Біолюмінесценція використовується в усьому тваринному світі, особливо в морському середовищі. Щоб заманювати здобич, лякати хижаків і навіть діяти як камуфляж у навколишньому світлі.
«Ми завжди кажемо, що в морських глибинах освітлення обмежене, але є багато організмів, які виробляють власне світло», — сказала Андреа Куаттріні, зоолог зі Смітсонівського національного музею природної історії у Вашингтоні.
Сліпуче сяйво біолюмінесценції є поширеним у Octocorallia, також відомих як октокоралі, класу з понад 3000 видів Anthozoa. Включаючи морські віяла, морські ручки та м’які корали.
Поширеність біолюмінесценції у цих сидячих тварин має великий сенс, сказав доктор Кваттріні: «Вони десь осідають і вони там».
Як довго організми були здатні випромінювати світло, є центром останніх досліджень доктора Куаттріні та його колег. Їхнє останнє дослідження, опубліковане 23 квітня у журналі Proceedings of the Royal Society B, повертає час появи біолюмінесценції приблизно на 540 мільйонів років тому. З існуючого розуміння, що воно з’явилося у дрібних морських ракоподібних 267 мільйонів років тому.
Дослідники заснували свій висновок на нещодавній еволюційній роботі з восьмикорозними деревами. Скам’янілості восьмикорозних рослин і моделюванні, щоб простежити минуле предків крихітних організмів.
Вважається, що біолюмінесценція розвивалася майже 100 разів за всю історію, викликана простою хімічною реакцією. Коли молекула, що виробляє світло, називається люциферином, реагує з ферментом під назвою люцифераза.
«Ця здатність до біолюмінесценції дає цим тваринам певну перевагу у виживанні або фізичній формі», — сказала Даніель ДеЛео, провідний автор дослідження та біолог із Міжнародного університету Флориди та Смітсонівського національного музею природної історії.
Доктор ДеЛео вперше була зачарована дивовижним сяйвом більше десяти років тому. Коли вивчала вплив розливу нафти Deepwater Horizon у 2010 році на глибоководні громади.
Опускаючись на тисячу метрів під поверхню в підводному апараті, вона згадувала: «Ви дивишся у вікно, і все, що ви бачите, це біолюмінесценція».
Зараз вона вивчає біолюмінесценцію в ряді безхребетних, включаючи глибоководних креветок, які вивергають біолюмінесцентну блювоту. І протягом багатьох років цікавилася тим, коли вперше з’явилася ця проста, але приголомшлива форма спілкування.
Нове дослідження
Готуючи основу для відповіді на це запитання, у 2022 році доктор Кваттріні та її колишній радник Кетрін Макфадден з коледжу Гарві Мадда в Каліфорнії, яка також є автором нового дослідження, переглянули восьмикорозове дерево життя на основі нових генетичних даних.
У новому дослідженні дослідники включили датовані скам’янілості восьмикорозних, щоб визначити, коли гілки на дереві розходяться.
Потім вони зібрали дані про наявність або відсутність біолюмінесценції у якомога більшої кількості цих видів, спираючись на попередні дослідження, а також на свою постійну роботу. Звідти вони використали серію статистичних моделей, щоб працювати назад у часі, протягом сотень мільйонів років, щоб обчислити ймовірність біолюмінесценції для кожного спільного предка на дереві.
Кожна ітерація аналізу приводила їх до одного висновку: біолюмінесценція вперше виникла у спільного предка восьмикоралів приблизно 540 мільйонів років тому, приблизно на початку кембрійської ери.
Це було безпосередньо перед або на початку кембрійського вибуху, коли виникла величезна кількість нових, більш складних видів.
«Сприйняття світла вже розвинулося на той час», але не зовсім у формі очей, сказала Олена Боллаті, морський біолог з Копенгагенського університету, яка не брала участі в дослідженні. «Хижаки також не були поширеними до кембрійського вибуху, — додала вона, — тому це має цікаві наслідки щодо початкової функції біолюмінесценції».
Ця робота підтверджує давню теорію про те, що, оскільки хімічна реакція, яка лежить в основі біолюмінесценції, споживає кисень, біолюмінесценція спочатку розвинулась як механізм захисту від виробництва небезпечних кисневмісних молекул, які називаються вільними радикалами. Свічення, можливо, було лише побічним продуктом, але, як виявилося, корисним.
«Ви можете піклуватися про кисень, ви можете створювати світло, і, можливо, ви можете відлякувати хижаків або приваблювати здобич, і тоді ви досягнете успіху в майбутніх поколіннях», — сказала доктор Кватріні.
Зараз дослідники зосереджені на генетичному тесті, який, використовуючи лише невеликий шматочок тканини, оцінить, чи функціонує фермент люцифераза тварини, що свідчить про те, що вона може біолюмінесцирувати. За словами доктора ДеЛео, ця техніка позбавить від необхідності збирати цілу колонію октокоралів, щоб фізично перевірити, чи вони світяться. Допомагаючи захистити цих істот від потенційних загроз буріння нафти, риболовлі та інших антропогенних небезпек.