Что такое биолюминесценция, истоки этого чудесного явления

Биолюминесценция зародилась под водой около 540 миллионов лет назад.Октокораллы, предки мягких кораллов, впервые развили способность производить свет в кембрийский период.Гениальный инструмент для общения, хищничества и защиты.

В каждый момент, на протяжении миллионов лет, во тьме бездны зажигались тысячи огней. Как светлячки, путешествующие по морю.Кораллы, водоросли, рыбы, мелкие ракообразные или невидимые беспозвоночные сияют, колеблясь на глубине, или сияют среди волн, разбивающихся о берег.

Там биолюминесценция, Способность живых существ производить свет посредством химических реакций — сложное, но удивительно распространенное явление в животном мире, которое развивалось независимо по меньшей мере 94 раза.На сегодняшний день его обнаружено примерно три тысячи видов, но уже 540 миллионов лет назад октокораллы, предки мягких кораллов, горгонарий и морских загонов, использовали их для различных функций, в том числе привлекать добычу и общаться в самой темной полосе морей, так называемой афотический, то есть туда, куда не достигает свет Солнца.Он раскрыл это новое исследование проведено исследователями Смитсоновского национального музея естественной истории в Вашингтоне. опубликовано в Трудах королевского общества Б, датирующих зарождение биолюминесценции почти тем же временем в два раза удаленнее чем предполагалось на данный момент.Фактически считалось, что самое древнее происхождение этой биохимической способности датируется примерно 267 миллионами лет назад и что она возникла в остракоды, маленькие ракообразные, способные излучать синий свет даже синхронно, задействуя в унисон тысячи особей в течение репродуктивного периода.Именно они превращают тропические пляжи в сюрреалистические и фосфоресцирующие пейзажи, словно заклинание или заклинание. волшебная игра.

Биолюминесценция была одной из первых форм общения в океанах, возможно, одной из первых на Земле.

Андреа Кваттрини, исследователь 

Явление, окутанное тайной

Биолюминесценция – продукт химическая реакция между белком люциферином и ферментом люциферазой, определяющим излучение света в живых организмах.В морской среде это происходит через определенные органы, т.е. фотофоры, состоящие из клеток, называемых фотоцитами.

Производство собственного света — это функционал для охоты, отпугивания хищников и маскировки, для обозначения опасности, оглушения добычи, поиска партнёров.А в глубинах, в темном мире, изолированном в абсолютной тишине, даже маленькая искра может стать решающим фактором между жизнью и смертью.Структуры, обеспечивающие световую реакцию, с течением времени остались практически идентичными и присутствуют в очень далеких друг от друга на эволюционном уровне живых группах, свидетелях повсеместного и довольно распространенного явления, история которого долгое время оставалась окутанной тайной.Прошлое и механизмы, которые позволили столь широкое распространение, по сути, очень трудно учиться:биолюминесценция — это поведение, которое не оставляет следов в окаменелостях и, по словам авторов исследования, «никто толком не знает, почему это явление появилось в животном мире».

Чтобы еще больше усложнить дело, я окаменелости биолюминесцентные организмы часто даже не существуют.ТО мягкие кораллы, На самом деле они не образуют коралловые рифы из известкового материала, а строят колонии полипов выталкивая гибкую структуру, в которой заключены лишь крошечные фрагменты скелетообразной материи.

Генетический анализ деревьев света

Чтобы объяснить, почему развилась эта биохимическая способность, по мнению экспертов, необходимо было знать, когда она впервые появилась на Земле.Поэтому исследователи решили углубиться в историю эволюции. восьмикораллы, древняя группа животных, которые загораются, только если их потревожить извне.Это состояние всегда вызывало большой интерес в научном сообществе, причем в 2022 году Андреа Кваттрини и его сотрудники провели углубленный генетический анализ, реконструировав филогению 185 видов.И именно внутри этого древа жизни они определили ветви, содержащие светящиеся виды.Затем, начав с двух наиболее известных и применив ряд статистических методов, им удалось вовремя разместить происхождение явления.

Кембрийский взрыв

«Наше исследование показывает, что биолюминесценция существовала как минимум с кембрийского периода, около 540 миллионов лет назад, когда животные впервые переселились с поверхностных участков океанов на глубины, куда не достигает света», — пояснил руководитель исследования. .А потом все возвращается.Именно в эту эпоху Земля превратилась из населённой простыми одноклеточными организмами в исключительное разнообразие форм жизни, когда в атмосфере чередовались сильные повышения и резкие понижения содержания кислорода.В течение чуть более тринадцати миллионов лет произошла быстрая диверсификация новых видов животных, известная как «Кембрийский взрыв» с эволюционными пиками и великими вымираниями.И, разумеется, это был также период, когда были разработаны первые зачатки датчики света.

В такой великий момент эволюционный переход, биолюминесценция стала гениальный инструмент общения что кораллы появились, чтобы сбивать с толку добычу или отпугивать хищников.

Но это еще не все.В ходе исследования ученые подчеркнули зависимость световых реакций от наличия кислорода в воде.Таким образом, полученные данные позволяют предположить, что биолюминесценция развивалась как стратегия детоксикации для выведения из организма реактивных форм кислорода, т.е. свободные радикалы, с легким производством в качестве вторичного побочного продукта.

Способность производить свет широко распространена в местах обитания на глубине как минимум двухсот метров ниже уровня моря.Поэтому мы считаем, что происхождение такого поведения может быть связано с глубоководным образом жизни.Однако для биолюминесцентных таксонов, которые живут больше на поверхности, диверсификация произошла бы в более позднюю эпоху.

Андреа Кваттрини

Несмотря на последние новости, некоторые вопросы остаются. все еще без ответа.Если это действительно было так выгодно, почему некоторые виды потеряли способность светиться?И как они это потеряли? Фронт исследований все еще открыт.Будущие исследования должны будут лучше проанализировать ген, который кодирует белок. люцифераза, также присутствующий у небиолюминесцентных октокораллов, чтобы понять механизмы, которые привели некоторые группы к утрате этого удивительного таланта.Обнаружив их, включится новый свет во тьме знания.