Edith Widder: Viață luminoasă într-o lume subacvatică

În spiritul lui Jaques Cousteau, care a spus, ”Oamenii protejează ceea ce iubesc,” Vreau astăzi să vă împărtășesc ce iubesc eu cel mai mult în ocean, și anume numărul și varietatea incredibilă a animalelor care produc lumină.

Adicția mea a început o dată cu acest ciudat costum de scafandru numit Wasp (Viespe). Nu este un acronim -- cuiva i s-a părut că seamănă cu insecta. El a fost de fapt inventat pentru cei din industria petrolieră care lucrează în largul oceanului pentru a se putea scufunda în instalațiile de foraj până la adâncimi de 600 metri. Imediat după ce am terminat studiile doctorale, am avut norocul să fiu inclusă într-o echipă de cercetători care folosea acest costum pentru prima oară ca instrument de explorare a oceanului. Ne-am antrenat într-un rezervor în Port Hueneme. Apoi prima mea scufundare în largul oceanului a fost în Canalul Santa Barbara. A fost o scufundare nocturnă. M-am scufundat până la adâncimea de 270 metri și am aprins luminile. Știam că dacă voi aprinde luminile voi vedea acest fenomen în care animalele produc lumină, numit bioluminiscență. Dar eram total nepregătită pentru cât de multă era și cât de spectaculoasă era. Am văzut lanțuri de meduze numite sifonofore, mai lungi decât acestă cameră, ce emanau atât de multă lumină încât puteam să citesc tastele și ecranele din costum fără să folosesc o lanternă, și nori și unduiri a ceea ce părea a fi fum albastru și luminos și explozii de strălucire care se desprindeau și se roteau ca atunci când arunci un buștean peste un foc de tabără, iar jăraticul se învârtejește în sus din foc, dar aceștia erau ca de gheață, jăratic albastru. Îți tăia respirația.

Dacă oamenii știu ceva despre bioluminiscență, știu despre ei, despre licurici. Și mai sunt alți câțiva „pământeni” care produc lumină, unele insecte, râmele, ciupercile. Dar pe pământ în general sunt destul de rare. În ocean este mai degrabă regula decât excepția. Dacă aș merge în largul oceanului, practic oriunde în lume, și montez o plasă de la 900 de metri către suprafață. majoritatea animalelor, de fapt, în multe locuri, între 80 și 90 la sută dintre animalele pe care le prind produc lumină. Asta înseamnă un spectacol de lumini de-a dreptul spectaculos.

Aș dori acum să vă arăt un mic filmuleț pe care l-am făcut dintr-un submersibil. Am dezvoltat această tehnică folosindu-mă de un mic submersibil de o singură persoană, numit Deep Rover și am adaptat-o apoi pentru Johnson Sea-Link, pe care îl vedeți aici. Montat în fața sferei de observație este un inel cu un diametru de 1 metru ce are atașat un ecran. În interiorul sferei am cu mine o cameră de amplificare care este la fel de sensibilă ca un ochi uman total adaptat luminii nocturne, cu toate că e un pic neclară. Așa că pornești camera, stingi luminile. Luminițele pe care le vedeți nu sunt luminiscențe; este doar bruiaj electronic al acestor camere de amplificare. Nu veți vedea luminiscență până ce submersibilul începe să înainteze prin apă, și pe măsură ce o face, animalele ce se izbesc de ecran sunt stimulate să emită bioluminiscență.

Când am început să fac asta, tot ce făceam era să număr sursele. Îmi cunoșteam viteza de înaintare, știam și perimetrul. Așa am putut să imi dau seama câte sute de surse de lumină erau pe fiecare metru cub. Dar mi-am dat seama că pot chiar să identific animalele după tipul de lumină produs. Așa că aici, în Golful Maine la adâncimea de 225 de metri, pot identifica la nivel de specie cam tot ce vedeți acolo, ca acele mari explozii, scântei, ce provin de la o ctenofora. Și sunt creveți și alte tipuri de crustacee și meduze. Acolo a fost una dintre acele ctenofora. Așa că am lucrat cu ingineri în analiza imaginii pe computer pentru a concepe sisteme automate de recunoaștere pentru a identifica aceste animale și pentru a extrage coordonatele X,Y,Z ale punctului inițial de impact. Și putem apoi să facem tot ce fac ecologiștii pe pământ și la distanțe apropiate.

Dar nu este întotdeauna necesar să te scufunzi în adâncul oceanului pentru a vedea un spectacol de lumini ca acesta. Îl poți vedea chiar și la suprafața apei. Acesta este un filmuleț făcut de doctorul Mike Latz de la Institutul Scripps cu un delfin care înoată prin plancton bioluminiscent. Iar acesta nu este un loc exotic ca unul dintre golfurile bioluminiscente din Puerto Rico, acesta de fapt a fost filmat în portul din San Diego. Si uneori îl poți vedea chiar și mai aproape de atât deoarece closetele de proră de pe vase -- adică toaletele, pentru toți iubitorii de pământ care ne ascultă -- sunt eliberate cu apă de mare nefiltrată care are deseori plancton bioluminiscent în ea, așa că dacă te duci la closet noaptea târziu, și îți este atât de rău încât îmbrățișezi toaleta și uiți să aprinzi lumina poți crede că ai o experiență religioasă.

Așadar, cum produce o ființă lumină? Aceasta era în secolul 19, întrebarea pe care și-a pus-o fiziologul francez Raphael Dubois despre această scoică bioluminiscentă. A imobilizat-o și a reușit să obțină câteva chimicale, una dintre ele, o enzimă numită luciferasa, și substratul, pe care l-a denumit luciferin după Lucifer Purtătorul de Lumină. Terminologia s-a păstrat, dar nu se mai referă la chimicale specifice, pentru că aceste chimicale au diverse forme și mărimi. De fapt, majoritatea oamenilor care studiază bioluminiscența azi se concentrează asupra părții chimice pentru că aceste chimicale s-au dovedit incredibil de valoroase în dezvoltarea agenților antibacterieni, în medicamente împotriva cancerului, testarea existenței pe Marte a vieții, detectarea poluanților în apele noastre, metodă pe care o folosim la ORCA. În anul 2008, Premiul Nobel pentru chimie a fost acordat pentru cercetarea efectuată pe o moleculă numită proteina verde fluorescentă, care a fost izolată din compoziția chimică bioluminiscentă a unei meduze, și care a fost comparată cu inventarea microscopului, din punct de vedere al impactului pe care l-a avut asupra biologiei celulare și ingineriei genetice.

Un alt lucru pe care ni-l spun aceste molecule este că, aparent, biolumniscența a evoluat de cel puțin 40 de ori, poate chiar de 50 de ori în evoluția ei, ceea ce e o indicație clară de cât de spectaculos de importantă e această caracteristică pentru supraviețuire. Ce anume face ca bioluminiscența să fie atât de importantă pentru atât de multe animale? Păi, pentru animalele care încearcă să evite prădătorii stând în întuneric, lumina poate totuși să fie foarte utilă pentru cele trei lucruri elementare pe care animalele trebuie să le facă pentru a supraviețui, și anume să găsească hrană, să atragă parteneri și să nu fie mâncați. Spre exemplu, aceste pește are în spatele ochiului o lumină pe care o poate folosi pentru a găsi hrană, sau pentru a atrage parteneri. Iar când nu o folosește, o readuce în cap exact ca farurile unui Lamborghini. Acest pește chiar are fază mare.

Iar acest pește, care este unul dintre preferații mei, are câte trei lumini de fiecare parte a capului. Aceasta este albastră, culoarea cea mai des întâlnită la bioluminiscența din ocean pentru că evoluția a ales culoarea care pătrunde cel mai departe prin apa de mare pentru a îmbunătăți comunicarea. Așadar, majoritatea animalelor produc lumină albastră și majoritatea animalelor pot vedea doar lumină albastră, dar acest pește este o excepție fascinantă pentru că are două organe de lumină roșie. Și nu am nici o idee de ce sunt două, și asta e ceva ce vreau să rezolv într-o bună zi. Deci, nu numai că poate vedea lumină albastră, dar poate vedea și lumină roșie. Așa că își folosește lumina roșie ca un lunetist pentru a se furișa pe lângă animalele care nu percep lumina roșie și astfel le va putea vedea, fără să fie văzut. Are și o mică mustață cu o mică momeală luminiscentă albastră pe care o poate folosi pentru a atrage prada de la distanță mare. Și multe animale își vor folosi bioluminiscența ca momeală.

Acesta este altul dintre preferații mei. Acesta este un pește viperă (Chauliodus), și are o momeală la capătul unui fir lung de pescuit ce se arcuiește în fața gurii cu dinți, de unde îi și provine denumirea. Dinții acestui pește sunt atât de lungi încât, dacă i-ar închide în interiorul gurii, practic și-ar străpunge creierul. Așa că, alunecă în șanțuri aflate în exteriorul capului. Acesta este un pește ca un pom de Crăciun. Acest pește luminează cu totul. Nu este doar acea momeală; are proiectoare integrate. Pe burtă are niște organe luminoase ca niște pietre prețioase pe care le folosește pentru un tip de camuflaj ce îi șterge umbra, astfel că, atunci când înoată, dacă un prădător îl privește de jos, poate să dispară. Are organe luminoase în gură. Are organe luminoase în fiecare solz, în înotătoare, într-un strat mucilaginos de pe spate și în burtă, toate având roluri diferite, dintre care despre unele știm, despre altele nu.

Și mai știm câte ceva despre bioluminiscență mulțumită celor de la Pixar, și le sunt foarte recunoscătoare celor de la Pixar pentru că au împărtășit atât de multor oameni subiectul meu preferat. Mi-aș fi dorit totuși, cu bugetul lor, să fi alocat ceva mai mulți bani pentru a plăti un student postuniversitar sărac și muritor de foame, care le-ar fi putut spune că aceia sunt ochii unui pește conservat în formol. Aceștia sunt ochii unui pește viu din familia Lophiiformes. El are o nadă pe care o scoate în fața acestei capcane vii de dinți ascuțiți ca niște ace, pentru a atrage victime ce nu suspectează nimic. Iar acesta are o nadă din care ies tot felul de fire interesante.

Înainte credeam că forma diferențiată a nadelor este pentru a atrage victime diferite, dar analiza conținutului stomacului acestor pești, făcută de cercetători sau mai degrabă, de studenții lor, a demonstrat că majoritatea mănâncă cam același lucru. Acum credem că nadele de diverse forme există pentru ca masculii să recunoască femelele la specia Lophiiformes, pentru că mulți dintre masculi sunt ceea se numește masculi-pitici. Acest tip micuț nu are mijloace vizibile de a se întreține singur. Nu are o nadă pentru a atrage mâncarea și nici dinți pentru a o mânca. Singura lui speranță de viață pe acest pământ este aceea de a fi gigolo. Trebuie să-și găsească o iubită și apoi să se țină după ea întreaga viață. Așa că acest tip micuț și-a găsit o iubită, și veți vedea, că a avut bunul-simț să se atașeze de ea într-o poziție în care nu trebuie neapărat să se uite la ea. (Râsete) Dar totuși recunoaște un lucru de calitate atunci când îl vede, așa că pecetluiește relația cu un sărut etern. Carnea lui se unește cu a ei, sângele ei curge prin corpul lui, iar el devine nimic mai mult decât un sac de spermă. (Râsete) Aceasta este o versiune de apă adâncă a emancipării femeilor. Ea știe mereu unde se află el, iar ea nu trebuie să fie monogamă, pentru că unele dintre aceste femele au mai mulți masculi atașați.

Așa că o pot folosi pentru a găsi hrană și pentru a atrage partenere. O folosesc foarte mult și pentru apărare, în diverse feluri. Multe dintre ele își pot elibera luciferina, luferasa în apă exact cum un calmar sau o caracatiță eliberează norul de cerneală. Acest crevete, practic eliberează lumină din gură exact ca un dragon care aruncă flăcări pentru a orbi sau a distrage atenția acestui pește-viperă pentru ca acest crevete să poată înota către întuneric. Și sunt multe alte animale care pot face asta. Sunt meduzele, calmarii, o mulțime de alte crustacee.

Există și pești care fac asta. Acest pește se numește Sagamichtys abei; el are un tub luminos pe umăr care poate emite lumină. Iar eu am avut norocul să prind un specimen când eram într-o expediție în nord-vestul coastei africane, pentru ”Blue Planet”(documentar BBC), pentru secțiunea de adâncuri din documentar. Și am folosit o plasă de traul specială care ne-a permis să aducem aceste animale la suprafață vii. Așa că am prins unul dintre acești pești și l-am dus în laborator. Așa că îl țin, și mă pregătesc să ating acel tub de pe umăr, și când fac asta, veți vedea că emite bioluminiscență. Pentru mine a fost șocant să văd nu doar puterea luminii, ci și faptul că nu erau doar luciferină și luciferasă. La acest pește sunt practic celule întregi cu nuclee și membrane. Din punctul de vedere al energiei consumate, este foarte epuizant pentru acest pește, și nu avem nici o idee de ce face asta. Un alt mare mister care trebuie elucidat.

O altă formă de apărare este ceva ce se numește alarmă de hoți. Din același motiv pentru care aveți alarmă la mașină. Claxonul și luminile intermitente au scopul de a atrage atenția, în cel mai bun caz, poliției, care va veni și îi va lua pe hoți. Când un animal este prins în ghearele unui prădător, singura lui speranță de scăpare poate fi să atragă ceva mai mare și mai rău, care-l va ataca pe atacatorul său, oferindu-i astfel ocazia să scape. Spre exemplu, această meduză are o bioluminiscență spectaculoasă. Aceștia suntem noi care o urmărim din submersibil. Aceea nu este luminiscență, este lumină reflectată din organele sexuale. O capturăm într-un dispozitiv special din partea frontală a submersibilului, care ne permite să o aducem la suprafață în condiții perfecte, în laboratorul vasului. Iar pentru a genera luminiscența pe care urmează să o vedeți, tot ce am făcut a fost să o ating o dată pe secundă pe inelul nervos cu o scobitoare ascuțită care se aseamănă cu un dinte ascuțit de pește. Și o dată ce această manifestare se desfășoară, eu nu o mai ating. Este un spectacol de lumini incredibil. Este o roză a luminilor. Și am făcut un calcul conform căruia acesta poate fi văzut de un prădător chiar și de la 90 de metri depărtare. Și m-am gândit, știți, că este o nadă destul de bună. Pentru că, unul dintre lucrurile care mă frustrează ca explorator al adâncului apelor e cât de multe animale probabil că există în ocean despre care nu știm nimic din cauza felului în care explorăm oceanul.

Modul principal în care aflăm ce se află în ocean, este să întindem plase în spatele vaselor. Și vă provoc să numiți un alt domeniu al științei care încă depinde de o tehnologie veche de sute de ani. O altă metodă este să ne scufundăm cu submersibile și vehicule operate de la distanță. Am realizat sute de scufundări în submersibile. Deși când sunt într-un submersibil, știu că nu sunt total neobservabilă. Am lumini puternice și propulsatoare zgomotoase. Orice animal cu bun simț va fi de mult plecat. Așa că îmi doream de mult timp să găsesc o altă metodă de a explora.

Astfel că, cu ceva timp în urmă, am avut ideea acestui sistem cu cameră. Nu este chiar mare inginerie. Noi o numim Ochiul din Mare. Iar cercetătorii fac asta pe uscat de mulți ani, noi doar folosim o culoare pe care animalele nu o detectează, și apoi o cameră care detectează acea culoare. Nu poți folosi infraroșu în mare. Folosim lumină roșie îndepărtată, dar chiar și asta e o problemă pentru că este absorbită foarte repede. Am făcut o cameră cu focalizare mărită, am vrut să fac această meduză electronică. Problema în știință este că trebuie să le spui agențiilor de sponsorizare ce vei descoperi înainte să-ți dea banii. Iar eu nu știam ce voi descoperi, așa că nu am obținut sponsorizare pentru asta. Așa că am făcut proiectul, am convins clinica de inginerie Harvey Mudd să îl dezvolte ca proiect studențesc la început și apoi am strâns finanțare din o mulțime de alte surse.

Acvariul și Institutul de Cercetări Monterey Bay mi-au oferit timp cu vehiculul lor subacvatic controlat de la distanță pentru a-l testa și pentru a-mi da seama, spre exemplu, ce nuanțe de lumină roșie trebuie să folosim pentru a putea vedea animalele, fără ca ele să ne vadă și am pus meduza electronică în mișcare. Așa că puteți vedea ce operațiune pe sponci era cu adevărat, pentru că, atunci când am aprins cele 16 LED-uri albastre în epoxină - și puteți vedea că în forma de epoxină pe care am folosit-o cuvântul Ziploc este încă vizibil. Nu trebuie să mai spun, când faci lucrurile în felul ăsta, au fost o mulțime de încercări și probleme pentru a-l pune în mișcare. Dar a venit momentul când totul a fost pus cap la cap, și totul a funcționat, și remarcabil, momentul a fost surprins pe film de fotograful Mark Richards, care întâmplător a fost acolo în momentul în care am descoperit că totul a fuzionat. Eu sunt cea din stânga, studenta mea din acea perioadă, Erica Raymond, și Lee Fry, inginerul de proiect. Iar noi am pus această poză la loc de cinste în laboratorul nostru cu textul: ”Inginer satisface două femei în același timp.” Eram foarte foarte fericiți.

Acum aveam acest sistem pe care practic îl puteam duce într-un loc ce semăna cu o oază pe fundul oceanului care putea fi patrulată de prădători mari. Așa că, locul în care am dus-o este acest loc cu o salinitate foarte foarte mare aflat în partea de nord a Golfului Mexic. Este un loc minunat. Și știu că această secvență nu va semăna cu nimic pentru voi -- pe atunci aveam o cameră groaznică -- dar eram extaziată. Suntem la marginea zonei sărate. Un pește înoată către cameră. Evident nu este deranjat de noi. Eu aveam fereastra în adâncul mării. Pentru prima oară am putut să văd ce fac animalele acolo jos atunci când noi nu eram să le deranjăm în vreun fel. La patru ore după lansare, am programat meduza electronică să funcționeze pentru prima oară. După 86 de secunde, a început să se rotească, și a înregistrat asta. Acesta este un calmar, de peste doi metri lungime, atât de necunoscut științei, încât nu îl putem plasa în nicio familie științifică. Nu mi-aș fi putut dori o dovadă mai bună pentru a demonstra acest concept.

Și cu aceste dovezi m-am prezentat la Fundația Națională pentru Știință, și le-am spus, ”Asta este ceea ce vom descoperi.” Iar ei mi-au dat suficienți bani pentru a face totul cum trebuie, ce a inclus producerea primei camere subacvatice, care e instalată de un an în Canionul Monterey. Iar acum, mai recent, o formă modulară a acestui sistem, o formă mult mai mobilă, care este mult mai ușor de lansat și de recuperat, care sper că va putea fi folosită în ”zonele de speranță” ale Sylviei, pentru a ajuta la explorarea și protejarea acestor zone, și pentru mine, pentru a învăța mai multe despre bioluminiscență în aceste ”zone de speranță”.

Unul dintre lucrurile care trebuie reținute de aici este că încă mai avem foarte multe de învățat despre oceane, iar Sylvia a spus că noi distrugem oceanele înainte să aflăm ce se află în ele, și are dreptate. Așa că dacă vreodată aveți ocazia de a vă scufunda cu un submersibil, spuneți da, de mii de ori da, și vă rog să stingeți luminile. Vă promit, o să vă îndrăgostiți.

Vă mulțumesc.

(Aplauze)