Флуоресцентная фотография – издание MACNA Часть третья: Почему кораллы флуоресцируют?

В прошлом выпуске “Флуоресцентной фотографии: MACNA Edition я попытался пролить свет на тему флуоресценции кораллов – что это такое, как она проявляется у кораллов и в чем разница между этим явлением и другими формами естественного свечения. В этом эпизоде я хотел бы сосредоточиться исключительно на ответе на вопрос: Почему кораллы флуоресцируют?

Короткий ответ на этот вопрос таков: мы не знаем наверняка. Несмотря на то, что существует ряд достоверных данных, подтверждающих, почему некоторые виды кораллов излучают флуоресцентный свет, возвращаясь к высокоэнергетическому излучению, которое они получают от Солнца, нет единого объяснения, почему флуоресценция возникает у столь широкого круга морских животных. Прежде чем углубиться в эту тему, я должен расширить вопрос и спросить: почему вообще вещи флуоресцируют?

Быстрый взгляд на мир экзотических минералов показывает, что флуоресценция не ограничивается живыми существами. Будучи настолько неживыми, насколько это вообще возможно, некоторые минералы светятся в темноте при освещении ультрафиолетовым светом. Насколько нам известно, минеральные породы не имеют никакого права заявлять о своем присутствии, испуская свет, тем более свет таких фантастических оттенков, которые заставляют их светиться в темноте. Тот факт, что они это делают, связан с наиболее фундаментальным аспектом флуоресценции, который выходит за границы живого и неживого. Нам нужно вернуться к первоначальному вопросу “Что такое флуоресценция?”, который я задал в первой части этой статьи, и погрузиться еще глубже, вплоть до субатомного уровня реальности.

Флуоресценция возникает, когда фотон, “частица света”, взаимодействует с электроном во внешней области атома и передает энергию, которую он несет, заряжая электрон для временного перехода в более высокое энергетическое состояние. Когда электрон “расслабляется” и возвращается в исходное энергетическое состояние, он отдает часть полученной ранее энергии в виде тепла, а остальную часть – в виде нового фотона света. Эта частица света имеет меньшую энергию и, следовательно, большую длину волны. Все вещества реагируют на свет подобным образом, но большинство из них возвращают энергию в виде электромагнитного излучения, которое находится за пределами видимого спектра, или флуоресценция настолько минимальна, что визуально не обнаруживается.

Однако некоторые вещества при возбуждении частицами высокой энергии, такими как ультрафиолетовое излучение, отдают энергию обратно в виде света в видимом спектре. Существует несколько факторов, определяющих способность данного вещества излучать свет в виде флуоресценции: электронные орбитали, разница между возбужденным и основным энергетическим состоянием электрона и другие. Дальше все становится очень техничным, поэтому ради целостности статьи я не буду вдаваться в детали, которые сам едва могу понять. Вместо этого давайте обратимся к минеральным кристаллам – сам по себе минерал не будет флуоресцировать, но некоторые из них содержат как раз нужный тип “примесей”, обычно в виде редкоземельных элементов, катионов металлов и даже структурных дефектов или органических примесей (Флуоресцирующие минералы Узнайте о минералах и горных породах, которые “светятся” под ультрафиолетовым светом Статья: Хобарт М. Кинг, доктор философии, RPG), которые делают их флуоресцентными.

Когда смотришь на флуоресценцию с этой субатомной точки зрения, кажется, что это явление не преследует никакой высшей цели; что это просто случайное свойство, которым наделены некоторые вещества, или даже странный побочный продукт молекул и атомов, реагирующих со светом. А что же тогда кораллы?

Трудно научно расшифровать эту дилемму. Во-первых, не все кораллы флуоресцентны. Вы можете иметь две морфы одного и того же вида, одна из которых будет флуоресцировать зеленым, а другая не будет давать никакого света. Однако существует несколько теорий, некоторые из которых подкреплены полевыми наблюдениями, которые могут объяснить, почему некоторые кораллы флуоресцируют. Та, которая наиболее часто повторяется в статьях, которые я читал, гласит, что кораллы вырабатывают флуоресцентные белки в своих тканях, чтобы вредное ультрафиолетовое излучение солнца не достигало и не разрушало водоросли зооксантеллы, с которыми они живут в симбиозе, – как естественный солнцезащитный крем коралла. Это объяснение подходит для обитающих на мелководье видов, но некоторые глубоководные кораллы, испытывающие недостаток света, также могут похвастаться умопомрачительной флуоресценцией.

Согласно исследованию 2017 года Эдварда Г. Смита, Сесилии Д’Анджело, Йони Шарона, Дэна Чернова и Йорга Виденманна, опубликованному в The Royal Society Publishing, , глубоководные кораллы, страдающие от дефицита света (на эти глубины попадают только волны синей части спектра), могут использовать флуоресценцию как инструмент для преобразования синего света в оранжево-красный. Однако, как мы, аквариумисты, знаем, что фотосинтезирующие кораллы без проблем используют синий свет для фотосинтеза. Зачем кораллам преобразовывать синий свет в оранжево-красный, если зооксантеллы используют в основном первый? Ученые предполагают, что это стратегия использования кораллами как можно большего количества световой энергии – в то время как синий свет отлично проникает в соленую воду и используется для фотосинтеза, именно красные и оранжевые длины волн более эффективно проникают в ткани кораллов. Поэтому флуоресцентные глубоководные кораллы используют этот трюк, чтобы собрать максимальное количество света для своих водорослей и преобразовать его в живительные сахара.

Интересная идея, но жюри еще не определилось – некоторые ученые утверждают, что мы слишком много внимания уделяем флуоресценции кораллов как некой функции, которую кораллы используют в своих интересах, в то время как на самом деле флуоресценция может быть лишь побочным продуктом “сбора света”, которым занимаются зооксантеллы. Так или иначе, это увлекательная тема, и мы можем только надеяться на финансирование дальнейших исследований, чтобы однажды получить окончательный ответ на вопрос о роли флуоресценции в кораллах.

Нам осталось ответить на последний вопрос: как лучше всего фотографировать флуоресценцию кораллов? Пожалуйста, присоединяйтесь ко мне в последнем эпизоде “Фотографирование флуоресценции – выпуск MACNA”, чтобы узнать, как я это делаю. Я обещаю, что фотографий будет больше.

Source: reefs.com