光るサンゴから嘔吐するエビに至るまで、動物は何百万年もの間、生物発光を使ってコミュニケーションを行ってきました。科学者たちがまだそれについて分かっていないことは次のとおりです。

人類は長い間、光を発する生物に魅了されてきました。科学者であると同時に哲学者でもあったアリストテレスは、最初の詳細な著書を書きました。 彼が「冷たい光」と呼んだものの説明」 2000年以上前。最近では、第二次世界大戦の退役軍人のような先駆的な研究者が エメット・シャペル および深水没車両パイロット エディス・ウィダー は、新しい技術を使ってこの現象の研究を進めました。

少なくとも 94の生き物 体内の化学反応を通じて自らの光を生成します。これは生物発光と呼ばれる能力です。例としては次のものが挙げられます。 発光ホタル, 、を生み出す藻類。暗闇で光る」ベイ, 、小さな甲殻類と 複雑な求愛表現, 、深海魚やサンゴなど。しかし、広く発生しているにもかかわらず、科学者たちは、それがいつ、どこで最初に出現したか、あるいはその本来の機能をまだ知りません。

として 海洋生物学者 誰が 深海の生息地を専門とする, 、生物発光は特に 海でよくある. 。これは、光の生成が地球全体から生物に与える可能性があることを示しています。 生命の木 生存の可能性を高めるフィットネス上の利点。

私たちの研究は次のことに焦点を当てています 八木サンゴ – 体の柔らかいサンゴ 木のような形をしたウミウチワなど、世界中の海のさまざまな場所で見られます。彼らは多様であり、 古代の動物のグループ これには約 3,500 種が含まれており、その多くは生物発光性です。

オクトサンゴは海洋、特に深海にサンゴ園や動物の森を作り出すことができます。これらのコミュニティは、魚やサメを含む他の多くの動物に家や育苗場所を提供します。

すべての八木サンゴは同じものを使用します 生物発光への化学反応. 。2022 年の調査では、 これらのサンゴ間の進化的関係. 。これらの遺伝的つながりと、八サンゴ類の化石が存在するという事実により、これらの動物は、生物発光がいつ出現し、それが地質時代にどのように広がったかを調査するのに理想的な焦点となっています。

海上での生物発光のテスト

10 年以上前、私たちはさまざまな八サンゴ種の生物発光能力のテストを開始しました。輝く光を生成するには、サンゴを物理的または化学的に刺激する必要があります。

生物発光が初めて私たちの好奇心をそそられたのは、2014 年に R/V Celtic Explorer で上空を調査航海したときでした。 ウィタード キャニオン アイルランド南西海岸沖。私たちは、遠隔操作の車両によって深海底から収集された竹サンゴの組織サンプルを採取していました。

この車両にはマニピュレーター アームが装備されており、パイロットがサンゴの標本を収集し、サンゴ標本をサンプリング コンテナに入れて、車両が浮上する際に生物を生かして保護することができました。このサンプルが船に到着した後、照明が暗い部屋で鉗子を使ってサンゴのポリプを 1 つ取り出したところ、青い光のフラッシュが見えました。

それ以来、私たちは世界の協力者と協力してきました。 モントレーベイ水族館研究所 そして 東北大学 採集後の船上で、または低照度カメラを使用して海底でそれらを観察しているときに、どの種が光ることができるかを記録します。これまでに公開された記録と組み合わせると、約 60 種類のサンゴ種で生物発光が発生していることがわかっています。おそらくさらに多くの人が発見を待っているでしょう。

生物発光がいつ、そしてなぜ出現したのか

2024 年 4 月に発表された研究では、次のことを発表しました。 地質時代の最古の記録 地球上の生物発光のために。私たちは、この化学反応が以前の推定よりも数千年前に進化し、5 億 4,000 万年前と呼ばれる時代に地球上の生命が急速に多様化した頃であることを示しました。 カンブリア紀の爆発. 。私たちは、生物学者が種間の進化の関係を示すために使用するグラフィックツールである八サンゴ生命の樹に生物発光の存在をマッピングすることによってこれを決定しました。

当初、生物発光はエネルギーを減らすために進化した可能性があります。 フリーラジカル – 化学的に不安定な原子 細胞に損傷を与える可能性があります. 。しかし、ある時点からそれはコミュニケーションの形態へと進化しました。

私たちの結果は、光信号が海洋における最も初期のコミュニケーション形式であったことを示しており、また光を感知できる一部の動物が存在していることもわかっています。 カンブリア紀に進化した. 。私たちの研究は、動物が急速に多様化し、新しい生息地を占拠していた時代に、種間で光を伴う相互作用が起こったことを示しています。

光を得たり失ったり

私たちはさまざまな方法でサンゴの生物発光能力のテストを続けています。サンゴや他の動物の光の生成に関与する主な構成要素の 1 つは、 ルシフェラーゼという酵素. 。私たちは、DNA 配列データを使用して、生物発光の遺伝的可能性を調べるテストを開発しています。これにより、この形質の研究をより簡単かつ低侵襲にすることができます。

我々は、非生物発光性の八サンゴが依然として生物発光性を持っていることを示す予備的な証拠を持っている。 相同ルシフェラーゼ遺伝子 – すべての八サンゴ類の共通の祖先から受け継がれた遺伝的指示。光を発することができないサンゴがなぜこれらの遺伝子を保持しているのかは謎です。

科学者が現在の方法では検出できないような非常に低レベルの光を生成するのでしょうか?それともルシフェラーゼ遺伝子が機能していないのでしょうか？今後の研究により、なぜ一部の八サンゴ類が生物発光能力を失ったように見えるのか、そしてこの喪失がさまざまな生息地での生存にどのような影響を与えたのかが明らかになるかもしれない。

私たちの最近の結果は、多くのサンゴは浅い海に生息していますが、 深海の祖先 生物発光能力を保持していた。光がより多く入る浅い海ではこの能力が役に立たなくなり、一部のサンゴは時間の経過とともにこの能力を失った可能性があります。

また、昼間に餌を求めて深海から上向きに移動し、夜になると深海に戻るエビなど、他の生物で生物発光がどのように進化したかについても調査しています。これらの動物は変化する光条件にさらされ、光を生成します。 複数のユニークな方法.

注目すべき例としては、エビなどがあります。 発光化学物質を嘔吐する, 、捕食者を撃退するために発光噴出物を生成します。彼らはまた、体に沿って青色光を生成する外部生物発光器官を持っています。

このような生き物を研究することで、生物によって生成される光を含む、環境中のさまざまな量の光が生物発光の進化にどのように影響するかについての理解が深まります。 生物の視覚に影響を与える. 。これにより、地球上の生命が多様化していた約 5 億 4,000 万年前に、生物発光が目の進化と視覚にどのような影響を与えたかについての洞察が得られます。

サンゴが何億年もの間光を発することができたという事実は、この能力がサンゴの生存に大きく貢献したことを意味します。さらに、我々の発見は、生物発光が、特に深海において、多くの種類の動物にとって、地質時代を通じたコミュニケーションの重要な形態であったという考えを裏付けるものである。

この研究は、動物の初期の進化とコミュニケーションに関する新しいアイデアを私たちにもたらしました。新たな捕食者やより複雑な環境が出現し、急速に変化する時代において、光信号は動物に新しいコミュニケーション方法を与えました。海洋における感覚能力の向上は、このような状況では貴重であった可能性があります。おそらく生物発光は、深い時間における動物の起源と進化の研究において、まだ十分な注目を集めていないパズルの欠落したピースなのかもしれません。