Согласно результатам нового исследования, биолюминесценция впервые возникла у животных по меньшей мере 540 миллионов лет назад в группе морских беспозвоночных, известных как восьмилучевые кораллы (Octocorallia). Это отодвигает момент появления биолюминесценции у животных почти на 300 миллионов лет по сравнению с прежними представлениями ученых.
Биолюминесценция встречается в природе нередко. Светятся насекомые, бактерии, моллюски, простейшие, иглокожие, губки, водоросли, многоножки, рыбы. Как установили совсем недавно ученые, только у рыб способность к свечению в ходе эволюции независимо возникала 27 раз, а вообще в живой природе — как минимум 94 раза. Это неудивительно, ведь собственное освещение дает немало возможностей. Можно подавать сигналы сородичам или приглашать потенциальных брачных партнеров, можно отпугивать хищников, приманивать добычу, предупреждать о собственной ядовитости, маскироваться среди других источников света. Свечение возникает благодаря веществу люциферину, который окисляется кислородом, а ускоряет процесс окисления фермент люцифераза. Под действием люциферзы люциферин превращается в оксилюциферин, который в итоге испускает свет. Подробнее об этом явлении можно прочитать в особом очерке. До сих пор считалось, что самое раннее возникновение биолюминесценции у животных случилось около 267 миллионов лет назад у представителей класса мелких морских ракообразных, называемых ракушковыми, или остракодами (Ostracoda).
В поисках более раннего появления способности светиться биологи обратились к эволюционной истории восьмилучевых кораллов. Современных представители этих коралловых полипов действительно могут люминесцировать, как правило, в ответ на раздражение, например прикосновение. «Мы хотели выяснить время возникновения биолюминесценции, а восьмилучевые кораллы — одна из древнейших групп животных на планете, известных биолюминесценцией, — говорит ведущий автор исследования Даниэла Де Лео. — Итак, вопрос был в том, когда они развили эту способность».
В 2022 году старший автор нынешнего исследования Андреа Кваттрини, куратор отдела кораллов в Смитсоновском национальном музее естественной истории, вместе с Кэтрин Макфадден из Колледжа Харви Мадда построили чрезвычайно подробное и хорошо обоснованное эволюционное древо восьмилучевых кораллов на основе генетических данных 185 видов. В новой работе Андреа Кваттрини и Даниэла Де Лео сопоставили с этим древом два окаменевших образца древних восьмилучевых кораллов, определив их положение в соответствии с особенностями строения. Поскольку возраст окаменелостей был известен, ученые смогли датировать расхождение различных линий восьмилучевых кораллов. Затем при помощи статистических методов они определили, когда в ходе эволюции у этих кораллов возникла биолюминесценция.
Глубоководные кораллы, некоторые из которых являются биолюминесцентными. Фото: NOAA Office of Ocean Exploration and Research
«Если мы знаем, что определенные виды восьмилучевых кораллов, живущих сегодня, являются биолюминесцентными, мы можем использовать статистику, чтобы сделать вывод, с высокой ли вероятностью их предки тоже были биолюминесцентными или нет, — говорит Андреа Кваттрини. — Чем больше современных видов имеют общую черту, тем выше вероятность того, что в прошлом их предки, вероятно, тоже обладали этой чертой». Исследователи применили несколько различных статистических методов для реконструкции состояния предков кораллов, но все они приводили к одному и тому же результату: около 540 миллионов лет назад общий предок всех октокораллов, скорее всего, был биолюминесцентным.
Авторы исследования полагают, что высокое разнообразие восьмилучевых кораллов и относительно высокая частота биолюминесценции среди них позволяют предположить, что эта черта сыграла роль в эволюционном успехе группы. Функции биолюминесценции в жизни кораллов еще не ясны, но тот факт, что она сохранялась так долго, подчеркивает, насколько важной стала эта способность для их выживания. Теперь ученые намерены подробно изучить, какие из трех с лишним тысяч современных видов восьмилучевых кораллов могут светиться, а какие утратили эту особенность. Это может помочь выявить экологические обстоятельства, которые коррелируют со способностью к биолюминесценции, и пролить свет на ее функцию.
Сейчас Даниэла Де Лео вместе с несколькими коллегами работает над созданием генетического теста, позволяющего выяснить, есть ли у кораллов функциональные копии генов, ответственных за синтез люциферазы, необходимого для биолюминесценции фермента. Такой тест позволит быстро определить, способен ли данный коралл светиться.
Работа опубликована в журнале Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences.
