Nya Zeeland' s Waitomo Cave är upplyst av ett konstigt ljus

år 1888 den lokala Maori hövding av Kawhia stammen, en man vid namn Tane Tinorau, beslutat att leda ett krig parti och attackera en annan stam i Waikoto regionen Nya Zeelands Nordön.

efter att ha lyckats erövra den andra klanen skickades en jägare för att hitta mat. Han snubblade över ingången till ett nätverk av grottor. Chief Tinorau var den första som utforskade grottorna i detalj, flytande på en flotte gjord av linblomstjälkar med bara en brinnande fackla för att vägleda vägen.

men hans fackla var inte det enda ljuset i grottan. Ovanför hans huvud blinkade grotttaket som natthimlen. Det fanns tusentals små insekter fästa vid berget, var och en flimrande i mörkret. Den vackra effekten har fått grottorna sitt namn: Waitomo Glowworm Caves.

de är bara en miljö där du kan hitta varelser av ljus – en av de många arter som kan avge en ljus glöd för att fånga byte, undvika rovdjur, även för att hitta en kompis. Dessa glödande varelser är en av naturens mest kända sevärdheter, men i vissa fall börjar vi bara förstå dem.

Waitomo Cave glowworms är inte maskar alls. De är larverna av svampgnattor: små, känsliga flugor som matar på svampar. Så snart larverna kläcks börjar de snurra klibbiga webbsträngar från grottlocket. De silkeslena trådarna har inspirerat insekternas latinska namn: Arachnocampa luminosa, som direkt översätts som “glödande spindelmask”.

bioluminescens har utvecklats separat minst 50 gånger

glödmaskarna släpper kulor av klibbigt slem längs webbfibrerna, vilket gör att de ser ut som glaspärlhalsband som hänger som fiskelinjer från taket. De hänger sedan från de silkeslena trådarna och sitter och väntar. En orb-liknande körtel i svansarna producerar det spöklika blå ljuset: ljuset lyser bokstavligen ut ur baksidorna.

de andra insekterna som lever i grottans kolsvarta kan inte se glödmaskens klibbiga fälla – men de kan se det blå ljuset. Attraheras som moths till en flamma, de flyger uppåt-bara för att bli insnärjda. Allt som sedan lämnas för den hungriga gnat att göra är att rulla i linjen och sluka sitt byte levande.

glödmaskarna är skickliga på att leva i mörkret. Liksom Waitomo grottor, de kan också hittas gömmer sig i mörka, fuktiga skog skärmtak. De använder en kemisk reaktion i sina kroppar för att skapa ljus: en process som kallas bioluminescens.

de är långt ifrån ensamma i att generera ljus på detta sätt. Bioluminescens har utvecklats separat minst 50 gånger. Kunskapen är spridd genom livets träd, som förekommer i insekter, fiskar, maneter, bakterier och till och med svampar.

även om dessa organismer kan vara påfallande olika från varandra – det är miljarder år sedan några av dem senast delade en gemensam förfader – är den kemiska reaktionen som är ansvarig för att producera ljus anmärkningsvärt lika i bioluminescerande organismer.

i varje fall utnyttjar djuret, svamparna eller bakterierna den reaktiva naturen hos syre, som vill kombinera med andra element i en process som kallas oxidation. Syre binder till en kemikalie som kallas luciferin och genomgår en kemisk reaktion, hjälpt av ett enzym som kallas luciferas.

en orb-liknande körtel i deras svansar producerar det spöklika blå ljuset

den högenergiförening som bildas bryts sedan ner och släpper ut tillräckligt med energi för att excitera elektroner i atomer så att de hoppar längre bort från kärnan. När de slappnar av tillbaka till var de var, utvisas en foton och energi i form av synligt ljus släpps.

även om alla bioluminescerande varelser använder ungefär samma reaktion, varierar den exakta naturen och strukturen hos luciferin och luciferas dramatiskt mellan olika arter.

när det gäller Waitomo Cave glowworms har forskare bara börjat studera hur larverna producerar ljus. Den första studien publicerades 2015. Forskarna upptäckte en anmärkningsvärd likhet med kanske den mest kända av alla bioluminescerande djur: eldflugan.

forskare hade ingen anledning att misstänka att Waitomo glowworm bioluminescens skulle vara något som firefly-versionen. För en sak, när du blandar firefly luciferin med Waitomo glowworm luciferase produceras inget ljus.

det finns ett enormt evolutionärt avstånd mellan glödmaskar och eldflugor

glödmasken använder också en ovanlig del av kroppen för att göra ljusorgan som kallas malphighian tubuler som utgör en del av insektens utsöndringssystem. Det är lite som att människor gör ljus från sina njurar. Inga andra bioluminescerande insekter är kända för att göra detta.

för att undersöka vidare isolerade forskare vid University of Otago i Nya Zeeland gener från glödmaskarnas malfigiska tubuler och såg vilka som var ovanligt aktiva jämfört med genaktivitet någon annanstans i insekternas kroppar.

anmärkningsvärt, tre av de mest aktiva generna kodade för proteiner som liknade firefly luciferas. Detta är konstigt eftersom, även om de två arterna är båda insekter, finns det ett enormt evolutionärt avstånd mellan glödmaskar och eldflugor. En är en fluga och den andra en skalbagge. För att hitta en gemensam förfader för de två organismerna måste du gå tillbaka 330 miljoner år.

det är nästan omöjligt att en gemensam förfader överförde bioluminescensgenerna till båda buggarna, eftersom majoriteten av andra insekter som utvecklats från samma förfader inte lyser i mörkret. Istället kan de två luciferaserna ha utvecklats oberoende av ett vanligt enzym som ärvt från en förfader för länge sedan.

“de två insekterna är evolutionärt tillräckligt långt borta för att vi förväntade oss en unik kemi från glödmask”, säger Kurt Krause, en av forskarna som studerade glödmask. “Det ser ut som luciferin är helt annorlunda än firefly, men enzymet luciferas har många liknande egenskaper.”

naturen har kommit på olika sätt att lösa problemet med att göra ljus

det är en ovanlig upptäckt, med tanke på att forskare vet att andra bioluminescerande organismer använder alla möjliga olika kemikalier för att producera en glöd. Järnvägsmasken, som inte heller är en mask utan en skalbaggs larva, använder två olika luciferaser för att producera två separata färger – rött och grönt som ett trafikljus. Encelliga plankton kallas dinoflagellater göra sin egen luciferin, som är kemiskt mycket lik den gröna kemiska klorofyll som finns i växter.

vissa bioluminescerande djur stjäl deras luciferin från andra varelser, vilket effektivt får andra att göra sitt ljus för dem.

den hawaiiska bobtail bläckfisken utnyttjar till exempel den lysande naturen hos Vibrio fischeri-bakterier. Bakterierna producerar inte ljus när de själva flyter i havet, men när de införlivas i bläckfiskens ljusorgan börjar de lysa ett svagt blått ljus. Förhållandet är ömsesidigt fördelaktigt eftersom bakterierna i utbyte mot att producera ljus får en stadig ström av näringsämnen.

“om du tittar på luciferins kemi, även om molekylärt syre alltid utlöser den glödande reaktionen, är de faktiska kemiska luciferinerna som används i reaktionen väldigt olika”, säger Krause. “Naturen har kommit på olika sätt att lösa problemet med att göra ljus.”

hur exakt uppstod denna ljusgenererande förmåga i första hand? En teori är att luciferiner först utvecklades som antioxidanter.

på den tidiga jorden, innan vår planet hade en riktig atmosfär, bombades livsformer med UV-strålning från solen. Denna strålning skulle ha brutit isär vatten och släppt en skadlig reaktiv form av syre som skadar celler. Livet svarade genom att producera antioxidanter-kemikalier som kan torka upp detta farliga syre.

mellan 80 och 90% av de arter som lever 700m eller mer under havsnivån kan producera sitt eget ljus

gradvis förändrades jordens atmosfär. Syrehalten steg, vilket innebar att mer var tillgängligt för att lösa upp i oceanerna och organismer kunde börja utforska djupare nivåer av havet och fortfarande få det syre de behövde för att överleva. Men lite av de skadliga UV-ljusfiltrerna ner genom vattenkolonnen, så antioxidanterna som producerades av dessa djupboende organismer var ute av ett jobb.

Evolution svarade som det alltid gör: det improviserade, hitta en ny roll för antioxidanterna.

eftersom det var lite ljus på djupet behövde arter ett sätt att hitta mat och kompisar. Genom att utnyttja det faktum att antioxidanterna redan hade utvecklats för att interagera med syre, valde evolutionen gradvis för versioner som genererar ljus som en del av den interaktionen. Bioluminescens utvecklades-och det visade sig vara en så användbar innovation att den, som ordspråket säger, spred sig som en löpeld.

faktum är att mellan 80 och 90% av de arter som lever 700m (2,297 fot) eller mer under havsnivån kan producera sitt eget ljus.

även på de mörkaste platserna har många djur ögon som anstränger sig för att fånga den svagaste Glimmen, och det verkar som om vissa djur har utvecklat bioluminescens för att försöka locka uppmärksamheten.

i vissa fall kan en kropp som tänds faktiskt göra dig mindre sannolikt att ses

den skrämmande utseende marulk, till exempel, har ett spjutliknande bihang som det lyser upp som en fyr. Fisken simmar in för en närmare titt och rippas sönder av fiskfiskens monströsa käkar.

Eldflugor, å andra sidan, använder ljus för att locka en kompis snarare än en måltid. I vissa arter avger hanarna ett specifikt mönster som berättar för kvinnor att de är intresserade av parning.

men varelser av ljus har inte alltid attraktion i sina sinnen. Vissa genererar ljus för att distrahera uppmärksamhet – eller till och med för att undvika oönskad granskning helt. I vissa fall kan en kropp som tänds faktiskt göra dig mindre sannolikt att ses.

de glittrande ljusen från den ovannämnda hawaiiska bobtail-bläckfisken gör det möjligt att kamouflera sig själv, eftersom ljuset efterliknar det för det dapplade ljuset som filtrerar ner vattenkolonnen från ytan. Rovdjur, inklusive hajar, jagar ofta underifrån genom att leta efter silhuetter i vattnet där ett djur blockerar solljuset som filtreras igenom. Att använda bioluminescens som en form av motbelysning kan omintetgöra dessa attacker genom att göra djuret lika ljust som det omgivande vattnet.

Hatchetfish använder också detta tillvägagångssätt. De har ljusemitterande organ som pekar nedåt från magen. De kan finjustera mängden ljus de gör så att det matchar det som kommer från himlen, vilket gör dem nästan osynliga för rovdjur nedan.

rovdjur, inklusive hajar, jagar ofta underifrån genom att leta efter silhuetter i vattnet

förutom kamouflage kan Djur använda blinkande ljus för att skrämma och förvirra sina fiender och köpa dem dyrbar tid att fly. Vampyr bläckfisk lever djupt ner i djupet av havet. Om de attackeras sprutar de en glöd-i-mörkret slem på deras angripare.

spröda stjärnor, en nära släkting till sjöstjärnor, har också ett unikt och sly sätt att lura rovdjur. De kan lossa en av sina självlysande armar så att rovdjuret jagar efter armen istället för den spröda stjärnans huvudkropp. Senare kan de åter växa sin appendage.

vissa arter av sjögurka – en annan sjöstjärna släkting – är ännu fräckare och kan vidarebefordra sina glödande kroppsdelar till passerande fisk. Rovdjuret jagar sedan efter fisken medan havsgurkan flyr.

andra varelser kan överlista sina rovdjur. De använder bioluminescens för att locka djur som kommer att attackera och äta dessa jägare.

Dinoflagellate plankton faller i denna kategori. De producerar bländande skärmar av blått ljus på natten. Ljuset varnar djur högre upp i livsmedelskedjan, som lockas av utsikterna att fånga och äta ett av djuren som betar på plankton.

spröda stjärnor kan lossa en av sina självlysande armar så att rovdjuret jagar efter armen istället för huvudkroppen

så hur vet djur att ljuset de gör kommer att locka rätt typ av uppmärksamhet? Om ljus både kan skrämma eller locka, locka eller distrahera, vill du se till att du har rätt effekt på byte, kompisar eller rovdjur.

en teori är att organismer i allmänhet lockas av en glöd, men rädd eller avledas av korta och ljusa blixtar. Till exempel, när den kvinnliga Waitomo glowworm fly kommer ut ur hennes kokong hon avger en stadig glöd. Hon är snabbt omgiven av män som vill para sig med henne.

den stadiga glöden är också användbar när det gäller att locka insekter till en måltid. Det är denna effekt som får taket på deras grottor att blinka som natthimlen – fängslande mänsklig uppmärksamhet ända sedan Chief Tinorau först bevittnade skådespelet för 130 år sedan.

gå med i över fem miljoner BBC Earth-fans genom att gilla oss på Facebook, eller följ oss på Twitter och Instagram.

om du gillade den här historien, registrera dig för veckan bbc.com har nyhetsbrev som heter”Om du bara läser 6 Saker den här veckan”. Ett handplockat urval av berättelser från BBC Future, Earth, Culture, Capital, Travel och Autos, levereras till din inkorg varje fredag.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.

Back to Top