最新研究：至少在5.4亿年前生物发光就在动物中出现 这推翻了之前最古老的例子

十月份的竹子珊瑚2009年在巴哈马显示生物发光。来源:斯丹克约翰逊

　　根据史密森尼国家自然历史博物馆科学家的一项新研究结果,至少在5.4亿年前,在一组被称为八珊瑚的海洋无脊椎动物中,生物发光首先在动物身上发生。

　　结果,出版的四月二十三日皇家学会会议录b:生物科学,将以前的记录推回过去的近3亿年来,这种发光特性在动物中最古老的出现时间,并有一天能帮助科学家解读为什么产生光的能力首先会进化。

　　生物发光--生物通过化学反应产生光的能力--至少已经独立进化自然界94次参与各种行为,包括伪装,求爱,交流和狩猎。到目前为止,最早的起源生物发光动物被认为是大约2.67亿年前,在被称为.

　　但是,生物发光的起源一直是模糊不清的,这确实是一种启发性的特征。

　　"没有人知道为什么它最初是在动物身上进化出来的,"博物馆的珊瑚馆长、该研究的资深作者安德烈·奎特里尼说。

　　但对于奎特里尼和主要作者丹尼尔德雷奥,博物馆研究助理和前博士后,最终解决更大的问题,即为什么生物发光进化,他们需要知道什么时候这种能力首次出现在动物身上。

　　为了寻找该性状最早的起源,研究人员决定追溯到八珊瑚的进化历史,八珊瑚是一个进化上古老且经常发光的动物群体,包括软珊瑚、海扇和海笔。

　　像坚硬的珊瑚一样,八角珊瑚是微小的殖民地珊瑚虫,它分泌出一个框架,成为它们的避难所,但不像它们的石头亲属,这种结构通常是柔软的。发光的八角珊瑚通常只在碰撞或受到其他干扰时发光,这使得它们产生光线的能力的精确功能有点神秘。

中太平洋的各种各样的竹珊瑚和黄金珊瑚,深海的八角珊瑚被认为是生物发光的。来源:诺阿海洋勘探和研究办公室

　　德雷奥说:"我们想弄清楚生物发光的起源时间,而八角珊瑚是地球上已知的最古老的动物群之一。""那么,问题是他们是什么时候发展这种能力的?"

　　并非巧合的是,奎特利尼和凯瑟琳·麦克法登与哈维·穆德学院一起完成了一个极其详细的,有充分支持的2022年八角珊瑚进化树.奎特利尼和她的合作者利用遗传数据来自185种八珊瑚。

　　以这个进化树以…为基础遗传证据然后,德雷奥和奎特里尼根据它们的物理特征,将两个已知年龄的10月珊瑚化石放置在树内。科学家们能够利用化石的年代和它们各自在10月珊瑚进化树中的位置来大致计算出10月珊瑚的血统何时会分裂成两个或更多的分支。

　　接下来,研究小组绘制出了生物发光物种的系统发育分支。

　　随着进化树的年代和含有发光物种的分支标记,研究小组随后使用了一系列统计技术来进行分析,称为祖先状态重建。

　　奎特利尼说:"如果我们知道现在生活的这些八边形珊瑚是生物发光的,我们可以用统计数据推断它们的祖先是否极有可能是生物发光的。""拥有共同特征的生物物种越多,当你回到那些祖先可能也拥有这种特征的时代时,这种可能性就越大。"

一种宏伟的珊瑚,一种深海的八角珊瑚,众所周知具有生物发光性。来源:美国国家海洋与大气局海洋勘探和研究办公室

　　研究人员使用了许多不同的统计方法重建他们祖先的国家,但所有的结果都是相同的:大约5.4亿年前,所有八角珊瑚的共同祖先很可能是生物发光的。这比以前被称为动物最早生物发光进化的发光甲壳类甲壳动物早了2.73亿年。

　　德雷奥和奎特利尼说,八珊瑚数以千计的生命代表和相对较高的生物发光率表明,这一特性在该群体的进化成功中起了作用。虽然这进一步提出了一个问题,即八珊瑚究竟使用生物发光的目的是什么,但研究人员说,它被保留了这么长时间,这一事实凸显了这种交流方式对它们的健康和生存的重要性。

　　现在,研究人员知道所有八角珊瑚的共同祖先可能已经有能力产生自己的光,他们对更全面的统计该群体的3000多个生物物种中哪些还能发光,哪些已经失去了这一特性感兴趣。这可能有助于集中关注一系列与生物发光能力相关的生态环境,并有可能阐明其功能。

　　德雷奥说,为此,她和她的一些合作者正在努力建立一个基因测试,以确定10个珊瑚物种是否有荧光素酶(一种参与生物发光的酶)所包含的基因的功能拷贝。对于未知亮度的物种,这种测试将使研究人员能够以某种方式更快、更容易地获得答案。

　　除了阐明生物发光的起源外,本研究还提供了进化的背景和洞见,可以为当今对这些珊瑚的监测和管理提供参考。八珊瑚受到气候变化和资源开采活动的威胁,特别是捕鱼、石油和天然气开采和泄漏,最近还受到海洋矿物开采的威胁。

　　这项研究支持博物馆的海洋科学中心,旨在向全世界推广和分享海洋知识。德雷奥和奎特利尼说,科学家们还需要了解更多的东西,才能理解为什么产生光的能力首先进化,尽管他们的研究结果将其起源深深地放在进化时代,但未来的研究仍有可能发现生物发光更古老。

　　本研究包括佛罗里达国际大学、蒙特利湾水族研究所、名古屋大学、哈维穆德学院和圣克鲁斯加利福尼亚大学的作者。

　　更多信息:以十月份为重点的炭疽生物发光的演化皇家学会会议录b:生物科学(2024).