Представление о световой эффективности биолюминесценции дает сопоставление ее спектрального состава со спектральным распределением чувствительности приемника. У выскоорганизованных организмов приемником излучения являются глаза. Однако свойства зрения обитателей моря еще недостаточно хорошо изучены, и можно только предполагать, что спектральная чувствительность их глаз настроена на излучение Солнца, т. е. близка к спектральной чувствительности человеческого глаза.
Сопоставляя спектр свечения морского организма со спектром его свечения с поправкой на кривую видности, получаем световую эффективность излучения. Чем ближе максимум излучения к вершине кривой видности, тем больше световая эффективность излучения. У некоторых светляков, максимум излучения которых (562 нм) близок к вершине кривой видности, световая эффективность излучения составляет 92 %.
Таким образом, световая эффективность биолюминесценции заметно превышает эффективность всех известных электрических и тепловых источников света.
Биологический смысл биолюминесценции еще полностью не ясен. У некоторых организмов она имеет сигнальное значение, связывая особи одного и того же вида. Другие организмы используют свечение, чтобы привлечь жертву или отпугнуть хищников.
В ряде случаев биолюминесценция используется для освещения. Так, у глубоководных рыб светоносные органы, или фотофоры, достигают большого совершенства: они обладают линзами, отражателями, цветными фильтрами. Биологический смысл свечения бактерий совершенно не ясен.
В последнее время к биолюминесценции наблюдается повышенный интерес. С точки зрения бионики это образец светильника с исключительно высокой световой эффективностью при очень небольших энергетических затратах. Изучение биолюминесценции имеет важное практическое значение.
Вероятно, наш рассказ о свечении моря будет неполным, если не упомянуть еще об одном явлении.
В 20-х годах нашего столетия индийский ученый К. Раманатхан обратил внимание на слабое зеленоватое свечение морской воды при облучении ее ультрафиолетовым светом. Тщательный анализ показал, что это свечение происходит из-за присутствия в морской воде так называемых флуоресцирующих веществ органического и неорганического происхождения. Давно известное физикам явление флуоресценции состоит в том, что некоторые вещества способны светиться, т. е. излучать видимый свет при освещении их более коротковолновым ультрафиолетовым светом; причем свечение мгновенно прекращается после окончания облучения. В мелководных внутренних морях флуоресценция оказывает влияние на видимый цвет моря, создавая дополнительную зеленоватую окраску. Особенно заметен эффект флуоресценции в окраске моря после шторма в прибрежных районах, что связано с взмучиванием флуоресцирующих частиц, содержащихся в тонких илистых донных отложениях. Любопытно, что флуоресцирующие вещества присутствуют и в нефти. В последнее время морские геологи, вооруженные аквалангами и источниками невидимого для глаз ультрафиолетового излучения, или, как говорят практики, «черного света», проводят интенсивные поиски выходов нефти в районе шельфа.
Ультрафиолетовые лампы пришли на помощь также археологам, которые по характерному зеленоватому свечению обнаруживают останки древних деревянных кораблей, и даже криминалистам. Английские специалисты-светотехники утверждают, что вследствие флуоресценции человеческой кожи разыскивать тела утопленников в воде целесообразнее ночью, а не днем. Они показали, что дальность обнаружения утопленников при освещении ультрафиолетовой лампой в ночное время в восемь раз больше, чем в дневное. Добавим также, что в последние годы флуоресцирующие вещества — родамин и флуоресцеин — стали широко применяться для исследования турбулентной диффузии в океане. Они имеют много преимуществ перед несветящимися красителями. В частности, они совершенно безвредны для человека и обитателей морских глубин.
Заключение
Круг вопросов, которыми занимается гидрооптика, с каждым годом расширяется. Это неизбежно ведет к образованию новых разделов и направлений. Сейчас уже есть все основания говорить об одном из таких направлений — оптике ночного моря, — которое своим возникновением во многом обязано быстро растущим запросам морской биологии.
Роль проникающего в водную толщу лунного света еще не ясна. Исследуя закономерности его распространения в океане, оптика ночного моря поможет раскрыть эту научную загадку.
Человеку было давно известно приманивающее действие света. Во Вьетнаме рыбаки нередко в качестве приманки насаживают на леску светящиеся органы кальмара, которого в свою очередь также ловят на свет. На берегу моря зажигают огонь и забрасывают в воду леску с лоскутком белой ткани. Привлеченная светом стая кальмаров обычно не заставляет себя ждать, а один из них — самый любопытный — хватает лоскуток. Рыбак осторожно подтягивает леску и сачком подхватывает добычу.
В экспедициях на «Витязе» в Тихом и Индийском океанах, если позволяла погода, биологи во время ночных остановок корабля неизменно опускали за борт мощные электролампы. В освещенный круг из ночного океана заплывали разные существа: летучие рыбы, анчоусы, живые ракеты — кальмары и множество других обитателей океана.
Почему яркий свет, нарушающий подводную тьму, приманивает к себе рыб и животных? Этому существует несколько объяснений. Так, Никаноров и Беляева, например, объясняют способность приманиваться светом исследовательским рефлексом рыб и животных. В некоторых странах, в том числе и у нас, лов рыбы на электрический свет осуществляется в промышленном масштабе. Привлеченные подводным светильником скопления кильки засасываются насосом и серебристой рекой текут на палубу корабля. Дальневосточная сайра также привлекается мощным источником электрического света.
Вместе с тем известна и отрицательная реакция рыб на свет. Угри, избегая света, совершают свои дальние странствования только в ночное время. Разработан план перекрытия одного из проливов, соединяющих Северное и Балтийское моря (Малый Бельт), гирляндой электрических ламп. Угри, мигрирующие из Балтийского моря, натолкнувшись на световую преграду, должны устремиться в специально оставленный узкий проход, где их и предполагается вылавливать. Однако из-за разногласия рыболовных компаний проект пока осуществить не удалось.
Для приманки некоторых рыб служат люминесцентные светильники — лампы дневного света, как называют их в обиходе.
Оптические исследования биолюминесценции, по всей вероятности, позволят биофизикам и биохимикам создать новые, более совершенные источники люминесцентного света: ведь любое светящееся существо — миниатюрная живая модель химического реактора с очень высоким выходом световой энергии. Для бионики — науки, изучающей возможности использования в технике лучших достижений живой природы, будет интересно и исследование света как средства пространственной ориентации. О том, что некоторые морские животные используют поляризованный свет в навигационных целях, мы уже рассказывали. Добавим, что пока инженеры оптико-механической промышленности могут лишь мечтать о поляриметре, который определял бы параметры поляризации с такой точностью, как это делают животные.
Расширение круга вопросов, которыми занимается оптика моря, неизбежно влечет за собой развитие новых и совершенствование старых методов исследования океана. Советские гидрооптики разработали весьма перспективный метод быстрого измерения некоторых оптических характеристик с борта… самолета. С помощью специальной оптической аппаратуры, установленной на самолете, определяется важная характеристика — яркость поверхности моря.
Вместе с тем оптика моря становится подводной наукой. Для проведения исследований гидрооптики опускаются в глубины океана.
Летом 1968 г. на дне Голубой бухты около Геленджика была установлена подводная лаборатория «Черномор». Пять экипажей по 5–6 суток каждый вели с помощью подводной лаборатории научные наблюдения. На верхней палубе поместили прибор для измерения подводной облученности, другой прибор, названный «гидропауком», для измерения параметров поляризации и яркости естественного света смонтировали на специальной установке.
Эту установку, состоящую из буя с площадкой для размещения приборов и сложного переплетения металлических тросов, закрепили на дне моря в 20–25 м от «Черномора». Буй мог погружаться на любую глубину, тем самым позволяя измерять оптические характеристики от поверхности до дна.
Опыт «Черномора» — первый в оптике моря. Он показал, какие богатейшие возможности для проведения точных и длительных измерений непосредственно в толще воды предоставляет подводная лаборатория. Ведь до сих пор подавляющее большинство гидрооптических измерений проводилось на борту научно-исследовательских кораблей, как правило, качающихся на волне или зыби. Ясно, что точность измерений здесь ниже, чем при измерениях с жестко закрепленного «Черномора». Очень важно и то, что океанавт, выйдя из люка подводной лаборатории, в любой момент может контролировать работу приборов.
