Светящиеся морские существа освещают океаны уже более полумиллиарда лет

Новое исследование ветвящихся животных, известных как октокоралы, отодвигает первые дни биолюминесценции более чем на 200 миллионов лет назад.

23 апреля 2024 г., 19:01

Бамбуковый октокоралл Isidella sp. демонстрация биолюминесценции на Багамах в 2009 году. Сёнке Йонсен.

Множество существ освещают воды мира. От микроорганизмов, которые окрашивают прибрежные волны в электрический синий цвет по ночам, до глубоководных удильщиков, которые используют светящиеся приманки, чтобы соблазнить добычу, разнообразные морские существа излучают свет в результате природного явления, известного как биолюминесценция.

Теперь новое исследование обнаружило самый ранний пример биолюминесценции, отодвигая ее происхождение в самые ранние дни жизни животных. Около 540 миллионов лет назад океаны стали освещаться мягкими ветвистыми животными, называемыми октокоралами.

Исследование, опубликованное во вторник в журнале Proceedings of the Royal Society B биологом и научным сотрудником Национального музея естественной истории Даниэль ДеЛео и его коллегами, использует взаимоотношения октокораллов в наших современных океанах, чтобы работать в обратном направлении и разгадать, когда биолюминесценция впервые появилась в этих ветвистых видах. Животные.

Сегодня в морях октокораллы принимают самые разные формы: морские загоны, морские веера и мягкие кораллы. «Октокораллы — это кораллы с мягким телом, имеющие древовидную форму», — говорит ДеЛео. Эти существа получили свое название из-за симметричности их тел, состоящих из восьми частей. Часто «октокораллы могут создавать коралловые сады и леса животных в океанах, особенно в глубоководных районах, которые могут стать домом и даже местом обитания для множества других животных», добавляет она.

В новом исследовании исследователи сосредоточили внимание на октокораллах, поскольку большинство видов октокораллов светятся. Как и во всех биолюминесцентных организмах, фермент люцифераза взаимодействует с соединением люциферином, создавая свет среди октокораллов.

На данный момент зоологи подсчитали, что способность светиться у животных развивалась около 100 раз. Однако отследить, когда именно живые существа начали биолюминесценцию, сложно. До сих пор самым старым известным примером биолюминесценции были ракообразные возрастом 267 миллионов лет. ДеЛео и соавторы ожидали, что эта способность, вероятно, возникла еще дальше во времени. Октокораллы с их многочисленными светящимися видами кажутся хорошей группой для изучения в поисках дополнительных доказательств.

«Из-за преимущественно мягкого тела октокораллы не окаменевают так же хорошо, как твердые каменистые кораллы», — говорит ДеЛео. Иногда всем экспертам приходится работать с небольшими твердыми частями коралловой структуры, называемыми склеритами. Критическая биохимическая реакция также не может наблюдаться непосредственно в окаменелостях, и поэтому экспертам пришлось полагаться на другие доказательства, чтобы исследовать происхождение биологического свечения. В случае с октокораллами изучение их генеалогического древа и места их обитания в море помогло ДеЛео и соавторам определить, когда эти животные начали украшать океаны.

Колониальный ложнозолотой коралл Savalia sp. демонстрация биолюминесценции на Багамах в 2009 году. Сёнке Йонсен

Коралл Meta**llogorgia melanotrichos , глубоководный октокоралл, известный своей биолюминесцентной способностью. Управление по исследованию и исследованию океана НОАА, экспедиция к каньонам на северо-востоке США, 2013 г.

Глубоководный коралл Iridogorgia sp. Управление по исследованию и исследованию океана NOAA

Чтобы проследить за эволюцией биолюминесценции октокораллов, ДеЛео и его коллеги изучили генетическое сходство октокораллов и их родственников. Около 3500 видов октокораллов принадлежат к более крупной группе под названием Anthozoa, в которую входят кораллы и морские анемоны. Зоологи искали, какие виды генерируют биологический свет, чтобы определить, сколько раз эта способность развивалась у животных. «Мы смогли использовать генетическое сходство, чтобы расшифровать эволюционные взаимоотношения кораллов», — говорит ДеЛео, используя окаменелости кораллов, чтобы помочь откалибровать временную шкалу появления различных групп октокораллов. Исследователи также отслеживали глубину, на которой живут биолюминесцентные октокораллы, чтобы выяснить, эволюционировало ли излучение света на мелководье или в более темных глубинах океанов. И с помощью такой оценки современных октокораллов исследователи оценили, каким мог быть предок октокоралла и когда он жил.

Биолюминесценция настолько распространена у октокораллов с общими биологическими механизмами, что последний общий предок всей группы, должно быть, был биолюминесцентным, предполагают исследователи. Предок жил в начале кембрия, около 542 миллионов лет назад, когда жизнь на Земле процветала по-новому, а новые формы животных быстро диверсифицировались. ДеЛео и его коллеги также ожидают, что самые ранние светящиеся октокораллы возникли на мелководье, а затем распространились в глубокое море.

«Я считаю, что эта статья представляет убедительные доказательства происхождения биолюминесценции октокораллов в кембрийском периоде», — говорит зоолог Эмили Лау из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, которая не участвовала в исследовании. Даже если принять во внимание неизвестных групп восьмикораллов, биолюминесценция которых еще не зарегистрирована, имеющиеся данные указывают на то, что эта способность возникла однажды в группе сотни миллионов лет назад.

Исследование также поднимает новые вопросы. «Я воодушевлен этим открытием», — говорит Лау, отчасти потому, что исследование раскрывает загадку того, как такие организмы, как октокоралы, получают биологические соединения, необходимые для биолюминесценции. Несмотря на то, что светящимся морским организмам для биолюминесценции необходимо вещество под названием целентеразин, по ее словам, лишь немногие производят его самостоятельно. Вместо этого некоторые животные получают его через свой рацион. В случае с самыми ранними октокораллами, светящиеся листья производили собственный целентеразин или они потребляли какой-то другой организм, чтобы получить необходимое соединение? Теперь, когда временная шкала биолюминесценции октокораллов уточнена, исследователи могут начать глубже погружаться в то, как эта способность менялась на протяжении тысячелетий.

Развитие способности светиться на мелководье, вероятно, открыло октокораллам путь к дальнейшему расширению в глубины. «Известно, что наиболее распространенные семейства октокораллов, обитающие в темных глубоких водах, обладают биолюминесценцией», — говорит ДеЛео, намекая, что эта способность была важна для животных, растущих в темноте.

Древние октокораллы, вероятно, приобрели способность к биолюминесценции из-за биологической причуды. «Биолюминесцентный свет, вероятно, был побочным продуктом более древнего антиоксидантного пути», — говорит ДеЛео, или эволюции способа, позволяющего животным смягчать повреждения своего тела. По словам ДеЛео, по мере того, как эти пути развивались и становились более совершенными, обстоятельства по-прежнему благоприятствовали биолюминесценции.

«Биолюминесценция может помочь животным уклоняться от хищников, привлекать добычу и даже общаться с другими особями», — говорит ДеЛео. Биологическая причуда, произошедшая более полумиллиарда лет назад, в конечном итоге привела к тому, что моря светились от мелководья до самой глубины.