Was ist Biolumineszenz, die Ursprünge dieses wunderbaren Phänomens?

Biolumineszenz entstand vor etwa 540 Millionen Jahren unter Wasser.Oktokoralen, Vorfahren der Weichkorallen, entwickelten erstmals im Kambrium die Fähigkeit, Licht zu erzeugen.Geniales Werkzeug für Kommunikation, Raub und Verteidigung.

Seit Millionen von Jahren leuchten in jedem Moment Tausende von Lichtern in der Dunkelheit des Abgrunds. Wie Glühwürmchen, die im Meer unterwegs sind.Korallen, Algen, Fische, kleine Krebstiere oder unsichtbare Wirbellose leuchten, wenn sie in der Tiefe oszillieren oder zwischen den ans Ufer schlagenden Wellen glänzen.

Dort Biolumineszenz, die Fähigkeit von Lebewesen, durch chemische Reaktionen Licht zu erzeugen, ist ein komplexes, aber überraschend häufiges Phänomen im Tierreich, das sich mindestens 94 Mal unabhängig voneinander entwickelt hat.Bis heute ist es in etwa zu finden dreitausend Arten, aber schon vor 540 Millionen Jahren nutzten die Achtkorallen, die Vorfahren der Weichkorallen, Gorgonien und Seefische, sie für verschiedene Zwecke, unter anderem Beute anlocken und kommunizieren im dunkelsten Band der Meere, dem sogenannten aphotisch, also dorthin, wo das Licht der Sonne nicht hinkommt.Er hat es enthüllt eine neue Studie durchgeführt von Forschern des Smithsonian National Museum of Natural History in Washington, veröffentlicht in den Proceedings of the Royal Society B, die die Geburt der Biolumineszenz fast zur gleichen Zeit datieren doppelt so weit entfernt als bisher geschätzt.Tatsächlich ging man davon aus, dass der älteste Ursprung dieser biochemischen Fähigkeit auf die Zeit vor etwa 267 Millionen Jahren zurückgeht und dass sie im Jahr 2000 entstand Ostrakoden, kleine Krebstiere, die in der Lage sind, blaues Licht zu erzeugen, sogar auf synchronisierte Weise, wobei während der Fortpflanzungszeit Tausende von Exemplaren gleichzeitig beteiligt sind.Sie sind diejenigen, die tropische Strände in surreale und phosphoreszierende Landschaften verwandeln, wie ein Zauberspruch oder eine Zauberspiel.

Biolumineszenz war eine der ersten Kommunikationsformen in den Ozeanen, vielleicht eine der ersten auf der Erde.

Andrea Quattrini, Forscher 

Ein Phänomen, das in Geheimnisse gehüllt ist

Biolumineszenz ist das Produkt von chemische Reaktion zwischen dem Luciferin-Protein und dem Luciferase-Enzym, das die Lichtemission in lebenden Organismen bestimmt.In der Meeresumwelt erfolgt es über bestimmte Organe, d Photophoren, bestehend aus Zellen, die Photozyten genannt werden.

Ihr eigenes Licht zu produzieren ist Funktional für die Jagd, zur Verwirrung von Raubtieren und zur Tarnung, um auf Gefahr hinzuweisen, Beute zu betäuben, nach Partnern zu suchen.Und in der Tiefe, in einer dunklen Welt, isoliert in absoluter Stille, kann sogar ein kleiner Funke über Leben und Tod entscheiden.Die Strukturen, die die Lichtreaktion ermöglichen, sind im Laufe der Zeit nahezu identisch geblieben und kommen in lebenden Gruppen vor, die auf evolutionärer Ebene sehr weit voneinander entfernt sind, Zeugen eines allgegenwärtigen und recht häufigen Phänomens, dessen Geschichte lange Zeit von Geheimnissen umgeben war.Die Vergangenheit und die Mechanismen, die eine so weite Verbreitung ermöglicht haben, sind es tatsächlich sehr schwer zu studieren:Biolumineszenz ist ein Verhalten, das in Fossilien keine Spuren hinterlässt, und nach den Worten der Autoren der Studie „weiß niemand wirklich, warum das Phänomen in der Tierwelt auftrat“.

Um die Sache noch komplizierter zu machen, d Fossilien Biolumineszierende Organismen existieren oft gar nicht.DER Weichkorallen, Tatsächlich bilden sie keine Korallenriffe aus kalkhaltigem Material, sondern sie bauen Kolonien von Polypen Dabei wird eine flexible Struktur ausgestoßen, in die nur winzige Fragmente skelettartiger Materie eingebettet sind.

Genetische Analysen an Lichtbäumen

Um zu erklären, warum sich diese biochemische Fähigkeit entwickelte, war es Experten zufolge notwendig zu wissen, wann sie zum ersten Mal auf der Erde auftauchte.Die Forscher beschlossen daher, noch einmal in die Evolutionsgeschichte einzutauchen Oktokoralen, eine uralte Tiergruppe, die nur dann aufleuchtet, wenn sie von außen gestört wird.Dieser Zustand hat in der wissenschaftlichen Gemeinschaft schon immer großes Interesse geweckt im Jahr 2022 Andrea Quattrini und seine Mitarbeiter hatten eingehende genetische Analysen durchgeführt und die Phylogenie von 185 Arten rekonstruiert.Und in diesem Baum des Lebens identifizierten sie die Zweige, die die leuchtenden Arten enthielten.Dann, ausgehend von den beiden bekanntesten und unter Anwendung einer Reihe statistischer Techniken, es gelang ihnen, rechtzeitig zu platzieren der Ursprung des Phänomens.

Die kambrische Explosion

„Unsere Studie zeigt, dass Biolumineszenz mindestens seit dem Kambrium vor etwa 540 Millionen Jahren existiert, als Tiere erstmals von den Oberflächenbereichen der Ozeane in die Tiefen zogen, wo das Licht nicht hinkommt“, erklärt der Leiter der Studie .Und dann alles kommt zurück.Das war genau die Ära, in der die Erde von einer Besiedlung durch einfache, einzellige Organismen zu einer wurde eine außergewöhnliche Vielfalt an Lebensformen, wenn sich starke Anstiege und starke Rückgänge des Sauerstoffgehalts in der Atmosphäre abwechselten.Im Laufe von etwas mehr als dreizehn Millionen Jahren kam es zu einer raschen Diversifizierung neuer Tierarten, die als „Kambrische Explosion“ bekannt ist, mit evolutionären Höhepunkten und großen Artensterben.Und natürlich war es auch die Zeit, in der die ersten Rudimentare entwickelt wurden Lichtsensoren.

In so einem tollen Moment evolutionärer Übergang, Biolumineszenz ist geworden das geniale Kommunikationstool dass Korallen sich entwickelt haben, um Beute zu verwirren oder Raubtiere abzuschrecken.

Aber es gibt noch mehr.In der Studie betonten die Forscher das Abhängigkeit von Lichtreaktionen von der Anwesenheit von Sauerstoff im Wasser.Die Ergebnisse legen daher nahe, dass sich die Biolumineszenz als entwickelt hat Detox-Strategie um reaktive Formen von Sauerstoff aus dem Körper zu eliminieren, d freie Radikale, mit Lichtproduktion als sekundäres Nebenprodukt.

Die Fähigkeit, Licht zu erzeugen, ist in Lebensräumen, die mindestens zweihundert Meter unter dem Meeresspiegel liegen, weit verbreitet.Wir glauben daher, dass der Ursprung des Verhaltens möglicherweise mit einem Lebensstil in der Tiefsee zusammenhängt.Bei den biolumineszierenden Taxa, die eher an der Oberfläche leben, hätte die Diversifizierung jedoch erst in jüngerer Zeit stattgefunden.

Andrea Quattrini

Trotz der neuesten Nachrichten bleiben einige Fragen offen immer noch unbeantwortet.Wenn es wirklich so vorteilhaft war, warum verloren einige Arten dann die Fähigkeit zu leuchten?Und wie haben sie es verloren? Die Forschungsfront ist noch offen.Zukünftige Studien müssen das Gen, das für das Protein kodiert, besser analysieren Luciferase, die auch in nicht-biolumineszierenden Oktokoralen vorkommt, um die Mechanismen zu verstehen, die dazu führten, dass einige Gruppen dieses überraschende Talent verloren.Es wird spannend, sie zu entdecken ein neues Licht in der Dunkelheit des Wissens.