Свыше 800 видов различных живых существ, от бактерий и насекомых до акул и кальмаров, способны излучать свет

Коэффициент полезного действия искусственных химических источников света всего пять процентов. А у некоторых живых существ эффективность органов свечения достигает 90 процентов. Ученые ищут способы так же, практически без потерь, трансформировать энергию химических реакций в видимый свет

Химия — и ничего более

Разноцветные светящиеся палочки, часто используемые как украшение на клубных вечеринках, в среде военных, профессиональных спасателей, туристов-любителей, аквалангистов и охотников, высоко ценятся как надежные (до 12 часов непрерывной работы), не требующие батарей, всепогодные источники света.
Пригодные для длительного хранения подобные осветительные устройства активируются простым изгибанием пластикового корпуса, что приводит к разрушению находящейся внутри стеклянной ампулы.
Как результат, химические реагенты, хранившиеся до того раздельно, начинают реагировать между собой, производя по ходу характерное «холодное» свечение, цвет которому дает тот или иной флуоресцентный краситель.
Испускание света в результате химической реакции называется хемилюминесценцией. Впервые в 1669 году его наблюдал немецкий алхимик Хеннинг Брандт, описавший зеленоватое свечение, исходившее от реторты с веществом, которое, как он полагал, было «философским камнем». Последнее на самом деле оказалось не чем иным, как белым фосфором, медленное окисление которого кислородом воздуха, как мы знаем теперь, сопровождается выделением света.
Стоит заметить, что в химии известно множество хемилюминесцентных реакций, однако горение (свечи, дров, газа и т.д.) не является одной из них. В данном случае свет испускают мельчайшие частицы раскаленной сажи, каждая из которых представляет собой своего рода миниатюрную лампу накаливания.
Разработанное первоначально для нужд военно-морского флота США коммерческое использование осветительных палочек началось в начале 1970-х годов.
Химия, лежащая в основе их работы, довольно простая и при желании может быть воспроизведена в рамках школьного проекта или в условиях домашней лаборатории.
В большинстве современных осветительных палочек квантовый выход составляет всего 5%, то есть лишь пять из каждых 100 молекул, участвующих в реакции, испускают в итоге фотоны (свет).
Схожей эффективностью обладают лампы накаливания, в которых также лишь 5-10% электрической энергии трансформируется в видимый свет, в то время как остальное теряется в виде теплового излучения.
Будучи, с точки зрения коммерческого использования, одноразовым продуктом, осветительные палочки, в принципе, могут быть «перезаряжены». Такая энергия ультрафиолетового света может быть «закачана» в молекулу красителя с тем, чтобы высвободить ее затем в виде свечения.

А природное - лучше

В то время как разработанные людьми химические источники света показывают КПД всего 5%, эффективность органов свечения, например, у жуков-светляков достигает 90%. Другими словами, эти насекомые научились практически без каких- либо потерь трансформировать энергию химических реакций в видимый свет.
Способность живых организмов светиться в темноте, называемая биолюминесценцией, является, по сути, частным случаем хемилюминесценции.
Ученые полагают, что до 90% всех глубоководных (глубина ниже 200 метров) морских созданий (рыбы, кальмары, медузы, черви, кораллы и т.д.) могут в той или иной степени генерировать свет.
В то же время у наземных и пресноводных организмов биолюминесценция встречается гораздо реже (отдельные виды грибов, плесени, насекомых, улиток и т.д.), а среди представителей рептилий, земноводных, птиц и млекопитающих это явление пока что не было обнаружено вообще.
В настоящий момент науке известно несколько десятков различных хемилюминесцентных реакций, ответственных за свечение живых организмов.
Подобное многообразие свидетельствует, по мнению ученых, что способность к биолюминесценции большинство таких существ выработали в ходе эволюции самостоятельно, а не наследовали ее от общего для всех прародителя. Хотя детальное изучение механизма подобных реакций не всегда возможно, основы биолюминесценции отдельных видов моллюсков, насекомых, червей довольно хорошо изучены.
Нелишне будет заметить, что, в отличие от тех же осветительных палочек, большинство биолюминесцирующих существ способны управлять и регулировать процессы свечения, уменьшая или увеличивая силу света, испуская прерывистые сигналы и т.д.

Зачем они светятся

Светомаскировка и поиск партнеров для спаривания, введение в заблуждение хищников и приманивание любопытных жертв - вот лишь некоторые примеры того, как биолюминесценция может быть полезна своим хозяевам. Так, крошечные, диаметром в полмиллиметра, динофлагелляты (вид морского планктона), чтобы сбить с толку рыб, способны испускать вспышки света, видимые в воде на расстоянии до 5 метров.
С другой стороны, многие виды рыб, креветок и кальмаров обзавелись светоизлучающими органами, расположенными на брюшке.
Дело в том, что в морских глубинах хищникам проще всего обнаружить жертв, находясь под ними, поскольку те создают отчетливое темное пятно на фоне рассеянного света, исходящего сверху. Подсветка нижней части туловища помогает биолюминесцентным видам избежать подобной демаскировки.
А глубоководные хищные рыбы-удильщики, напротив, трансформировали один из лучей своего спинного плавника в удочку со светящимся «червячком» на конце, при помощи которого они заманивают не в меру любопытную добычу прямо в пасть.
В свою очередь, ученые исследуют возможности практического применения биолюминесценции. Такие, например, как создание светящихся в темноте деревьев, которые заменяли бы собой уличное освещение, или сельскохозяйственных растений, сигнализирующих фермерам о необходимости полива или подкормки.
Между тем такая вещь, как флуоресцирующие домашние животные, доступна уже сегодня. В США официально продаются по цене 19 долларов за штуку генетически модифицированные аквариумные рыбки данио-рерио (торговое название - Глофиш). Доступные в пяти различных цветах (оранжевый, зеленый, голубой, красный и фиолетовый), эти рыбки ярко светятся в темноте под действием ультрафиолетовой лампы.

ЛАМПА-НА-КРОВИ

Английский дизайнер Майк Томпсон использовал в своей работе явление хемилюминесценции, чтобы в очередной раз напомнить о необходимости бережно относиться к электроэнергии.
Спроектированная им одноразовая лампа начинает ярко светиться, лишь когда ее владелец, разбив горлышко и порезав палец об образовавшийся острый край, добавит каплю собственной крови в находящийся внутри раствор.
По словам изобретателя, он хотел заставить людей осознать, что, как потеря крови приводит к смерти человека, так и выключенная лампа или работающий всю ночь телевизор истощают природные ресурсы Земли и ведут, в конечном итоге, к ее гибели.
Объединив свет и кровь, Майк Томпсон создал мощный, хотя и немного пугающий образ. Между тем химия, лежащая в основе подобной лампы-на-крови, давно изучена и хорошо известна. Используемая здесь комбинация - флуоресцентный реагент люминол и окислитель (перекись водорода) - излучает голубое свечение только в присутствии катализатора (какой-либо соли тяжелого металла).
Капля человеческой или куриной крови, содержащей железо в виде гемоглобина, вполне подходит на эту роль, так же как, впрочем, и ржавый гвоздь, щепотка медного купороса или марганцовки.

СОХРАНЁННЫЙ СВЕТ

Для тех, кто боится вида крови, тот же Майк Томпсон в сотрудничестве с итальянским дизайнером Джионато Гатто представили на прошлогоднем международном мебельном салоне в Милане оригинальный светильник ТрепЛайт. Стекло, используемое для его изготовления, содержит специальный фосфоресцирующий пигмент, который в течение дня «заряжается» светом от солнца или других внешних источников света - с тем, чтобы отдать его затем ночью в виде мягкого зеленоватого свечения.
По словам авторов, пребывания светильника ТрепЛайт на протяжении всего 30 минут рядом с обычной лампой (накаливания, светодиодной) достаточно, чтобы дать ему энергии на восемь часов непрерывного свечения.