English
Bioluminescencja, fenomen emisji światła przez organizmy żywe, od dawna fascynuje naukowców i miłośników natury. Ostatnie badania wskazują, że pierwsze świecące organizmy pojawiły się w oceanach już pół miliarda lat temu i jest to znacznie wcześniej niż dotychczas przypuszczano. Badania te rzucają nowe światło na ewolucyjną adaptację, która pozwoliła tym organizmom nie tylko przetrwać, ale i funkcjonować w oceanach.
Bioluminescencja
Bioluminescencja to zjawisko naturalnego emitowania światła przez niektóre organizmy żywe, które zachodzi dzięki obecności specjalnych związków chemicznych, zazwyczaj są to lucyferyny (pigment) i lucyferazy (enzym). Reakcja biochemiczna między tymi związkami prowadzi do wytwarzania światła. Bioluminescencja występuje u różnych grup organizmów, w tym u niektórych bakterii, grzybów, owadów (jak świetliki), a także u organizmów morskich, takich jak meduzy, niektóre ryby i kałamarnice.
W ekosystemie głębinowym, bioluminescencja pełni wiele kluczowych funkcji, o których szerzej pisaliśmy w artykułach: Głęboko w ciemności – jak się żyje tam, gdzie słońce nie dociera? oraz Bioluminescencja – tajemnicze światło w oceanie.
Przypominamy jednak, że organizmy wykorzystują ją m.in. do:
- Przyciągania partnerów – w ciemnościach oceanu, światło może służyć jako sygnał dla potencjalnych partnerów, umożliwiając im znalezienie się nawzajem w celu rozrodu;
- Obrony przed drapieżnikami – niektóre organizmy używają bioluminescencji, aby zmylić lub odstraszyć drapieżniki. Na przykład, niektóre gatunki kałamarnic wypuszczają świetlisty atrament, aby zdezorientować napastnika i uciec;
- Polowania – niektóre drapieżne gatunki używają światła, aby przyciągnąć swoje ofiary. Na przykład, głębinowe ryby z rodziny linówkowatych posiadają specjalne latarnie, które emitują światło służące jako przynęta dla mniejszych ryb.
Światło w głębinach: najnowsze odkrycia
Naukowcy już wcześniej ustalili, że bioluminescencja jest cechą o starożytnym rodowodzie – około 267 mln lat temu pewna mała grupa skorupiaków, jako pierwsza zaczęła emitować własne światło. Jednakże najnowsze odkrycie jeszcze bardziej oddala początki bioluminescencji, bo o kolejne ok. 270 mln lat. Według badaczy już ok. 540 mln lat temu, starożytna grupa koralowców wykształciła umiejętność wytworzenia własnego światła [1].
To odkrycie nie tylko poszerza granice naszej wiedzy na temat początków bioluminescencji, lecz również rzuca nowe światło na ewolucyjne korzyści, jakie to zjawisko mogło oferować prymitywnym organizmom.
Nie mieliśmy pojęcia, że będzie tak stary – Danielle DeLeo, ewolucyjny biolog morski na Florida International University w Miami, autorka badania. Fakt, że ta cecha utrzymuje się przez setki milionów lat, na prawdę mówi nam, że zapewnia ona pewien rodzaj przewagi w sprawności fizycznej.
Najnowsze badania wskazują też, że mechanizmy bioluminescencji mogły ewoluować niezależnie, co najmniej 100 razy w różnych grupach organizmów. Mimo to, nie zawsze jest jasne, dlaczego doszło do ewolucji bioluminescencji w danych grupach.
Odkrycia z analizy genetycznej i skamieniałości
DeLeo i jej zespół w trakcie badania, analizowali duży zbiór danych dotyczących sekwencji genetycznych oraz rzadkiej dokumentacji skamieniałości oktokoralii, aby odtworzyć historię ewolucyjną tych zwierząt. Następnie, korzystając z modelu komputerowego, ocenili prawdopodobieństwo, że przodkowie tych gatunków byli bioluminescencyjni.
Wyniki modelu wykazały, że wspólny przodek wszystkich oktokorali, żyjący około 540 mln lat temu, prawdopodobnie wykazywał bioluminescencję. To odkrycie sugeruje, że biofluorescencja oparta na lucyferazie pojawiła się we wczesnym etapie ewolucji i została później utracona przez potomków oktokorali, którzy nie wykazywali tej cechy. Zatem bioluminescencja istniała co najmniej od okresu kambryjskiego (około 540 – 485 mln lat temu), kiedy to pierwsze gatunki zwierząt rozwinęły zdolność do wykształcenia oczu. To zaskakujące odkrycie, ponieważ bioluminescencja często ulegała zmianom w czasie ewolucji. Lucyferaza jest tylko jednym z mechanizmów, za pomocą których zwierzęta wytwarzają światło. Inne organizmy wykorzystują różne procesy chemiczne, aby uzyskać ten efekt. W przypadku oktokorali, system lucyferazy mógł ewoluować jako mechanizm obronny przeciwko stresom oksydacyjnym, a później został wykorzystany w komunikacji międzygatunkowej.
Tajemnice oceanów – kolejna zagadka oceanu rozwiązana
Analiza genetyczna oraz analiza skamieniałości była kluczowa dla zrozumienia ewolucji bioluminescencji. Prześledzenie zmian genetycznych wraz z dokumentacją skamieniałości pozwoliło na odtworzenie historii ewolucyjnej oktokoralii i ustalenie, że bioluminescencja istniała już od pół miliarda lat. To znaczące odkrycie, które poszerza naszą wiedzę na temat pierwotnych form życia i ewolucji, ale także przypomnieniem o tym, że wiele zagadek oceanu nadal pozostaje dla nas tajemnicą.
[1] DeLeo, DM, Bessho-Uehara, M., Haddock, SHD, McFadden, CS i Quattrini, AM Proc. R. Soc. B 291 , 20232626 (2024).
