Новое исследование описывает биолюминесцентный ген, который может быть причиной того, что так называемые «морские огурцы» или пиросомы, свободно плавающие под водой колонии из тысяч крошечных животных, отражают сине-зеленый свет. В случае подтверждения открытие станет первым биолюминесцентным геном, идентифицированным у хордовых - группы, в которую входят все позвоночные, а также несколько типов беспозвоночных: асцидии (включая пиросомы) и ланцетники. Исследование опубликовано сегодня в журнале Scientific Reports.
«Мы знаем, что на древе жизни есть много сотен организмов, которые могут излучать свет, и что они делают это по разным причинам», - сказал соавтор Майкл Тесслер, доцент Университета Св. Фрэнсиса, который проводил исследование, будучи научным сотрудником в Американском музее естественной истории. «Наша работа предполагает, что существует общий ген, общий по крайней мере для некоторых животных, который с небольшими изменениями может быть ответственным за эту биолюминесценцию. звезда и морской огурец, оказались с одинаковой способностью светиться."
Идея этого исследования возникла в 2017 году, когда соавтор Дэвид Грубер, научный сотрудник музея и президентский профессор Колледжа Баруха, находился у берегов Бразилии, тестируя новый инструмент для сбора, оснащенный подводным аппаратом: мягкий робот. руки, предназначенные для нежного захвата нежных морских существ. Экспедиционная группа, в которую входил куратор музея Джон Спаркс и финансировалась Фондом семьи Далио и OceanX, собрала набор пиросом размером со сосиску (Pyrosoma atlanticum)..
Эти студенистые колонии состоят из сотен крошечных животных, называемых зооидами, у каждого из которых есть сердце и мозг, которые работают вместе, чтобы двигаться, есть и дышать. Название пиросомы, которое на греческом языке переводится как «огненное тело», происходит от их уникальных биолюминесцентных дисплеев, которые, в отличие от многих биолюминесцентных животных, могут активироваться светом. В то время как пиросомы привлекали внимание естествоиспытателей в 17 и 18 веках, многие из самых основных фактов об их биолюминесценции остаются неуловимыми.
Понимание биохимического пути биолюминесценции пиросом представляет особый интерес, потому что, как хордовые, эти животные гораздо более тесно связаны с позвоночными - и с нами, людьми, - чем многие из более традиционных биолюминесцентных существ, которые могли бы прийти к Имейте в виду такие вещи, как медузы или светлячки, - сказал Грубер.
Как и другие биолюминесцентные организмы, пиросомы полагаются на химическую реакцию между субстратом (люциферином) и геном (люциферазой) для получения света. Исследователи обнаружили, что смешивание распространенного типа люциферина, называемого коэлентеразином, с Pyrosoma atlanticum приводит к биолюминесценции. Для дальнейшего изучения внутренней работы этой реакции они секвенировали РНК пиросом, собранных в Бразилии, а также из дополнительных образцов, обнаруженных в большом цветении у острова Ванкувер в Канаде..
Исследователи обнаружили ген, который соответствует люциферазе, часто используемой в биотехнологии, обнаруженной в морских анютиных глазках, родственниках медуз, анемонов и кораллов. Они подтвердили, что недавно открытый пиросомный ген действительно производит свет, экспрессируя его в бактериальной колонии и добавляя коэлентеразин..
«Быть частью этого исследования было похоже на участие в детективном романе столетней давности о том, как пиросома светится в темноте», - сказала Джин Гаффни, соавтор и доцент Колледжа Баруха.«Я никогда не работал с видом, который, казалось бы, настолько инопланетен, но как хордовое животное поразительно похож на нас».
Подобный ген был недавно предсказан у биолюминесцентной хрупкой звезды, что указывает на то, что эти типы люцифераз могли эволюционировать конвергентно из исходного гена.
«Это исследование продвигает дискуссию о биолюминесценции пиросом», - сказал Тесслер. «Мы обосновываем идею о том, что это животное излучает свой собственный свет, и оно может быть в состоянии сделать это из-за модели эволюции, которая повторяется на всем животном древе жизни».