Насколько мне известно, на Земле нет ни одного растения, которое (в природе) излучало бы какую-либо люминесценцию. Но это видно в научно-фантастических мирах, особенно в Аватаре.
С эволюционной точки зрения, какая польза для растения от биолюминесценции?
Легко думать, что эволюция связана только с выгодами, но для того, чтобы что-то полезное было естественным образом выбрано, оно должно сначала возникнуть спонтанно. Тот факт, что растения до сих пор не развили биолюминесценцию, не указывает на отсутствие пользы. Это просто означает, что они не наткнулись на способ сделать это.
Некоторые биолюминесцентные организмы не получают никакой очевидной пользы от своего света. Для некоторых это, по-видимому, скорее побочный эффект, чем полезная черта — интересная для нас, но не имеющая значения для них. Например , иногда предполагается, что биолюминесцентные грибы используют свет для привлечения травоядных к плодовым телам, а в других случаях предполагается, что они используют свет для отпугивания травоядных от мицелия, причем эти явно противоречивые гипотезы кажутся несколько неубедительными. Однако химическое вещество, используемое для получения люминесценции, окисляется, что означает, что оно действует как антиоксидант. На связанной странице о биолюминесцентных грибах упоминается исследование, предполагающее, что производство химического вещества связано с метаболизмом и что оно может обеспечить:
антиоксидантная защита от потенциально повреждающего действия активных форм кислорода, образующихся при гниении древесины
Таким образом, тот факт, что люди чувствительны к определенному излучаемому свету, может не иметь отношения к пользе, которую он дает в качестве антиоксиданта. Как указывает octern в комментариях к этому ответу, такие побочные продукты, независимые от естественного отбора, называются spandrel .
Если вы хотите населить мир светящимися растениями и витиеватыми световыми узорами, они могут не обязательно иметь от этого какую-то пользу — было бы совершенно реалистично, если бы такие растения возникли чисто случайно. Свет может возникать и сохраняться без нужды в пользе. Узоры также могут возникать без какой-либо пользы, как это видно из различных рисунков жилок листа (здесь узор выгоден тем, что он эффективен, но его эстетическая привлекательность второстепенна, а не связана с какой-либо визуальной выгодой).
Может случиться так, что растение выработает полезный химический процесс, в котором люминесцентное химическое вещество является неиспользованным побочным продуктом. Это может быть более сконцентрировано в жилках, показывая структуру жилок в светящихся деталях через полупрозрачную мембрану листа. В качестве альтернативы люминесцентное химическое вещество может быть побочным продуктом производства гормона. Если гормон стимулирует рост, то те части растения, которые в настоящее время растут быстрее всего, будут светиться ярче, показывая закономерности роста, как на картинке в учебнике. Если гормон способствует цветению, то это могут быть только новые бутоны, которые ярко светятся, с быстро угасающим свечением вдоль ведущих к ним стеблей.
Некоторые растения выделяют химические вещества в ответ на повреждение. Если это будет связано с люминесцентным побочным продуктом, результатом могут быть листья, которые слабо светятся, когда их сгибают или рвут, и сияют ярче, когда их раздавливают или измельчают.
Вы можете найти множество примеров преимуществ свечения, взглянув на известные нам примеры, и, несомненно, есть много других возможных преимуществ, примеров которых у нас нет. Однако я хотел подчеркнуть, насколько многое возможно даже без какой-либо пользы. Богатое разнообразие жизни обусловлено этой тенденцией разветвляться и находить новые формы, даже если они не приносят немедленной пользы. Иногда полезная черта возможна только из-за ряда нейтральных изменений, которые произошли раньше. Иногда черта, которую мы находим полезной или красивой, не приносит никакой пользы организму, в котором мы ее находим. Я нахожу этот факт сам по себе красивым.
Идя в противоположном направлении, светящаяся лесная сцена в вымышленном мире может быть результатом биолюминесцентных паразитов и инфекций, которые жители считают магическими, но на самом деле это признак плохого здоровья леса и никоим образом не полезный.
На странице Википедии, посвященной биолюминесценции , перечислены известные преимущества для существующих организмов. Ни один из этих организмов не является растением, но я рассмотрю некоторые из них с точки зрения их потенциальной полезности для растений.
Некоторые глубоководные рыбы светятся снизу, так что хищники под ними не могут выловить их из-за равномерного свечения света, льющегося с неба. Я представлял себе наземные растения, но есть, конечно, и океанские растения. Однако их нет в глубоком океане, где уровень освещенности достаточно низок, чтобы сделать этот подход практичным, поэтому это преимущество вряд ли применимо к растениям.
Опять же, примеры из реального мира основаны на океане — хищники имитируют гораздо меньших существ, чтобы привлечь добычу, но наземные растения могут использовать биолюминесценцию для имитации по причинам, отличным от охоты. Есть растения, у которых цветы напоминают насекомых, так что насекомые, пытающиеся спариться с цветком, непреднамеренно распространяют пыльцу. Есть также насекомые, которые используют биолюминесценцию для привлечения партнера. Таким образом, было бы возможно, чтобы растение, которое могло светиться, имитировало светящееся насекомое, чтобы способствовать опылению.
Помимо имитации насекомых для привлечения опылителей, свечение также может быть полезным просто для привлечения опылителей без обмана. Образцы люминесценции могут сообщать насекомым точно так же, как цвет и запах указывают насекомым, что нектар имеется в существующих растениях.
Есть кальмары, которые выпускают биолюминесцентные смеси вместо чернил, используя свет вместо темноты для отвлечения внимания и укрытия. У растения могут быть листья, которые светятся, если их потревожить (возможно, первоначально они развились как реакция на повреждение, но затем усиливаются с течением поколений, поскольку вызванное отвлечение приносит пользу). Маленьким животным-жертвам может быть полезно иметь колеблющуюся массу светящихся листьев, создающую отвлекающее укрытие, когда они бросаются в подлесок, чтобы уклониться от хищника. Хотя это не приносит непосредственной пользы растению, то, что это обычный путь бегства для мелких животных, вероятно, приведет к тому, что районы вокруг таких растений будут чаще посещать как хищники, так и добыча, что приведет к большей дефекации с выгодой для более плодородной почвы. .
Некоторые животные светятся, чтобы отличить себя от ядовитых. Растения уже используют яркие цвета, чтобы сделать свои плоды различимыми, чтобы животные могли узнать, какие фрукты безопасно есть. Светящиеся фрукты могут обеспечить аналогичное преимущество, гарантируя, что большинство фруктов будут съедены животными, которые выживут и распространят семена. Свечение также можно использовать для обозначения зрелости, чтобы незрелые фрукты не были съедены преждевременно.
Некоторые растения реагируют на поедание их листьев, выделяя химические вещества с неприятным вкусом, так что пасущиеся животные переходят на другие растения. Свечение потенциально может сопровождать этот неприятный вкус, чтобы подчеркнуть, когда эффект начался, чтобы животные могли избегать растения.
Конечно, все эти предупреждающие подходы будут работать только ночью, и поэтому, скорее всего, они будут развиваться вместе с цветовыми узорами, которые выполняют аналогичную функцию при дневном свете.
Хищники, использующие биолюминесценцию, водятся в океанских глубинах, но вполне возможно представить биолюминесцентное насекомоядное растение. Подобно мимикрии светящихся насекомых в целях опыления, кувшин, венерина мухоловка или росянка могут привлекать насекомых с помощью света. Это может быть либо имитация насекомого для привлечения партнера, либо просто использование свечения для привлечения ночных насекомых, например, лампы.
Черная рыба-дракон обитает на глубинах океана, куда не может проникнуть красный свет, поэтому красные существа кажутся черными и практически невидимы в темноте глубин. Светясь красным, он может освещать добычу, которую не видят другие хищники. В качестве дополнительного бонуса большинство существ на такой глубине не видят красный свет, поэтому добыча не встревожена свечением. Растения на суше живут в среде, которая позволяет беспрепятственно проходить большинству длин волн света, а также с дневными и ночными источниками света с широким спектром, поэтому такое ограничение одним цветом вряд ли даст аналогичное преимущество.
Общее освещение может иметь преимущества, просто повышая активность животных и различные связанные с этим преимущества, описанные выше. Существует возможность развития способности светиться цветом, видимым только для некоторых животных, но вероятность будет ниже, поскольку у наземных существ гораздо больше совпадений в обнаружении света. Например, красные ягоды легко отличить от зеленых незрелых ягод для существ, которые могут отличить красный цвет от зеленого (таких как насекомые, птицы и люди), но для существ, которые не могут отличить красный цвет от зеленого (большинство млекопитающих), спелые ягоды не выделяются. Тем не менее, даже существа, которые видят красный и зеленый как один и тот же цвет, все равно могут видеть оба — они обнаружат свечение, будь то красное или зеленое, они просто не смогут отличить их друг от друга. Ультрафиолетовое свечение было бы совершенно невидимым для некоторых существ (а не просто неразличимым цветом). Большинство млекопитающих не видят ультрафиолет, тогда как многие птицы видят.
Способность производить свечение, которое могут видеть только некоторые существа, может иметь преимущества для растения. Например, возможность заставить светиться поврежденные листья может привлечь внимание птиц или лягушек, которые могут съесть ответственных за это личинок насекомых. Свечение может быть видно даже сквозь полупрозрачную кожу личинок, так что те, кто съест защищенное растение, будут светиться и быть хорошо видны хищникам. Этот эффект может быть наиболее сильным, если свечение имеет цвет, который личинки не видят, так что они не получают предупреждения и остаются на открытом воздухе, не осознавая, что они внезапно стали намного более заметными.
Самый простой ответ был бы, если бы это привлекало жуков. Многие цветы имеют яркую окраску или привлекательный запах, чтобы их опыляли пчелы и другие насекомые. Возможно, в другом мире биолюминесцентные вещества помогают растениям оплодотворяться.
В том же духе биолюминесцентные вещества могут отталкивать хищников, либо они чувствительны к свету, либо химическая реакция биолюминесцентных веществ ядовита или разрушительна для них.
Нил Слейтер
Шераф
Дэйв Халсолл
Шераф