Многие морские организмы, включая морских червей, некоторых медуз, морские маринованные огурцы и многое другое, могут излучать эфирное свечение благодаря процессу, называемому биолюминесценцией. Эволюционное происхождение этого производства света остается загадкой, но международная группа ученых обнаружила, что биолюминесценция, возможно, впервые развилась у группы морских беспозвоночных, называемых октокоралами, по крайней мере, 540 миллионов лет назад – почти на 300 миллионов лет раньше, чем считалось ранее. Эта новая временная шкала может помочь ученым разгадать историю происхождения биолюминесценции. Выводы подробно изложены в исследовании, опубликованном 23 апреля в журнале Proceedings of the Royal Society B.
Что такое биолюминесценция?
Биолюминесцентные организмы производят свет посредством химических реакций. Эта способность независимо развивалась по крайней мере 94 раза в природе. Биолюминесценция участвует во множестве форм поведения животных, включая общение, ухаживание, маскировку и охоту. Светлячки, светлячки и даже некоторые виды грибов на суше также считаются биолюминесцентными организмами.
“Никто точно не знает, почему она впервые развилась у животных”, - сказал в заявлении Андреа Кваттрини, соавтор исследования и куратор кораллов Смитсоновского музея естественной истории.
Считалось, что самый ранний датированный пример биолюминесценции у животных произошел примерно 267 миллионов лет назад у мелких морских ракообразных, известных заполненным слизью синхронным брачным танцем, называемых остракодами, пока это новое исследование не повернуло время вспять.
Эволюционное древо октокоралей
В исследовании команда обратилась к эволюционной истории октокораловых, чтобы найти ключи к разгадке того, когда она впервые появилась у животных. Октокоралы - древняя и часто биолюминесцентная группа живых животных, включающая морских веероголовых, морских загончиков и мягких кораллов. Точно так же, как твердые кораллы, октокоралы представляют собой крошечные колониальные полипы, образующие структуру рифа, но они в основном мягкотелые, а не каменистые. Светящиеся октокоралы обычно загораются, когда на них натыкаются или иным образом беспокоят. По словам команды, это делает точную функцию их способности производить свет немного загадочной
“Мы хотели выяснить сроки возникновения биолюминесценции, и октокоралы - одна из древнейших групп животных на планете, которые, как известно, способны к биолюминесценции”, - соавтор исследования и аспирант Смитсоновского национального музея естественной истории Даниэль ДеЛео сказала в заявлении. “Итак, вопрос был в том, когда они развили эту способность?”
Они обратились к подробному эволюционному древу октокоралов, которое было построено в 2022 году. В этой карте эволюционных взаимоотношений – или филогении – использовались генетические данные 185 различных видов октокораловых. Затем команда поместила две окаменелости октокоралей известного возраста внутри дерева, основываясь на их физических особенностях. Они смогли использовать возраст окаменелостей и их соответствующее положение в эволюционном древе, чтобы примерно определить, когда линии октокоров разделились на две или более ветви. В конечном итоге команда наметила эволюционные взаимосвязи, которые характеризовали все известные биолюминесцентные виды, живущие сегодня.
С этим эволюционным деревом и ветвями, на которых были помечены биолюминесцентные виды, команда использовала статистический метод, называемый реконструкцией состояния предков, для анализа взаимоотношений между видами.
“Если мы знаем, что эти виды октокоралов, живущих сегодня, являются биолюминесцентными, мы можем использовать статистику, чтобы сделать вывод, была ли высока вероятность того, что их предки были биолюминесцентными или нет”, - сказал Кваттрини. “Чем больше живых видов обладают общим признаком, тем выше вероятность того, что при перемещении назад во времени эти предки, вероятно, тоже обладали этим признаком”.
Множество различных статистических методов привели к одному и тому же результату. Около 540 миллионов лет назад общий предок всех октокоралевых, весьма вероятно, был биолюминесцентным. Это примерно на 273 миллиона лет раньше, чем у остракодовых ракообразных, которые ранее считались самым ранним эволюционным примером биолюминесценции у животных.
По мнению команды, тысячи живых видов октокоралов и относительно высокая частота биолюминесценции позволяют предположить, что свечение сыграло определенную роль в эволюционном успехе группы. Хотя это точно не отвечает на вопрос, для чего октокоралы используют биолюминесценцию, тот факт, что она так долго продавалась в розницу, показывает, насколько важной стала эта форма коммуникации для их выживания.
Последствия для сохранения
Теперь, когда команда знает, что общий предок всех октокораловых, вероятно, уже мог излучать собственное внутреннее свечение, они заинтересованы в проведении более тщательного подсчета того, какие из более 3000 известных ныне живущих видовгруппы все еще биолюминесцентны, а какие со временем утратили этот признак. Это может помочь им точно определить набор экологических обстоятельств, которые коррелируют с биолюминесценцией, и потенциально пролить некоторый свет на ее функцию.
Команда также работает над созданием генетического теста, чтобы определить, есть ли у октокоровых видов функциональные копии генов люциферазы – фермента, участвующего в биолюминесценции. Будущие исследования могут даже показать, что биолюминесценция еще более древняя и встроена в эволюционную историю кораллов.
Исследование также указывает на эволюционное понимание, которое могло бы помочь отслеживать октокоралы в современных океанах и управлять ими. В настоящее время им угрожают добыча полезных ископаемых, рыболовство, добыча нефти и газа и их разливы, а также антропогенное изменение климата.
Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) недавно подтвердило, что в настоящее время на планете наблюдается четвертое за всю историю наблюдений глобальное обесцвечивание кораллов и второе за последние 10 лет из-за теплового стресса, вызванного растущим потеплением океанов. Октокоралы могут обесцвечиваться так же, как твердые кораллы при экстремальных температурах. Понимание большего о том, как они используют биолюминесценцию, могло бы помочь ученым лучше определять среду их обитания и отслеживать их поведение. Лучшее знание их генетики и того, что им нужно для выживания, также может послужить основой для более эффективной политики сохранения этих морских организмов.