Китайские ученые опровергли популярную гипотезу о том, что светлячки начали светиться, чтобы отпугивать хищников. С помощью геномного анализа удалось доказать, что биолюминесценция этих насекомых не развивалась как предупреждение о том, что они токсичны и несъедобны. Исследование опубликовано в журнале PNAS Nexus.
Принято считать, что огоньки светлячков сейчас используются как средство коммуникации (в частности, как сигнал к спариванию), а изначально эта способность развилась для защиты от врагов. Именно так объясняют тот факт, что светятся не только взрослые особи, но и яйца, личинки и куколки.
Биолог Ин Чжэнь и его коллеги из университета Уэстлейка решили проверить эту версию. Они составили генеалогическое древо светлячков и проследили эволюцию люцибуфагинов — химических соединений, которые делают жучков токсичными. Команда изучила 16 видов семейства Lampyridae, собранных по всему Китаю, сопоставив их с образцами из коллекций и генетическими данными. В общей сложности авторы собрали информацию о геномах 41 вида. У каждого из них авторы искали люцибуфагины с помощью жидкостной хроматографии с тандемной масс-спектрометрией. Этот двойной метод используется для анализа биохимических соединений: хроматография — для физического разделения жидкостей, масс-спектрометрия — для идентификации отдельных компонентов.
Люцибуфагины были обнаружены только в одном подсемействе светлячков, тогда как биолюминесценция широко распространена во всем семействе. Это свидетельствует о том, что токсины эволюционировали уже после развития биолюминесценции. Так почему же светлячки впервые начали светиться?
Ранее было известно, что биолюминесценцию светлячков обеспечивает люциферин — субстрат с антиоксидантными свойствами. Биологи выяснили, что предки этих насекомых эволюционировали и распространялись по Земле тогда, когда уровень кислорода в атмосфере постоянно повышался после катастрофического снижения. Поэтому авторы исследования предположили, что светлячки развили биолюминесценцию, чтобы справляться с усиливающимся окислительным стрессом в жаркой и сухой среде.