Біолюмінесценція зародилася в безодні 540 мільйонів років тому, – дослідження

У найтемніших куточках планети, куди ніколи не потрапляє сонячне світло, все ще можна знайти моторошне сяйво, що висвітлює тіні.

Це біолюмінесценція – дивовижна здатність, яка еволюціонувала окремо щонайменше 94 рази за всю історію життя на Землі. Біолюмінесцентні організми можуть використовувати хімічні реакції, щоб виробляти власне світіння – інструмент, який використовується для різних цілей різними істотами, які ним володіють.

Тепер вчені простежили цей інструмент до його найдавніших відомих еволюційних витоків: класу коралів під назвою Octocorallia в глибинах океану в Кембрії, близько 540 мільйонів років тому. Це більш ніж удвічі перевищує вік попереднього володаря титулу – крихітного глибоководного ракоподібного, що жив 267 мільйонів років тому.

“Ми хотіли з’ясувати час виникнення біолюмінесценції, а октокорали – одна з найстаріших груп тварин на планеті, які здатні до біолюмінесценції”, – говорить морський біолог і провідний автор дослідження Даніель ДеЛео зі Смітсонівського інституту та Міжнародного університету Флориди.

“Отже, питання полягало в тому, коли вони розвинули цю здатність?”

Октокорали – це дивовижна група істот. Як і інші корали, вони складаються з поліпів, які групуються разом, утворюючи колонію, часто живучи на каркасі, зробленому з їхніх кальцинованих виділень. Однак октокорали, які отримали свою назву завдяки восьмикратній симетрії поліпів, мають м’якший скелет, ніж їхні жорсткі родичі.

Відомо, що деякі з них також світяться біолюмінесценцією, але причина цього є дещо загадковою, оскільки вони роблять це лише тоді, коли їх турбують. Вчені припускають, що це може бути принадою для здобичі або для хижаків, які приходять і з’їдають менших риб, що харчуються коралами і пошкоджують їх.

Оскільки корали є одними з найдавніших організмів на планеті, а октокорали, як відомо, світяться, ДеЛео та її колеги вирішили, що ці організми можуть бути найкращим місцем для пошуку ранніх витоків біолюмінесценції. І основа вже була закладена: у 2022 році було опубліковано детальне родовідне дерево октокоралових, в якому були використані генетичні дані 185 таксонів октокоралових.

Наступним кроком стало виявлення та відстеження родоводів відомих видів біолюмінесцентних октокоралових, зібраних в рамках польових досліджень, проведених морськими біологами Манабу Бессхо-Уехара з Нагойського університету в Японії та Андреа Кватріні зі Смітсонівського інституту.

Їхні вилазки на морське дно виявили раніше невідому біолюмінесценцію у п’яти типів октокоралів – відкриття, яке вони можуть використати для наступного кроку, аналізу, який називається реконструкцією предкового стану.

“Якщо ми знаємо, що ці види октокоралів, які живуть сьогодні, є біолюмінесцентними, ми можемо використовувати статистику, щоб зробити висновок, чи були їхні предки з високою ймовірністю біолюмінесцентними, чи ні”, – пояснює Куаттріні.

“Чим більше живих видів з цією ознакою, тим вища ймовірність того, що коли ви рухаєтесь назад у часі, ці предки, ймовірно, також мали цю ознаку”.

Команда провела кілька різних статистичних аналізів, і всі вони дали схожий результат: біолюмінесценція вперше з’явилася у спільного предка всіх восьминогих близько 540 мільйонів років тому. У той час багатоклітинне життя ще тільки зароджувалося, але в кембрійському океані вже існували морські безхребетні з очима, здатними розпізнавати світло.

Поява біолюмінесценції в той самий час свідчить про певну міжвидову взаємодію і може допомогти з’ясувати, чому ця здатність розвинулася.

Але залишається ще одне величезне питання. Якщо спільний предок тисяч видів восьминогих, що живуть сьогодні, мав біолюмінесценцію, то чому так мало з них мають її зараз? І як вони її втратили? Це наступний крок, який може пролити більше світла на дивну екологію Кембрійського океану.