Động Vật Hoang Dã Sinh Học

Phát quang sinh học: Ánh sáng tốt hơn nhiều, xuống nơi ẩm ướt hơn | Khoa học

Bề mặt, bề mặt, đây là Triton.

Từ câu chuyện này

[×] ĐÓNG



Một con cá cần câu lưng gù với cần câu và mồi nhử phát quang sinh học. Động vật biển tỏa sáng để bắt lấy bữa ăn, thu hút bạn tình và ngăn cản những kẻ tấn công.(Norbert Wu / Minden Pictures / Corbis)



Sứa phát sáng theo dòng chảy ở Vịnh Maine và biển Weddell.(David Shale / NPL / All Pictures / Ingo Arndt / All Pictures)

Hình vẽ ma quái của một con mực đom đóm Nhật Bản.(Michael Ready / Visuals Unlimited / Getty Images)



Một con mực vằn ở Biển Nhật Bản.(Dante Fenolio / Các nhà nghiên cứu hình ảnh / Getty Images)

Một cây bút biển, một sinh vật thuộc địa như san hô mềm, gần Indonesia.(Patricia Danna / Động vật Động vật / Cảnh trái đất)

Một con viperfish sẵn sàng tấn công một con tôm biển sâu.( Edith Widder, ORCA )



Một con tôm biển sâu phun ra vật liệu phát quang sinh học để cản trở cá viperfish.( Edith Widder, ORCA )

Widder nói (trong phòng thí nghiệm ở Florida của cô ấy với một bình tảo hai roi), phát quang sinh học là quy luật chứ không phải là ngoại lệ.(Bob Croslin)

Cuối cùng, con kraken đã bị bắt: Widder đã làm việc với các nhà khoa học vào mùa hè năm ngoái để có được video đầu tiên về một con mực khổng lồ trong tự nhiên.(NHK / NEP / Discovery Channel / AP Hình ảnh)

Widder hiện sử dụng phát quang sinh học (sinh vật phù du trên một bãi biển ở Maldives) để theo dõi sức khỏe đại dương. Cô ấy nói đèn mờ là một dấu hiệu xấu.(Doug Perrine / NPL / Tất cả ảnh)

Cá rồng không phát quang sinh học.(Tom Smoyer, HBOI)

Cá rồng phát quang sinh học.( Edith Widder, ORCA )

Sứa Atolla vanhoeffeni.( Edith Widder, ORCA )

Sứa Atolla vanhoeffeni phát quang sinh học.( Edith Widder, ORCA )

Sứa tía tô.( Edith Widder, ORCA )

Sứa tía tô phát quang sinh học.( Edith Widder, ORCA )

Triển lãm ảnh

Quả cầu acrylic lơ lửng như bong bóng xà phòng trong sóng biển, và tôi chui qua cửa sập nhỏ giọt vào chỗ ngồi bên cạnh nhà thám hiểm đại dương nổi tiếng Edith Widder.

Chúng tôi đang lái thử một chiếc tàu ngầm ba người mới ở vùng biển đầy gió ngoài khơi đảo Grand Bahama. Bất chấp những cơn gió dữ dội bên ngoài, Widder vẫn thanh thản.

Bề mặt, bề mặt, đây là Triton, phi công của chúng tôi nói. Cửa hầm của tôi được bảo mật. Hệ thống hỗ trợ sự sống của tôi đang chạy.

Bạn đã sẵn sàng để lặn, một giọng nói tĩnh lặng trả lời.

OK, mọi người, chúng ta bắt đầu.

Chúng ta chìm.

Widder nghiên cứu ánh sáng dưới nước. Từ vi khuẩn đến hải sâm, tôm và cá, và thậm chí một số loài cá mập, hơn 50% động vật dưới đáy đại dương sử dụng ánh sáng để kêu và tán tỉnh và đánh nhau. Họ mang theo những ngọn đuốc phát sáng trên đầu. Họ nôn ra độ sáng. Họ bôi nhọ ánh sáng vào kẻ thù của họ. Widder tin rằng phát quang sinh học là ngôn ngữ phổ biến nhất và hùng hồn nhất trên trái đất và nó cung cấp thông tin cho các lĩnh vực từ y sinh học đến chiến tranh hiện đại đến khám phá biển sâu. Gần đây nhất, trong một chuyến đi lịch sử ngoài khơi Nhật Bản, cô đã sử dụng thủ thuật túi phát quang sinh học của mình để triệu hồi sinh vật biển huyền thoại nhất trong tất cả: con mực khổng lồ.

Ngày nay, chúng ta hy vọng sẽ được nhìn thấy các loài động vật giáp xác phát quang sinh học có kích thước bằng hạt giống xuất hiện từ các thảm cỏ biển nông và các rạn san hô khoảng 15 phút sau khi mặt trời lặn để đưa vào một trong những màn trình diễn ánh sáng tinh vi nhất trong tự nhiên. Những con đực để lại những đốm màu của chất nhầy và hóa chất tỏa ra đằng sau chúng, chúng lơ lửng như hình elip phát sáng. Khoảng cách của các dấu chấm là đặc trưng cho loài, Widder giải thích. Một con cái biết rằng nếu cô ấy đi đến cuối sợi dây bên phải, cô ấy sẽ tìm thấy một con đực cùng loài mà cô ấy có thể giao phối. Sự quyến rũ phát sáng này được gọi là hiện tượng chuỗi ngọc trai.

Cách bề mặt 60 feet, phi công lái về phía mê cung đá vôi ngoằn ngoèo của một rạn san hô. Một con cá nhồng ba chân cho chúng ta nhãn cầu đầy lông. Một con cá sư tử nổi bật trong ánh đèn của chúng ta. (Vì nó là loài xâm lấn, Widder trừng mắt nhìn lại.) Con tàu phụ nhảy lên giữa bãi đáp cát trắng mềm. Chúng tôi thấy cá hồng heo và sứa lộn ngược và một con hải sâm sọc. Những miếng bọt biển lộng lẫy giống như những chiếc cốc đựng trứng, quả bóng gôn và quân cờ. Hầu hết các màu sắc rực rỡ: Có san hô sorbet, mảng tảo lục bảo, hoa oải hương, chuối và hoa hồng. Cá lướt qua trong đào và bạch kim.

Nhưng bây giờ đã là buổi chiều muộn, và những sắc thái chói lọi này sẽ không tồn tại lâu. Khi bóng tối bắt đầu phủ xuống Bahamas, cầu vồng của rạn san hô mờ dần. Mặt nước trông có vẻ đầy khói xám. Widder nói rằng chúng tôi đã mất màu đỏ và cam khi người phụ lao qua màn sương mù đột ngột. Bạn vẫn có thể nhìn thấy màu vàng, sau đó màu đó biến mất, sau đó bạn mất màu xanh lục. Chẳng bao lâu, tất cả những gì bạn còn lại là màu xanh lam. (Hầu hết tất cả các sinh vật phát quang sinh học đều tạo ra ánh sáng xanh: Các bước sóng ngắn của nó xuyên qua xa nhất trong nước biển.) Một số loài động vật phát triển tích cực hơn khi bóng tối phủ xuống. Sâu trong các khoang của rạn san hô đã chai sạn, những con cá đói đang cựa quậy.

Sau đó, cuộc tìm kiếm của chúng tôi bị cắt ngắn bởi một giọng nói khàn khàn trên đài phát thanh, triệu tập chúng tôi trở lại mặt nước vì thời tiết xấu, và chúng tôi không còn lựa chọn nào khác.

Ngay cả khi chúng tôi leo về phía mặt trời lặn, Widder vẫn tiếp tục ngửa cổ, nhìn phía trên và phía sau. Nhiều khám phá xảy ra chỉ bằng cách bắt gặp thứ gì đó từ góc nhìn của mắt bạn, cô ấy nói. Cô ấy kể cho chúng ta nghe về William Beebe, nhà tự nhiên học và nhà thám hiểm đầu thế kỷ 20 và là anh hùng cá nhân của cô ấy, người đã xuống trong một bầu khí quyển bằng thép và là người đầu tiên quan sát các loài động vật biển sâu trong tự nhiên, bao gồm cả những sinh vật phải là sinh vật phát quang sinh học. bùng nổ trong một ngọn lửa chất lỏng phun ra. Vì anh ta tuyên bố nhìn thấy rất nhiều động vật trong thời gian ngắn, các nhà khoa học sau đó đã đặt câu hỏi về phát hiện của anh ta. Tôi tin rằng anh ấy đã nhìn thấy những gì anh ấy nói rằng anh ấy đã thấy, Widder nói. Và cô ấy đã thấy nhiều hơn thế.

***

Bữa tiệc nơi tôi gặp Widder lần đầu tiên là tại một ngôi nhà ở Bãi biển Vero, Florida. Bên ngoài được trang trí bằng đèn màu xanh lam và bên trong là ánh đèn pha trà, đèn laze màu xanh lam và đồ uống rượu rum rực lửa. Đằng sau quầy bar, một nhà sinh vật học trộn Manhattan bằng ánh sáng đen. (Có nhiều lời phàn nàn rằng anh ta quá chính xác với phép đo rượu whisky). sơn tối.

Cao chưa đầy năm mét nhưng sở hữu đám đông, Widder là một người sáng chói thực sự đêm nay. Cô mặc một chiếc áo gi lê nạm lấp lánh màu xanh lam và một chiếc mũ đội đầu bằng que phát sáng. Mồi câu cá sáng màu tô điểm cho mái tóc đã cắt của cô ấy. Trong kiểu thức dậy nực cười này, bằng cách nào đó, cô ấy xuất hiện một cách hoàn hảo. Cô đã có 30 năm hoạt động trong lĩnh vực biển sâu của mình, đã khám phá các vùng biển ngoài khơi các bờ biển của Châu Phi, Hawaii và Anh, từ Biển Tây Alboran đến Biển Cortez đến Bờ biển Nam Đại Tây Dương. Cô ấy đã hỏi ý kiến ​​Fidel Castro về cách tốt nhất để chế biến tôm hùm (theo ý kiến ​​của ông ấy không phải với rượu). Cô đã ra khơi cùng Leonardo DiCaprio và Daryl Hannah cho một sự kiện cứu người nổi tiếng. Nhưng trong phần lớn sự nghiệp của mình, cô ấy là người khác thường trên tàu: Nhiều tàu nghiên cứu mà cô ấy thường lui tới trong những ngày đầu tiên chỉ chở đàn ông. Muối già thích thú khi thấy cô ấy có thể thắt một cái nơ. Và một số nhà khoa học đã không nhận ra trong nhiều năm rằng E. A. Widder, người đã xuất bản với tần suất khủng khiếp và được hoan nghênh nhiệt liệt, lại là một phụ nữ trẻ.

Nhóm là người gây quỹ cho tổ chức phi lợi nhuận của cô, Hiệp hội Bảo tồn và Nghiên cứu Đại dương (ORCA), có trụ sở tại Fort Pierce gần đó. Nhiệm vụ của ORCA là giám sát ô nhiễm ven biển, đặc biệt là ở Đầm phá sông Ấn. Widder cố kìm nước mắt trong khi cô kể với đám đông về những con cá heo chết vì ô nhiễm ở vùng nước ngay bên ngoài cửa. Cá đối xuất hiện với các vết bệnh, lợn biển mọc các khối u. Widder cũng lo lắng về những tác động đối với sức khỏe con người.

Khi tôi bắt đầu ORCA, đó là về việc bảo vệ đại dương mà tôi yêu thích, cô ấy nói. Nhưng nó cũng là để bảo vệ chính chúng ta.

Sáng hôm sau, Widder và tôi gặp nhau tại trụ sở ORCA, một tòa nhà cũ của Cảnh sát biển với mái nhà màu hồng. Trên giá sách chật chội của Widder, hai bức ảnh đối diện nhau. Một bức cho thấy mẹ của cô, một người con của nông dân trồng lúa mì Canada, đang điều khiển một đội gồm bốn con ngựa băng qua thảo nguyên Saskatchewan. Mẹ cô là một nhà toán học tài năng, nhưng sự nghiệp của cô luôn đứng thứ hai sau chồng cô, người đứng đầu khoa toán của Đại học Harvard. Cô thường nhắc nhở cậu bé Edith về câu chuyện trong Kinh thánh về Martha, người đang bị mắc kẹt trong việc rửa bát khi Chúa Giê-su đến thăm. Bà ấy nói với tôi rằng bạn cần phải có mặt khi nhà tư tưởng vĩ đại ở trong thị trấn, không phải trong bếp, Widder nhớ lại. Khi cô 11 tuổi, cha cô nghỉ phép kéo dài một năm và cả gia đình đi du lịch khắp thế giới. Ở Paris, Widder thề sẽ trở thành một nghệ sĩ; ở Ai Cập, một nhà khảo cổ học. Trên các rạn san hô ở Fijian, nơi cô ấy nuốt những con trai khổng lồ và dồn một con cá sư tử vào chân tường (tôi không nhận ra nó có độc), đại dương đã chiếm được trái tim của cô ấy. (Trong cùng chuyến đi, ở Bangladesh nghèo đói, cô quyết định không bao giờ có con; cô và chồng, David, đã giữ lời hứa đó.)

Bên cạnh bức ảnh của mẹ cô và chiếc máy cày kéo ngựa là của chính Widder. Cô ấy được đóng kín trong một bộ đồ lặn dành cho người lặn cồng kềnh, giống như bộ đồ không gian của phi hành gia hơn bất kỳ thiết bị lặn bình thường nào. Cô ấy chuẩn bị thực hiện một trong những lần lặn xuống biển sâu đầu tiên của mình và cô ấy đang cười rạng rỡ.

Lần lặn đó đánh dấu trường hợp hiếm hoi mà cơ hội, thay vì ý chí, là chất xúc tác cho một trong những cuộc phiêu lưu của Widder. Cô học sinh học tại Tufts và nhận bằng tiến sĩ sinh học thần kinh tại Đại học California ở Santa Barbara. Khi còn là một sinh viên tốt nghiệp, cô đã nghiên cứu về vật lý sinh học màng tế bào dinoflagellates, điều này đã khơi dậy sự quan tâm của cô đối với sự phát quang sinh học, và khi cố vấn của cô nhận được một khoản trợ cấp cho một máy quang phổ, một chiếc máy đo nhiệt độ dùng để đo ánh sáng, cô chỉ bắt đầu làm rối với nó để tìm hiểu nó. và trở thành chuyên gia phòng thí nghiệm. Một nhà khoa học khác đã trưng dụng thiết bị mới cho chuyến đi nghiên cứu năm 1982 ngoài khơi bờ biển California; Widder đã đi như một phần của gói.

Cô ấy đã vô tình trốn đi trong một nhiệm vụ mang tính bước ngoặt. Cho đến thời điểm đó, các nhà sinh vật học biển (ngoại trừ William Beebe và một số người khác) đã dựa vào các mẫu lưới để nhìn thoáng qua đời sống dưới đáy biển sâu, một phương pháp khá sai lầm: Những người mang ánh sáng, đặc biệt, rất mỏng manh, chúng có thể bị phân hủy trong lưới tiêu chuẩn, thường gây mệt mỏi phát quang sinh học của chúng trước khi chúng tiếp cận bề mặt. Nhưng chuyến đi này sẽ triển khai WASP, một bộ đồ lặn trong khí quyển có động cơ mà các công ty dầu khí ngoài khơi đã phát triển để sửa chữa các giàn khoan dưới nước. Thay vào đó, các nhà sinh vật học muốn sử dụng nó để quan sát động vật biển.

Bruce Robison, nhà khoa học chính của chuyến đi, hiện đang làm việc tại Viện Nghiên cứu Thủy cung Vịnh Monterey, đã lựa chọn một cách thủ công một nhóm các nhà khoa học, hầu hết là trẻ tuổi, gung-ho và nam giới, làm phi công WASP tiềm năng. Từng người một, họ xuống độ cao hơn 1.000 feet trong bộ đồ, được buộc vào tàu bằng một sợi dây cáp dài, trong khi Widder vẫn ở trên mặt nước, lắng nghe tiếng hò reo vui mừng của họ qua radio. Tôi chỉ là một postdoc, khá thấp trên cột vật tổ, cô ấy nói. Vào cuối chuyến đi, Robison hỏi Widder, lúc đó gần như điên cuồng với sự nhiệt tình, rằng cô có muốn đào tạo thành phi công cho chuyến đi tiếp theo hay không.

Lần lặn đầu tiên của cô, ở kênh Santa Barbara vào năm 1984, là lúc hoàng hôn. Khi cô ấy chìm xuống, quang cảnh thay đổi từ màu xanh hoa ngô sang màu coban sang màu đen. Ngay cả với hàng tấn nước trên đầu, cô vẫn không gặp phải sự hoảng sợ khủng khiếp khiến một số phi công lần đầu phải lặn lần cuối. Vượt qua những con sứa và tôm thanh tao với những chiếc râu siêu dài mà chúng dường như cưỡi như ván trượt, cô ấy trôi xuống độ cao 880 feet, nơi ánh nắng mặt trời chỉ là một làn khói mù mịt trên đầu. Sau đó, tôi tắt đèn.

Cô đã hy vọng về một tia sáng ở đây, một ánh sáng lóe lên ở đó. Nhưng những gì cô ấy nhìn thấy trong bóng tối sánh ngang với Van Gogh Đêm đầy sao —Có hoa và nở hoa và phát triển rực rỡ. Cô nhớ lại những vụ nổ ánh sáng xung quanh, những tia lửa và vòng xoáy và những chuỗi lớn trông giống như những chiếc đèn lồng Nhật Bản. Ánh sáng bật ra, hun khói và mảnh vụn: Tôi đã được bao bọc. Mọi thứ đều phát sáng. Tôi không thể phân biệt được ánh sáng này với ánh sáng khác. Đó chỉ là nhiều thứ tạo ra ánh sáng, hình dạng khác nhau, động học khác nhau, chủ yếu là màu xanh lam, và rất nhiều thứ trong số đó. Đó là điều làm tôi ngạc nhiên.

Tại sao lại có nhiều ánh sáng? Ai đã làm ra nó? Họ nói gì vậy? Tại sao không ai nghiên cứu công cụ này? Cô ấy nói rằng nó dường như là một cách sử dụng năng lượng điên rồ, và sự tiến hóa không phải là điên rồ. Thật đáng tiếc. Quá sớm, phi hành đoàn trên mặt đất bắt đầu bắt cô ấy vào.

Trong chuyến thám hiểm tiếp theo đến Monterey Canyon, cô sẽ lái hàng chục lần lặn kéo dài 5 giờ, và với mỗi lần xuống dốc, cô càng say mê hơn. Đôi khi, những con vật bí ẩn bên ngoài sáng đến mức Widder thề rằng bộ đồ lặn đang phóng ra những vòng cung điện vào vùng nước xung quanh. Một lần, toàn bộ bộ đồ sáng lên. Những gì cô ấy bây giờ tin là một siphonophore dài 20 foot — một loại đàn sứa — đã bị nghe lén, ánh sáng phân tầng từ đầu này sang đầu kia. Widder nhớ lại, tôi có thể đọc từng mặt số và thước đo bên trong bộ đồ. Thật là ngoạn mục. Nó tiếp tục phát sáng trong 45 giây.

Cô ấy chiếu ánh sáng xanh vào phía trước của WASP, với hy vọng kích thích phản ứng của động vật. Dưới nước, chiếc que nhấp nháy điên cuồng, nhưng tất cả các loài động vật đều phớt lờ cô. Widder nói rằng tôi đang ngồi trong bóng tối với thứ phát sáng màu xanh lam tươi sáng này. Tôi chỉ không thể tin rằng không có gì đang chú ý đến nó.

Giải mã từ vựng phát quang sinh học sẽ trở thành công việc cả đời của cô ấy. Dần dần, cô nhận ra rằng trước khi học nói bằng ánh sáng, cô cần phải lắng nghe.

***

Widder dẫn tôi vào một cái tủ kín sáng ở phía sau phòng thí nghiệm của cô ấy, rồi lục trong tủ lạnh ra một bình nước biển. Nó trông rõ ràng và tĩnh lặng và không quá hứa hẹn. Sau đó, cô tắt đèn và cho nước xoáy một chút. Một nghìn tỷ viên ngọc bích bốc cháy.

Công thức pha chế lấp lánh này, có màu nước súc miệng, chứa đầy tảo bạch cầu, cùng một loài động vật phiêu sinh làm mê mẩn các vịnh phát quang sinh học của Puerto Rico và tắm cho cá heo tốc độ trong ánh sáng xanh của thế giới khác. Hóa học đằng sau sự phát sáng, được chia sẻ bởi nhiều sinh vật phát quang sinh học, liên quan đến một loại enzyme gọi là luciferase, bổ sung oxy vào một hợp chất gọi là luciferin, phát ra một photon của ánh sáng nhìn thấy — hơi giống như những gì xảy ra khi bạn chụp một thanh phát sáng. Được kích thích bởi vòng xoáy của Widder, các vận động viên dinoflagelor lấp lánh để ngăn cản bất cứ thứ gì đã thúc vào chúng — có thể là động vật chân chèo săn mồi hoặc chèo thuyền kayak — với hy vọng rằng nó sẽ mất bữa ăn của mình.

Các loài động vật lớn hơn cũng có phản ứng giật mình giống nhau: Sáng lên dọc theo các rãnh sáng của chúng, những con cá chình nuốt chửng trông giống như những cú điện giật trong phim hoạt hình. Widder cuối cùng nhận ra rằng những màn hình giống Vegas mà cô nhìn thấy từ WASP hầu hết là ví dụ về phản ứng giật mình được kích thích khi tiếp xúc với bộ đồ lặn của cô.

Chỉ có một phần nhỏ sự sống trên cạn là phát quang sinh học — đom đóm, nổi tiếng nhất, nhưng cũng có một số loài bọ xít hút máu, bọ cánh cứng, nấm gặm nhấm, nấm đèn lồng và một số loài khác. Một sinh vật sống ở nước ngọt phát sáng được biết đến là một con limpet cô đơn ở New Zealand. Hầu hết cư dân sông hồ không cần tạo ra ánh sáng; chúng tồn tại trong thế giới ngập tràn ánh nắng với nhiều nơi để gặp gỡ bạn tình, chạm trán với con mồi và trốn tránh những kẻ săn mồi. Mặt khác, các loài động vật biển phải tìm đường trong khoảng trống tối tăm của đại dương, nơi ánh sáng mặt trời giảm đi 10 lần sau mỗi 225 bộ và biến mất 3.000 lần: Nó tối đen như mực ngay cả vào buổi trưa cao, đó là lý do tại sao rất nhiều sinh vật biển biểu hiện chúng với ánh sáng thay vì màu sắc. Đặc điểm này đã phát triển độc lập ít nhất 40 lần, và có lẽ hơn 50 lần, ở biển, trải dài chuỗi thức ăn từ động vật phù du đến mực khổng lồ với các cơ quan sáng lớn ở mặt sau nhãn cầu của chúng. Chỉ riêng động vật thân mềm đã có bảy cách tạo ra ánh sáng riêng biệt và những sinh vật có sợi đốt mới luôn được phát hiện.

Các nhà khoa học ngày nay tin rằng sự phát quang sinh học luôn là một phương tiện gây ảnh hưởng đến các loài động vật khác — một ngọn lửa báo hiệu dưới đáy sâu. Thông điệp phải đủ quan trọng để vượt qua rủi ro tiết lộ vị trí của một người trong bóng tối. Widder nói rằng đó là điều cơ bản của sự sống còn. Có một áp lực chọn lọc đáng kinh ngạc đối với môi trường hình ảnh, nơi bạn phải lo lắng về điều gì ở phía trên bạn nếu bạn là kẻ săn mồi và điều gì ở bên dưới bạn nếu bạn là con mồi. Thông thường, bạn là cả hai.

Ngoài việc kích hoạt phản ứng giật mình của chúng, động vật bị săn bắt còn sử dụng ánh sáng để ngụy trang. Nhiều động vật săn mồi ở nước có đôi mắt hướng lên trên vĩnh viễn, quét từ trên cao để tìm con mồi in bóng dưới ánh sáng mặt trời đang chiếu xuống. Nhìn như vậy, ngay cả con tôm yếu nhất cũng trở thành nhật thực. Vì vậy, các động vật săn mồi làm mờ bụng của chúng bằng các cơ quan ánh sáng được gọi là tế bào quang điện. Kích hoạt các lớp phủ sáng này, chúng có thể hòa hợp với ánh sáng xung quanh, trở nên vô hình một cách hiệu quả. Cá có thể hóp bụng tùy ý hoặc làm mờ bụng nếu có mây bay qua. Mực Abralia có thể phù hợp với màu của ánh trăng.

Luộc thực phẩm là động cơ phát quang sinh học thứ hai. Con cá đèn pin được đặt tên khéo léo quét bóng tối bằng ánh sáng má dữ dội của nó, tìm kiếm những người hàng xóm ngon lành. Trước bộ hàm hung ác của nó, cá viperfish treo một cái mồi phát sáng ở phần cuối của một tia vây biến đổi giống, đối với những người qua đường đang đói, một miếng phân cá rực rỡ — một món ăn vặt ưa thích của vùng biển sâu. (Thay vì tự phát sáng, một số động vật ăn thịt này thích quan hệ cộng sinh với vi khuẩn phát quang sinh học, chúng nuôi cấy bên trong các hốc giống như bóng đèn mà chúng có thể hít vào bằng cách trượt nắp da hoặc bằng cách cuộn các cơ quan ánh sáng lên đầu, chính xác là như đèn pha của Lamborghini, Widder nói.)

Cuối cùng, ánh sáng được sử dụng để tuyển bạn tình. Widder nói, chúng tôi nghĩ rằng chúng nhấp nháy các mẫu cụ thể hoặc có các cơ quan ánh sáng có hình dạng đặc trưng cho loài. Những con bạch tuộc cái đôi khi thiết lập miệng của chúng rực rỡ với son môi phát sáng; Giun lửa Bermuda làm sống động những vùng nông cạn với những tổ chức màu xanh lá cây tuyệt đẹp. Lãng mạn hơn cả là ánh sáng tình yêu của cá câu, một trong những loài động vật yêu thích của Widder. Con cái, một cô gái đáng sợ với bộ lông rậm rạp, vung lên một chiếc đèn lồng vi khuẩn phát sáng trên đầu. Con đực cùng loài với cô, nhỏ xíu và không có đèn lồng nhưng có đôi mắt sắc bén, bơi về phía cô và vuốt ve bên cô; môi anh trở nên hợp nhất với cơ thể cô cho đến khi cô hấp thụ mọi thứ trừ tinh hoàn của anh. (Bạn có thể nói rằng cô ấy sẽ luôn mang theo một ngọn đuốc cho anh ấy.)

Việc sử dụng ánh sáng của một số sinh vật biển khiến Widder hoang mang. Tại sao con cá vai ống sáng lại ra ánh sáng? Tại sao cá rồng răng nhỏ lại có hai đèn pha thay vì một đèn pha, có màu đỏ hơi khác nhau? Làm thế nào để loài mực khổng lồ sử dụng cơ quan ánh sáng của nó?

Những câu hỏi này không chỉ là lý thuyết. Phần lớn nguồn tài trợ ban đầu của Widder đến từ Hải quân Hoa Kỳ. Những sinh vật nhỏ bé có thể làm nổi bật hình dạng của một chiếc tàu ngầm ẩn đang là mối quan tâm về an ninh quốc gia, vì vậy Widder đã phát minh ra một công cụ để đo mức độ ánh sáng. Được gọi là HIDEX, nó hút một lượng lớn nước biển và bất kỳ động vật phát quang sinh học nào bên trong, vào một buồng kín ánh sáng và đọc ánh sáng của chúng. Nó cho bạn biết về sự phân bố của các sinh vật trong cột nước, cô ấy nói.

Sau khi tìm ra cách đo ánh sáng dưới biển, cô ấy bắt đầu cố gắng phân biệt chính xác hơn giữa vô số loại đèn. Trong các chuyến du ngoạn vùng nước sâu ngày càng thường xuyên của mình, Widder đã bắt đầu để ý đến các chủ đề trong những chiếc kính nổi bật. Các loài khác nhau, có vẻ như, có các dấu hiệu ánh sáng riêng biệt. Một số sinh vật lóe sáng; những người khác rung động. Siphonophores trông giống như những tia sáng dài; thạch lược giống như mặt trời đang nổ tung.

Robison, người đã trở thành một trong những người cố vấn ban đầu của Widder, cho biết đối với hầu hết mọi người, nó trông giống như sự nhấp nháy ngẫu nhiên và hỗn loạn. Nhưng Edie đã nhìn thấy các kiểu mẫu. Edie thấy rằng có một ý nghĩa nào đó đối với loại tín hiệu mà các loài động vật đang sử dụng, và các thông tin liên lạc diễn ra ở đó. Đó là một bước đột phá.

Điều gì sẽ xảy ra nếu cô ấy có thể xác định động vật chỉ bằng hình dạng và thời gian của vòng tròn phát sáng của chúng? Sau đó cô ấy có thể tiến hành một cuộc điều tra dân số bằng chất phát quang sinh học. Widder đã phát triển một cơ sở dữ liệu về các mã ánh sáng phổ biến mà cô ấy đã học cách nhận ra. Sau đó, nó gắn một tấm lưới rộng ba foot ở phía trước của một chiếc tàu ngầm đang di chuyển chậm. Khi động vật va vào lưới, chúng phát ra quá trình phát quang sinh học. Một máy quay video đã ghi lại các pháo sáng và một chương trình phân tích hình ảnh trên máy tính đã đưa ra danh tính và vị trí của các con vật. Widder đang thu thập loại thông tin cơ bản mà các nhà sinh vật học trên đất liền coi là đương nhiên, chẳng hạn như liệu, ngay cả trong đại dương, một số loài nhất định có lãnh thổ hay không. Chiếc máy ảnh này cũng là một cửa sổ nhìn vào đám đông hàng đêm của các sinh vật biển sâu hướng về bề mặt giàu chất dinh dưỡng — cuộc di cư thẳng đứng được coi là kiểu di cư của động vật lớn nhất trên hành tinh. Toàn bộ cột nước tự tổ chức lại vào lúc hoàng hôn và bình minh, và đó là thời điểm xảy ra nhiều vụ săn mồi, cô nói. Một số loài động vật có treo lưng và di cư theo phương thẳng đứng vào các thời điểm khác nhau trong ngày không? Làm thế nào để bạn sắp xếp nó ra?

Khi những phát minh này được chứng minh là hữu ích, một số khám phá tuyệt vời nhất của Widder đã được đưa ra ánh sáng chỉ vì cô ấy đi chơi ở đúng nơi vào đúng thời điểm, như mẹ cô ấy bảo cô ấy phải làm. Thường thì nó ở dưới nước khoảng 2.500 feet. Trên một chiếc tàu lặn ở Vịnh Maine, Widder đã bẫy được một con bạch tuộc màu đỏ dài một mét và đưa nó lên mặt nước. Nó là một loài nổi tiếng, nhưng Widder và một sinh viên tốt nghiệp là những người đầu tiên kiểm tra nó trong bóng tối. (Mọi người chỉ không nhìn, cô ấy thở dài.) Tắt đèn trong phòng thí nghiệm của họ, họ ngạc nhiên khi thấy nơi những con bọ hút được tìm thấy trên những con bạch tuộc khác, những hàng cơ quan ánh sáng lấp lánh thay vào đó là những cánh tay. Có lẽ những chiếc đèn hút nước chạy trong nhà máy không hữu ích đối với một cư dân ngoài đại dương với ít bề mặt để bám vào và đèn chiếu chân của lễ hội, có thể được sử dụng như một vật hỗ trợ cho bữa ăn tiếp theo của động vật, là một lựa chọn tốt hơn. Widder nói rằng đó là sự tiến hóa được bắt gặp trong hành động này.

***

Mặc dù ngôn ngữ ánh sáng lấp lánh phức tạp hơn và tinh vi hơn nhiều so với cô tưởng tượng ban đầu, Widder vẫn không ngừng muốn nói nó. Vào giữa những năm 1990, cô đã hình dung ra một hệ thống camera sẽ hoạt động trên ánh sáng đỏ xa, con người có thể nhìn thấy nhưng cá thì không. Được neo vào đáy biển và không dễ thấy, máy ảnh sẽ cho phép cô ấy ghi lại sự phát quang sinh học khi nó xảy ra một cách tự nhiên. Widder - từng là đầu tàu - đã tự mình phác thảo thiết kế máy ảnh. Cô ấy đặt tên cho nó là Eye-in-the-Sea.

Cô ấy thu hút các đối tượng sáng của mình vào máy ảnh bằng một vòng tròn gồm 16 đèn LED màu xanh lam được lập trình để nhấp nháy theo một loạt các mẫu. Cái gọi là e-Jelly này được mô phỏng theo phản ứng hoảng sợ của sứa atolla, có màn hình báo trộm có thể được nhìn thấy từ cách xa 300 feet dưới nước. Báo động là một loại tiếng hét bằng kính vạn hoa mà con sứa bị tấn công sử dụng để kêu gọi một con vật thậm chí còn lớn hơn đến và ăn thịt kẻ săn mồi của nó.

Eye-in-the-Sea và e-Jelly đã được triển khai ở phía bắc Vịnh Mexico vào năm 2004. Widder đặt chúng ở rìa của một ốc đảo kỳ lạ dưới đáy biển được gọi là bể nước muối, nơi khí mê-tan sôi lên và đôi khi cá bị chết từ muối dư. Máy ảnh được cố định ở phía dưới, e-Jelly đã đưa vào lịch sử biên đạo của nó. Chỉ 86 giây sau, một con mực ẩn nấp trong tầm ngắm. Vị khách dài 6 mét là hoàn toàn mới đối với khoa học. Khi được triển khai ở Monterey Canyon, Widder's Eye-in-the-Sea đã ghi lại những thước phim tuyệt đẹp về những con cá mập sáu mang khổng lồ đang bám rễ trong cát, có thể là do bọ thuốc, một hành vi kiếm ăn chưa từng thấy trước đây có thể giải thích cách chúng tồn tại trong một môi trường hoang vắng. Và ở Bahamas ở độ cao 2.000 feet, một thứ gì đó trong bóng tối đã lóe lên trở lại e-Jelly, phát ra những vệt sáng chấm. Mỗi khi viên thạch ra hiệu, sinh vật bí ẩn lại lấp lánh một phản ứng. Tôi không biết chúng tôi đang nói gì, cô ấy thừa nhận, nhưng tôi nghĩ đó là một cái gì đó gợi cảm. Cuối cùng, Widder đã tham gia vào một cuộc trò chuyện nhẹ nhàng, rất có thể là với một con tôm biển sâu.

A sensational highlight came last summer in the Ogasawara Islands, about 600 miles south of Japan, when Widder, the e-Jelly and a floating version of the Eye-in-the-Sea called the Medusa joined an effort to film the elusive giant squid trong môi trường sống tự nhiên của nó lần đầu tiên. Các nhiệm vụ khác đã thất bại, mặc dù một người đã ghi lại được cảnh quay của một người khổng lồ đang hấp hối trên bề mặt. Widder đã rất lo lắng khi sử dụng mồi nhử và máy ảnh của mình ở giữa nước, nơi các thiết bị được treo trên một sợi cáp dài 700 mét thay vì đặt cố định ở phía dưới. Nhưng trong lần triển khai thứ hai kéo dài 30 giờ, Medusa đã nhìn thoáng qua con mực. Tôi phải nói ‘Ôi Chúa ơi’ 20 lần, và tôi là một người theo thuyết bất khả tri, cô ấy nói về lần đầu tiên xem đoạn phim. Những con vật được cho là có thể dài hơn 60 feet. Nó quá lớn để có thể nhìn thấy toàn bộ sự việc. Cánh tay đưa vào và chạm vào e-Jelly. Nó trượt mút của nó trên miếng mồi.

Cô bắt được hơn 40 giây cảnh quay và tổng cộng năm lần chạm trán. Tại một thời điểm, con mực quấn lấy Medusa với miệng của nó ngay gần ống kính, Widder nói. Con mực khổng lồ không muốn e-Jelly nhỏ bé; đúng hơn, nó hy vọng ăn được sinh vật có lẽ đang bắt nạt nó. Một nhà khoa học khác trong cùng chuyến đi sau đó đã quay được cảnh một con mực khổng lồ từ tàu ngầm, và cảnh quay đó, cùng với Widder’s, đã xuất hiện trên các tiêu đề. Chính ánh sáng xung động của e-Jelly đã đánh thức gã khổng lồ ngay từ đầu, tạo nên lịch sử. Widder nói rằng phát quang sinh học là chìa khóa.

Biển chết mỗi năm thấp hơn bao nhiêu?

***

Những bông hoa bạch dương nháy mắt nở hoa ở Đầm phá sông Ấn trên bờ biển phía đông của Florida có thể sáng đến mức những đàn cá trông như được khắc trong ngọn lửa màu ngọc lam. Có thể xác định loài bơi trong vùng nước sáng: Cư dân địa phương gọi đây là trò chơi đoán ngọn lửa.

Nhưng không còn nhiều lửa để đọc nữa. Từ lâu được coi là cửa sông đa dạng nhất của Bắc Mỹ, đầm phá hiện có thể đang chết dần. Ô nhiễm đã làm cho các loài tảo tảo nở hoa mỏng đi, và ánh sáng từ hàng nghìn ngôi nhà mới làm át đi độ sáng còn lại. Những con vật từng được quấn trong ngọn lửa xanh cũng đang ốm yếu. Nhiều cá heo bị bệnh do một loại nấm ăn thịt ăn mòn da của chúng; những người khác bị nhiễm virus và hệ thống miễn dịch bị ức chế nghiêm trọng. Những thảm cỏ biển xa hoa mọc trọc lóc khiến ốc xà cừ và cây dừa cạn không nơi trú ngụ. Những đám tảo ma mút bốc mùi hôi thối như trứng thối. Ngành công nghiệp động vật có vỏ đang trong tình trạng hỗn loạn.

Những tệ nạn này không chỉ có ở vùng biển Florida. Hai đánh giá kinh hoàng về sức khỏe tổng thể của đại dương — Báo cáo Đại dương Pew năm 2003 và Ủy ban Chính sách Đại dương Hoa Kỳ năm 2004 — đã thúc đẩy Widder rời khỏi vị trí nhà khoa học lâu năm của mình tại Viện Hải dương học Chi nhánh Cảng Florida và bắt đầu ORCA. Kể từ lần lặn đầu tiên, tôi đã hỏi tại sao lại có tất cả ánh sáng đó trong đại dương và nó được sử dụng để làm gì, cô ấy nói. Gần đây hơn, tôi đã tìm hiểu xem chúng ta có thể sử dụng nó để làm gì.

Các nhà khoa học đang ráo riết theo đuổi các ứng dụng cho công nghệ phát quang sinh học, đặc biệt là trong nghiên cứu y học, nơi họ hy vọng nó sẽ thay đổi cách chúng ta điều trị các bệnh từ đục thủy tinh thể đến ung thư. Năm 2008, giải Nobel Hóa học vinh danh những tiến bộ sinh học tế bào dựa trên protein huỳnh quang xanh của sứa pha lê, một chất phát quang sinh học được sử dụng để theo dõi sự biểu hiện gen trong các mẫu phòng thí nghiệm. Widder tập trung vào việc sử dụng vi khuẩn phát sáng, chúng cực kỳ nhạy cảm với một loạt các chất ô nhiễm môi trường.

Một ngày, chúng tôi tham quan đầm phá trên một chiếc thuyền đánh cá đáy phẳng nhỏ. Đó là một thế giới cây xanh rậm rạp, bị ngắt quãng bởi những vách đá màu pastel của kiến ​​trúc Floridian. Một con cò quăn đi lang thang trên bờ và những con bồ nông trên đầu những con chim bồ câu xuất hiện chìm trong sự trầm ngâm. Ngón tay của rễ cây ngập mặn nhô ra khỏi bờ mực. More than 150 miles long, the lagoon is a home to logjams of manatees, a rest stop for migratory birds and a nursery for bull and bonnet sharks. Nhưng nước cách đây 30 năm là nước gin bây giờ trông giống rượu bourbon hơn.

Các nguồn gây ô nhiễm ở đây rất đa dạng: Có thủy ngân trong không khí từ Trung Quốc, phân bón và thuốc trừ sâu chảy ra từ các trang trại gia súc và cam quýt nội địa, thậm chí cả cỏ xén từ các bãi cỏ địa phương. Widder nói rằng có hàng nghìn hóa chất được thải vào môi trường của chúng ta và không ai theo dõi chúng. Rất nhiều vùng đất ngập nước xung quanh đã được lát đá và thoát nước khiến đầm phá này nhanh chóng trở thành bể chứa chất độc của đất. Thật khó để tưởng tượng một tương lai tươi sáng cho nơi này.

Để bảo vệ đầm phá, Widder đã thiết kế các thiết bị giám sát đại dương để theo dõi dòng chảy, lượng mưa và các biến số khác, lập bản đồ nước đến từ đâu và nước chảy đi đâu trong thời gian thực. Cô ấy muốn một ngày nào đó mạng này sẽ trải dài khắp thế giới — đại dương có dây.

Giờ đây, cô ấy đang nghiên cứu những phần ô nhiễm nhất của đầm phá, mà cô ấy xác định được với sự trợ giúp của các dạng sống phát quang sinh học. Đeo găng tay làm bếp màu vàng, chúng tôi xúc những miếng thịt màu xanh xám từ chân bến tàu ORCA, một khu vực mà Widder chưa từng thử nghiệm trước đây. Một trợ lý phòng thí nghiệm đồng nhất mẫu trong máy trộn sơn, sau đó lấy một lọ vi khuẩn phát quang sinh học đông khô. Nó là Vibrio fischeri , giống mực mà loài mực ống lửa sử dụng cho hơi thở của loài rồng biển sâu. Cô ấy thả nó, cùng với những giọt bùn nhỏ của đầm phá, vào một máy Microtox, có chức năng giám sát ánh sáng. Chúng ta không thể nhìn thấy nó bằng mắt thường, nhưng những vi khuẩn lành mạnh lúc đầu phát sáng.

Widder giải thích rằng đầu ra ánh sáng của vi khuẩn có liên quan trực tiếp đến chuỗi hô hấp. Bất cứ thứ gì cản trở quá trình hô hấp của vi khuẩn sẽ dập tắt ánh sáng. Các chất gây nhiễu bao gồm thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, phụ phẩm từ dầu mỏ và kim loại nặng, và càng dập tắt ánh sáng thì chúng càng độc.

Widder và trợ lý phòng thí nghiệm không nghĩ rằng bùn từ bên ngoài cửa sẽ chứng tỏ quá độc hại, nhưng họ đã nhầm: Trong vòng nửa giờ, các kết quả đọc được cho thấy đèn sống của vi khuẩn mờ đi, và trong các mẫu cô đặc nhất, chúng đã cháy. ngoài.



^