감과 물집만 유발합니다.

요리에 해파리 사용하기

지구의 바다와 바다에 사는 해파리의 수는 정말 엄청나며 단 하나의 종이 멸종 위기에 처해 있지 않습니다. 수확량에 따라 사용이 제한되지만 사람들은 오랫동안 해파리의 유익한 특성을 약용으로 사용해 왔으며 요리의 맛을 즐겼습니다. 일본, 한국, 중국, 인도네시아, 말레이시아 등 여러 나라에서는 오랫동안 해파리를 먹으며 '수정 고기'라고 불렀습니다. 그 이점은 단백질, 알부민, 비타민 및 아미노산, 미량 원소의 함량이 높기 때문입니다. 그리고 제대로 준비하면 매우 세련된 맛이 납니다.

해파리 "고기"는 샐러드와 디저트, 스시와 롤, 수프 및 메인 코스에 추가됩니다. 인구 증가가 기근의 시작을 꾸준히 위협하고 있는 세계, 특히 저개발 국가에서 해파리의 단백질은 이 문제를 해결하는 데 좋은 도움이 될 수 있습니다.

의학에서의 해파리

의약품 제조를 위해 해파리를 사용하는 것은 식품으로서의 사용이 오랫동안 놀라움의 대상이 아닌 국가에서 더 일반적입니다. 대부분 해파리를 직접 채취하는 해안 지역에 위치한 국가들이다.

의학에서는 가공된 해파리 몸체를 함유한 제제를 불임, 비만, 대머리 및 백발 치료에 사용합니다. 쏘는 세포에서 추출한 독은 ENT 기관의 질병에 대처하고 혈압을 정상화하는 데 도움이됩니다.

현대 과학자들은 암성 종양을 물리칠 수 있는 약물을 찾기 위해 애쓰고 있으며, 해파리도 이 어려운 싸움에 도움이 될 가능성을 배제하지 않습니다.

생물발광은 살아있는 유기체가 빛을 발하는 능력입니다. 이는 방출된 에너지가 빛의 형태로 방출되는 화학적 과정을 기반으로 합니다. 생물발광은 먹이, 짝, 의사소통, 경고, 위장 또는 억제를 유도하는 역할을 합니다.

과학자들은 광합성 중에 녹색 식물에 의해 방출되는 "독"(산소)에 대한 고대 박테리아의 보호 반응으로 생물 발광이 혐기성에서 호기성 형태의 생명체로 전환하는 단계에서 나타났다고 믿습니다. 생물발광은 원생동물부터 척색동물까지 박테리아, 균류 및 상당히 다양한 동물 종류의 대표자에게서 발견됩니다. 그러나 특히 갑각류, 곤충, 어류에서 흔히 발생합니다.

박테리아는 유기체가 빛을 "생성"하도록 돕거나 스스로 이 작업에 대처합니다. 이 경우 빛은 신체 전체 표면과 특수 기관, 주로 피부 기원의 땀샘에서 방출 될 수 있습니다. 후자는 많은 해양 동물과 육상 동물, 즉 곤충, 일부 지렁이, 지네 등에 존재합니다.

일반적인 반딧불이

아마도 가장 유명한 생물발광 물질일 것입니다. 반딧불이가족( Lampyridae) 약 2000종이 있다. 열대 지방과 아열대 지방은 이 딱정벌레의 가장 다양한 다양성을 자랑하지만, 구소련 영토에는 이 곤충이 7속, 약 20종밖에 없었습니다. 글쎄, 그들은 "가장 어두운 밤에 빛을 비추기 위해"빛이 전혀 필요하지 않지만 서로 의사 소통을 위해 암컷을 찾기 위해 수컷의 신호를 부르고 모방 (예를 들어 주변 조명 아래에서 잔디를 비추는 전구 또는 달), 영토 보호 등

일반적인 반딧불 / © Flickr

노체베트카

녹티루카 신틸란스, 또는 야행성 빛은 소위 와편모충류의 종에 속합니다. 그들은 광합성 능력 때문에 때때로 와편모조류(dinoflagellate algae)라고도 불립니다. 사실, 이들 중 대부분은 세포 내 껍질이 발달된 편모입니다. 아름다운 만큼 무서운 현상인 유명한 “적조” 현상을 일으키는 것은 바로 와편모충입니다. 그러나 특히 장엄한 것은 바다, 바다 및 호수의 물에서 밤에 관찰할 수 있는 야행성 조명의 파란색 "조명"입니다. 붉은 색과 푸른 빛은 모두 물속에 있는 이 놀라운 작은 유기체의 풍부함으로 인해 발생합니다.

야간 조명으로 "조명"된 물 / © Flickr

낚시꾼

이 순진한 낚시꾼 모양의 경골 물고기 종은 매우 매력적이지 않은 외모 때문에 그 이름을 얻었습니다. 스스로 판단하십시오.

심해 아귀 / © Flickr

바다 악마는 "악한 물기"를 가지고 있기 때문에 입이 끊임없이 열려 있고 날카로운 이빨이 튀어나와 있습니다. 물고기의 몸은 수많은 피부 성장, 결절 및 플라크로 덮여 있습니다. 이 해양 "콰지모도"가 깊은 곳에서 사는 것을 선호한다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 분명히 이것이 그들이 불친절한 눈으로부터 숨는 방법입니다. 하지만 진지하게, 이 물고기는 매우 흥미롭습니다. 그들은 무엇보다도 입 바로 위에 위치한 등 지느러미의 앞부분으로 인해 수중 세계의 다른 주민들과 구별됩니다. 이 빛나는 "손전등"은 아귀가 길을 밝히는 것이 아니라 먹이를 유인하기 위해 필요합니다.

곰팡이 모기

그다지 놀라운 것은 다른 생물발광 물질입니다. 즉, 곰팡이 각다귀과에 속하는 곰팡이 각다귀 속입니다. 이전에는 이 속을 이렇게 불렀습니다. 볼리티필라, 이는 "버섯 애호가"를 의미합니다. 지금은 다음으로 이름이 바뀌었습니다. 아라크노캄파- "거미 유충". 사실 이 모기의 유충은 실제 거미줄을 엮습니다. 갓 부화한 유충은 길이가 3~5mm에 불과하지만 발달의 마지막 단계에서는 최대 3cm까지 자랍니다. 이 모기가 일생의 대부분을 보내는 것은 유충 단계입니다. 먹이를 먹이고 유인하기 위해 그들은 동굴 천장에 비단 둥지와 같은 것을 엮고 끈끈한 실 끝에 매달려 자신의 몸에 의해 빛납니다. 호주와 뉴질랜드의 동굴과 동굴에 분포합니다.

곰팡이 모기 유충 / © Flickr

네온 버섯

불행히도 이것은 자연의 기적입니다. 놀랍도록 아름다운 발광 버섯입니다. 클로로포스 미케나– 우리 지역에서는 찾을 수 없습니다. 그것을 보려면 일본이나 브라질에 가봐야 한다. 그리고 거기에서도 이 놀라운 녹색 버섯이 문자 그대로 "불타는" 포자에서 나타나는 장마철을 기다려야 합니다.

이 기적이 먹을 수 있는지 여부는 알려져 있지 않습니다. 그러나 감히 그런 빛나는 접시를 테이블에 제공하는 사람은 거의 없습니다. 그것을 찾기로 결정했다면 나무 줄기 바닥, 쓰러지거나 잘린 가지 옆, 나뭇잎 더미 또는 단순히 축축한 토양을 살펴보는 것이 좋습니다.

네온 버섯 / © Flickr

대왕오징어

이것은 가장 큰 생물 발광 오징어입니다 ( 타닝기아 다나에) 그리고 아마도 일반적으로 이 동물들의 가장 아름다운 모습일 것입니다. 과학은 길이가 2.3m이고 무게가 약 161kg인 표본을 알고 있습니다! 하지만 이 장엄한 아름다움을 보기는 쉽지 않습니다. 수심 약 1000m에 서식하며 열대 및 아열대 해역에서 발견됩니다. 아름다움에도 불구하고 타닝기아 다나에- 공격적인 포식자. 오징어는 먹이를 공격하기 전에 촉수에 있는 특수 기관을 사용하여 짧은 빛을 발산합니다. 이 섬광은 무엇을 위한 것입니까? 글쎄, 분명히 피해자에게 "경고"하지 않는 것입니다. 과학자들은 심해 주민의 눈을 멀게 하거나 목표물까지의 거리를 추정하는 데 필요하다고 믿습니다. 다채로운 쇼는 또한 동물이 암컷을 유혹하는 데 도움이 됩니다.

거대한 생체 발광 오징어 / © Flickr

“...바다 전체가 불타고 있습니다. 푸른 보석은 파도의 꼭대기에서 놀고 있습니다. 노가 물에 닿는 곳에서는 깊고 반짝이는 줄무늬가 마법 같은 빛을 발합니다. 손으로 물을 만졌다가 다시 가져오면 빛나는 다이아몬드 한 줌이 떨어지고, 은은하고 푸른 빛을 띤 인광 빛이 손가락 위에서 오랫동안 타올랐다. 오늘은 어부들이 “바다에 불이 붙었습니다!”라고 말하는 마법 같은 밤 중 하나입니다.
(A.I. Kuprin.)

바다로 휴가를 갔을 때 이런 사진을 본 적이 있나요? 정말 놀라운 현상이 아닐까? 오늘 나는 당신에게 말할 것입니다 바다는 왜 빛나나요?

생명체가 빛을 발하는 능력을 생물발광이라고 합니다. 빛날 수 있음 버섯, 반딧불, 일부 유형의 해파리 및 물고기.발광 메커니즘은 모든 유기체에서 유사합니다. 그들 모두는 발광 세포루시페린이라는 물질이 함유되어 있습니다. 산소의 영향으로 산화되고 가벼운 양자가 방출됩니다.

해파리의 생물발광.

ctenophore의 빛.

알렉산더 쿠프린(Alexander Kuprin)이 훌륭하게 묘사한 해안 바다의 빛은 다음과 같은 느낌을 줍니다. 식물성 및 동물성 플랑크톤.이들은 작은 갑각류인 ctenophores일 수 있습니다. 그러나 대부분의 경우 고르고 강한 빛은 대규모 개발로 인해 발생합니다. 미세한 조류– 와편모충류, 즉 플랑크톤 조류인 Nochesvetka (녹틸루카 신틸란스). 현미경을 통해서만 볼 수 있습니다. 나이트글로우의 몸은 꼬리 편모가 있는 투명한 세포입니다. 동안 바닷물 1리터당찾을수있다 수백만 개의 야간 조명 세포!덕분에 바다는 빛으로 타오르고 있다.

밤빛 조류(Noctiluca scintillans)

밤빛이 대량으로 축적됩니다.

우리나라에서는 이런 자연의 마법을 볼 수 있습니다 흑해, 아조프해, 오호츠크해에서.그를 지켜보는 것이 더 낫다 조용하고 따뜻하고 어두운 밤에,폭풍우가 온 후에 완전한 진정.글로우의 피크는 다음에서 발생합니다. 7월 말 ~ 9월– 여름~가을에 플랑크톤이 대량으로 발달하는 시기입니다. 바다가 그토록 우아한 9월 24일을 세계 해양의 날로 기념하는 이유는 무엇일까요?! :) 빛나는 바다의 광경은 가장 매혹적인 자연 현상 중 하나입니다. 꼭 보시길 바라겠습니다!

현대의 "금붕어"는 나노 크기여야 하며 녹색 빛을 내야 합니다.

수년 동안 녹색형광단백질(GFP)은 쓸모없는 생화학적 호기심처럼 보였지만 1990년대에는 생물학에서 귀중한 도구가 되었습니다. 이 독특한 천연 분자는 합성 염료보다 더 나쁜 형광을 발하지 않지만 합성 염료와는 달리 무해합니다. GFP의 도움으로 세포가 어떻게 분열하는지, 자극이 신경 섬유를 따라 어떻게 이동하는지, 또는 실험 동물의 몸 전체에 전이가 어떻게 "확산"되는지 확인할 수 있습니다. 오늘날, 노벨 화학상은 이 단백질의 발견과 개발을 위해 미국에서 일하는 세 명의 과학자에게 수여됩니다.

새로운 단백질의 첫 번째 부분을 얻기 위해 연구자들은 푸쉬킨의 동화에 나오는 노인처럼 그물을 던져 해파리를 잡았습니다. 가장 놀라운 것은 이 해파리에서 수십 년이 지나서 분리된 이상한 단백질이 세포생물학자들의 가장 소중한 소망을 충족시키는 진짜 '금붕어'가 되었다는 것입니다.

GFP란 무엇인가요?

GFP는 많은 생물학적 기능인 단백질을 담당하는 살아있는 유기체에서 가장 크고 다양한 분자 그룹에 속합니다. 대부분의 단백질은 착색되지 않았지만 실제로는 녹색입니다(따라서 이름은 다람쥐입니다).

소수의 유색 단백질은 비단백질 분자, 즉 "메이크웨이트"의 존재로 인해 색상을 갖습니다. 예를 들어, 우리 혈액의 헤모글로빈은 비단백질 적갈색 헴 분자와 무색 단백질 부분인 글로빈으로 구성됩니다. GFP는 "첨가물"이 없는 순수한 단백질입니다. 즉, 무색의 "링크"(아미노산)로 구성된 사슬 분자입니다. 그러나 합성 후에 기적은 아니더라도 적어도 트릭이 발생합니다. 체인이 "공"으로 말려 녹색을 얻고 빛을 방출하는 능력을 얻습니다.

해파리 세포에서 GFP는 청색광을 방출하는 다른 단백질과 함께 작동합니다. GFP는 이 빛을 흡수하여 녹색을 방출합니다. 심해 해파리인 Aequorea victoria가 녹색으로 빛나는 이유는 과학자들이 아직도 이해하지 못하고 있는 것입니다. 반딧불이가 있으면 모든 것이 간단합니다. 짝짓기 시즌 동안 암컷은 수컷을 위해 "표지"를 켜줍니다. 일종의 결혼 발표입니다. 녹색, 키 5mm, 인생 파트너를 찾고 있습니다.

해파리의 경우에는 이 설명이 맞지 않습니다. 적극적으로 움직이거나 흐름에 저항할 수 없기 때문에 서로 신호를 보내도 스스로는 "빛을 향해" 헤엄칠 수 없습니다.

시모무라 오사무: 해파리를 쉽게 꺼낼 수는 없다

이 모든 것은 시모무라 오사무가 미국의 프라이데이 하버 해양 연구소에서 심해 발광 해파리인 에쿼리아 빅토리아(Aequorea victoria)를 연구하기 시작한 1950년대에 시작되었습니다. 이보다 더 "유휴" 과학적 호기심을 상상하기는 어렵습니다. 안경을 쓴 사람들은 왜 알려지지 않은 젤라틴 생물이 심해의 어둠 속에서 빛나는지에 관심을 갖게 되었습니다. 해파리 독을 연구했다면 실제 적용 가능성을 상상하기가 더 쉬울 것입니다.

산업용 트롤로는 해파리를 잡는 것이 불가능하다는 것이 밝혀졌습니다. 해파리는 심각한 부상을 입었으므로 손망으로 잡아야했습니다. "창조적인" 과학 작업을 촉진하기 위해 끈질긴 일본인의 지도 아래 그들은 해파리 절단용 특수 기계를 만들었습니다.

그러나 과학적 호기심과 일본의 세심함이 결합되어 결과가 나왔습니다. 1962년 시모무라(Shimomura)와 동료들은 GFP라는 새로운 단백질의 발견에 대해 보고한 논문을 발표했습니다. 가장 흥미로운 점은 시모무라가 GFP가 아니라 또 다른 해파리 단백질인 에쿼린(aequorin)에 관심이 있다는 것입니다. GFP가 '관련상품'으로 검색되었습니다. 1979년까지 시모무라(Shimomura)와 동료들은 GFP의 구조를 자세히 특성화했는데, 이는 물론 흥미로웠지만 소수의 전문가에게만 해당되었습니다.

Martin Chalfie: 해파리가 없는 해파리 단백질

획기적인 발전은 1980년대 후반과 1990년대 초반에 이루어졌으며, 노벨상 수상자 3인 중 두 번째인 마틴 찰피(Martin Chalfie)가 주도했습니다. 과학자들은 유전 공학 방법(GFP가 발견된 지 15~20년 후에 구체화됨)을 사용하여 GFP 유전자를 박테리아에 삽입한 다음 복잡한 유기체에 삽입하고 이 단백질을 합성하도록 강요했습니다.

이전에는 GFP가 형광 특성을 얻기 위해서는 해파리 몸에 존재하는 독특한 생화학적 "환경"이 필요하다고 생각되었습니다. Chalfie는 완전한 발광 GFP가 다른 유기체에서도 형성될 수 있으며 단일 유전자로 충분하다는 것을 증명했습니다. 이제 과학자들은 이 단백질을 바다 깊은 곳에 있는 것이 아니라 항상 손에 무제한으로 보관할 수 있게 되었습니다. 실제 적용에 대한 전례 없는 전망이 열렸습니다.

유전 공학을 통해 GFP 유전자를 "어딘가"에 삽입할 수 있을 뿐만 아니라 연구자가 관심을 갖는 특정 단백질의 유전자에 부착할 수 있습니다. 결과적으로 이 단백질은 발광 라벨로 합성되어 수천 개의 다른 세포 단백질을 배경으로 현미경으로 볼 수 있습니다.

GFP의 혁명적인 특징은 살아있는 세포에 있는 단백질을 "표시"할 수 있고, 세포 자체가 이를 합성한다는 점이며, GFP 이전 시대에는 거의 모든 현미경 검사가 "고정된" 준비물에서 이루어졌습니다. 본질적으로 생화학자들은 약물의 모든 것이 평생 동안 그대로 유지된다는 가정 하에 "사망 당시" 생물학적 과정의 "스냅샷"을 연구했습니다. 이제 살아있는 유기체의 많은 생물학적 과정을 비디오로 관찰하고 기록하는 것이 가능해졌습니다.

Roger Tsien의 과일 가판대

일반적으로 세 번째 노벨상 수상자는 아무것도 "발견"하지 않았습니다. GFP와 유전 공학 기술에 대한 다른 사람들의 지식으로 무장한 Roger Y. Tsien 실험실의 과학자들은 그들의 필요에 더 적합한 새로운 형광 단백질을 만들기 시작했습니다. "천연" GFP의 중요한 단점이 제거되었습니다. 특히 해파리의 단백질은 자외선을 조사하면 밝게 빛나지만, 살아있는 세포를 연구하려면 가시광선을 이용하는 것이 훨씬 좋다. 게다가, "천연" 단백질은 사량체입니다(분자는 4개의 그룹으로 조립되어 있습니다). 4명의 스파이(GFP)가 4명의 개인(“표시된 다람쥐”)을 항상 손을 잡고 감시해야 한다고 상상해 보십시오.

Tsien과 그의 동료들은 단백질의 개별 구조 요소를 변경함으로써 이러한 단점과 기타 여러 단점이 없는 GFP 변형을 개발했습니다. 현재 전 세계 과학자들이 사용하고 있습니다. 또한 Tsien 팀은 파란색에서 적자색에 이르는 형광 단백질의 "무지개"를 만들었습니다. Tsien은 mBanana, tdTomato, mStrawberry(딸기), mCherry(체리), mPlum(자두) 등 해당 색상의 과일 이름을 따서 다채로운 단백질의 이름을 지정했습니다.

Tsien은 대중화 목적뿐만 아니라 자신의 개발 목록을 과일 판매대처럼 보이게 만들었습니다. 그에 따르면 모든 경우에 가장 좋은 과일이 하나도 없는 것처럼 가장 좋은 형광 단백질도 없습니다. 각 특정 경우에 대해 "자신의" 단백질을 선택해야 합니다(이제는 선택할 수 있는 것이 많습니다). 과학자들이 한 세포에서 여러 유형의 물체를 동시에 모니터링하려는 경우 다양한 색상의 단백질 무기고가 필요합니다(일반적으로 발생함).

형광 단백질 설계의 새로운 단계는 "광활성화 가능한" 단백질의 생성이었습니다. 연구원이 특별히 선택한 레이저를 단기적으로 조사하여 "빛을 낼" 때까지는 형광을 발하지 않습니다(따라서 현미경으로 볼 수 없습니다). 레이저 빔은 컴퓨터 응용 프로그램의 하이라이트 기능과 유사합니다. 과학자가 모든 단백질 분자에 관심이 없고 특정 장소에만 관심이 있고 특정 순간부터 시작한다면 레이저 빔을 사용하여 이 영역을 "선택"한 다음 이 분자에 어떤 일이 일어나는지 관찰할 수 있습니다. 예를 들어, 수십 개의 염색체 중 하나를 "활성화"한 다음 분열 중에 세포 전체에서 이것이 어떻게 "이동"하는지 관찰하면 나머지 염색체가 방해가 되지 않습니다.

이제 과학자들은 더욱 발전했습니다. 최근 형광 카멜레온 단백질이 생성되었으며, 특수한 조사 후에 색상이 변하고 이러한 변화는 되돌릴 수 있습니다. 분자를 한 색상에서 다른 색상으로 여러 번 "전환"할 수 있습니다. 이는 살아있는 세포의 과정을 연구하는 가능성을 더욱 확장합니다.

지난 10년간의 발전 덕분에 형광 단백질은 세포 연구의 주요 도구 중 하나가 되었습니다. GFP 단독 또는 이를 이용한 연구에 관해 이미 약 17,000개의 과학 논문이 출판되었습니다. 2006년 GFP가 발견된 프라이데이하버 연구소에는 높이 1.4m, 즉 원본보다 약 1억배 더 큰 GFP 분자를 묘사한 기념비를 세웠다.

Aequorea 해파리의 GFP는 인간이 "쓸모 없는" 야생 동물 종의 다양성을 보호해야 한다는 최고의 증거입니다. 약 20년 전만 해도 알려지지 않은 해파리의 이국적인 단백질이 21세기 세포 생물학의 주요 도구가 될 것이라고는 누구도 상상하지 못했습니다. 수억 년이 넘는 시간 동안 진화는 어떤 과학자나 컴퓨터도 "처음부터" 만들 수 없는 독특한 특성을 지닌 분자를 만들어냈습니다. 수십만 종의 식물과 동물 종 각각은 수천 개의 자체 생물학적 분자를 합성하는데, 그 중 대다수는 아직 연구되지 않았습니다. 아마도 이 광대하고 살아 있는 기록 보관소에는 인류가 언젠가 필요로 하는 많은 것들이 담겨 있을 것입니다.

"첨단 기술" 분자 생물학의 가용성이 높아짐에 따라 발광 단백질이 진지한 연구에만 사용되기 시작했습니다.

녹색 형광 라드

2000년 프랑스의 유전학자인 현대 예술가 에두아르도 카크(Eduardo Kac)의 요청으로 알바(Alba)라는 이름의 녹색 형광 토끼를 '만들었습니다'. 실험에는 과학적 목표가 없었습니다. Alba는 예술가 Katz가 발명한 방향, 즉 형질전환 예술의 "예술 작품"이었습니다. 토끼(미안해요 카츠의 작품)는 각종 전시회와 기자회견, 각종 행사에 전시되어 많은 주목을 받았습니다.

2002 년 알바는 예기치 않게 사망했고, 과학자-공연자와 예술가-고객 사이의 모순으로 인해 언론에서 불행한 동물을 둘러싼 스캔들이 발생했습니다. 예를 들어, 프랑스 유전학자들은 카츠의 공격으로부터 동료를 보호하기 위해 알바가 사진에서 보이는 것처럼 실제로는 녹색이고 빛나지 않는다고 주장했습니다. 하지만 예술에 관해 이야기하고 있다면 Photoshop을 사용하여 장식해 보는 것은 어떨까요?

인간 유전공학은 의료 윤리에 어긋나기 때문에 합법적인 의료 기관에서 진단 및 유사한 목적으로 형광 단백질이 사용될 가능성은 거의 없습니다. 그러나 미용실과 기타 덜 통제된 시설에서는 새로운 기회에 관심이 있을 것으로 예상할 수 있습니다. 예를 들어, 자연 손톱이나 입술(바니시나 립스틱 없음!)이 조명에 따라 색상이 변하고 원할 경우 어둠 속에서도 빛날 수 있다고 상상해 보십시오. 또는 자체 형광 세포에 의해 피부에 패턴이 형성되는 경우도 있습니다. 누구나 보기에 쉽게 지워지지 않는 문신 대신, 특수 램프로 비추면 눈에 띄게 됩니다.

파트너 뉴스

글로우는 자연에서 흔히 나타나는 현상으로 간주됩니다. 따라서 간단한 화학 반응, 즉 생물발광을 통해 빛을 방출하는 능력은 적어도 50종의 곰팡이, 반딧불, 심지어 무서운 바다 생물에서도 발견됩니다. 이 반응의 도움으로 빛나는 생물은 스스로 많은 이점을 얻습니다. 포식자를 몰아내고, 먹이를 유인하고, 세포에서 산소를 제거하거나, 단순히 바다 깊은 곳의 영원한 어둠 속에서 존재하는 것에 대처합니다.

어떤 식으로든 발광은 삶의 가장 독창적인 도구 중 하나이며, 어둠 속에서 빛을 낼 수 있는 가장 특이하고 이상한 생물의 목록을 여러분께 제시하겠습니다. 이들 종 중 다수는 현재 뉴욕의 미국 자연사 박물관에 전시되어 있습니다.

암컷과 수컷 아귀

지옥오징어

빛나는 해파리

바다나 바다 깊은 곳에서는 찾을 수 없는 독특하고 놀라운 생물이 너무 많습니다. 다음과 같은 녹색테 보라색 생물은 북아메리카 연안의 태평양에 살고 있습니다. 이 해파리는 한 번에 두 가지 유형의 빛을 생성할 수 있습니다. 생물발광은 보라색과 파란색의 빛을 내며 칼슘과 단백질의 화학 반응에 의해 생성됩니다. 그리고 이 반응은 차례로 해파리의 가장자리 주위에 빛을 발생시켜 녹색 형광 단백질을 형성한 다음 녹색 빛을 발합니다. 과학자들은 신체의 과정 시각화를 연구하기 위해 생물의 이러한 특징을 널리 사용합니다.

화주

자연에는 빛나는 바다와 비교할 수 있는 현상이 있다는 것을 아는 사람은 거의 없습니다. 그러나 누구도 자신의 눈으로 바다의 밝고 푸른 네온 파도를 보는 것을 거부하지 않을 것입니다. 문제는 물이 꼬리가 있는 단세포 플랑크톤 생물인 와편모충으로 가득 차 있다는 것입니다. 이 생물은 해안의 인상적인 지역에 분포되어 있습니다. 과학자들은 이 생물들이 우리 행성에 수십억 년 동안 거주해 왔다고 믿으며, 지난 몇 천년 동안 당황한 사람들은 이 현상을 바다 신의 신비한 마법에 기인한다고 생각하는 경향이 있었습니다.

큰 입

먹이를 사냥하기 위해 이 물고기는 먼저 생물발광을 사용하여 코 근처에 붉은색 빛 형태의 형광을 생성한 다음 빨간색 펄스를 방출하여 새우를 감지합니다. 먹이가 발견되면 잠금 해제 신호가 전송되고 턱이 활성화됩니다. 독창적인 포식자는 바다의 다른 많은 주민과 마찬가지로 새우도 적색광을 인식할 수 없다는 사실을 이용합니다.

시스텔라스피스 새우

그러나 모든 새우가 그렇게 유연하고 포식자에게 쉽게 접근할 수 있는 것은 아닙니다. 예를 들어, sistellaspis 새우는 큰입을 포함하여 탁월한 보호 기능을 갖추고 있습니다. 이 새우는 꼬리에서 입 바로 앞에 역겹고 빛나는 액체를 뱉어 포식자를 무장해제시킵니다.

산호벽

케이맨 제도에서 빛나는 산호로 만들어진 1,000피트 높이의 혈액벽이 발견되었습니다. 이 흥미로운 현상은 많은 생물발광 생물이 이곳에서 피난처를 찾았다는 사실 때문에 가능해졌습니다. 많은 스쿠버 다이버들은 산호가 어떻게 붉은 색을 놀라운 녹색 빛으로 바꾸는지 열정적으로 사진을 찍습니다.