Когда лохматый бамбуковый коралл (Isidella tentaculum) толкается рукой дистанционно управляемого подводного аппарата, его конечности начинают сверкать голубоватым светом. Блеск проникает в черноту глубокого моря, где множество октокораллов — древней и разнообразной группы морских беспозвоночных, включающей морские загоны в форме перьев, бамбуковые кораллы и другие мягкие кораллы и колышущиеся морские вееры — образуют пышные подводные сады.
Около трех четвертей всех подводных животных могут генерировать собственный свет, но происхождение этой способности окутано тайной. Исследование, опубликованное в Proceedings of the Royal Society B, предполагает, что эта черта возникла у октокораллов по меньшей мере 540 миллионов лет назад — почти на 300 миллионов лет раньше, чем предполагали ученые. Результаты демонстрируют, как много нам еще предстоит узнать о существах, освещающих океаны Земли.
Большинство биолюминесцентных животных используют одну и ту же основную химическую реакцию: фермент люцифераза присоединяет кислород к соединению, известному как люциферин, производя свет в качестве побочного продукта. Предыдущие исследования показывают, что эта способность развивалась по меньшей мере 94 раза, хотя некоторые группы животных, которые преимущественно являются биолюминесцентными, содержат несколько «тусклых» представителей, что предполагает, что основной химический механизм был внезапно утерян.
До недавнего времени ученые полагали, что биолюминесценция у животных впервые появилась 267 миллионов лет назад у остракод — группы крошечных морских ракообразных, обычно называемых «морскими светлячками», которые используют биолюминесцентную слизь для проведения мерцающих брачных игр. Однако недавние исследования намекнули, что даже более древние предки современных восьмикораллов также могли производить свет. Но в то время как многие биолюминесцентные морские животные используют свои способности для охоты, общения или привлечения партнеров, октокоралы обычно светятся только при ударе, поэтому точная функция их излучения остается неясной.
«Мы не совсем уверены, почему кораллы в настоящее время используют биолюминесценцию», — говорит Даниэль ДеЛео, морской биолог Смитсоновского института и ведущий автор нового исследования.
Чтобы узнать больше, ДеЛео и ее коллеги секвенировали геномы октокораллов и протестировали живых животных, чтобы построить подробное эволюционное дерево, которое они откалибровали с использованием окаменелостей с известным возрастом, и наметили, какие современные виды октокораллов светятся, а какие нет. Основываясь на времени генерации и том, сколько времени потребуется для развития генетических различий между видами, они затем оценили, как давно жил самый ранний общий предок светящихся восьмикораллов.
Исследователи обнаружили, что предки октокораллов освещали океан около 540 миллионов лет назад — за сотни миллионов лет до того, как остракоды начали выплевывать светящуюся слизь.
Это «прорыв» в понимании эволюции биолюминесценции, говорит Эдит Виддер, морской биолог и глава Ассоциации исследования и охраны океана, специализирующаяся на биолюминесценции.
Хотя современные восьмикораллы обитают на разных глубинах, их предки преимущественно населяли глубины океана, отмечает ДеЛео. В этих темных условиях способность светиться могла помочь им заманить добычу, общаться или дать какое-то другое преимущество.
«В глубоком море животные, производящие собственный свет, — это образ жизни», — говорит Джеймс Морин, морской биолог из Корнелльского университета, чьи исследования заложили основу для нашего нынешнего понимания биолюминесценции остракод.
Тем не менее, исследователи не уверены, почему эта черта появилась вообще. Как отмечает Виддер, многие люциферины являются отличными «поглотителями» вредных, нестабильных молекул кислорода, известных как свободные радикалы, поэтому этот путь, возможно, изначально эволюционировал для защиты клеток от этого окислительного стресса. Поначалу световое излучение могло быть в основном побочным продуктом. ДеЛео говорит, что биолюминесценция может также действовать как своего рода «охранная сигнализация» для восьмикораллов, позволяя им отпугивать потенциальных хищников.
В будущем она и ее коллеги планируют использовать свое генеалогическое древо октокораллов, чтобы предсказать, сколько современных видов сохранили способность производить свет, а какие, возможно, со временем утратили эту способность. При этом они надеются разгадать тайны неизученных и пока неизвестных науке кораллов.
«Еще так много предстоит открыть», — говорит она. — «Количество разнообразия, которое еще предстоит картировать и исследовать в океанах, огромно».
