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Beaucoup de gens aiment les lucioles et leur apparition est souvent synonyme d'un bon environnement écologique et d'une atmosphère romantique.

Photo gracieuseté de la personne interrogée par Firefly

C'est l'une des rares créatures terrestres capables d'émettre de la lumière. Après une longue évolution, les « objectifs » de la lumière des lucioles incluent le comportement de parade nuptiale, la confusion et le piégeage des proies et l'intimidation des prédateurs.

Mais pourquoi les lucioles émettent-elles de la lumière en premier lieu, et pourquoi développent-elles cette capacité en premier lieu ?

Auparavant, une théorie largement acceptée par les milieux universitaires était que la fluorescence biologique développée à l'origine par les ancêtres de la famille des Lucidae était utilisée comme signal d'avertissement concernant les toxines présentes dans le corps, disant aux prédateurs : je suis venimeux !

Cependant, une étude récemment publiée par l'équipe de Zhen Ying, chercheur et directeur de doctorat à l'École des sciences de la vie de l'Université de West Lake, a renversé la théorie ci-dessus en reconstituant l'histoire évolutive des toxines chez les lucioles.

Un article connexe a été publié en ligne dans PNAS Nexus, une publication sœur des Actes de l'Académie nationale des sciences, intitulé "Les lucibufagins de la toxine de luciole ont évolué après l'origine de la bioluminescence".

Le 4 août, le chercheur Zhen Ying et le chercheur postdoctoral Zhu Chengqi, premier auteur de l'article, ont accepté une interview avec The Paper.

Les lucioles n'émettaient-elles pas initialement de la lumière comme signal d'avertissement de toxines ?

La toxine stéroïde cardiotonique LBG est la seule toxine présente dans plusieurs genres de lucioles.

"Nous avons détecté aujourd'hui des toxines de lucioles sur la base de six sous-familles des huit sous-familles de lucioles et avons intégré les données précédentes. Nous avons constaté que les lucioles capables de synthétiser indépendamment les toxines LBG ne sont limitées qu'à une seule sous-famille."

Bien que cette toxine soit également présente chez certaines lucioles en Amérique du Nord, elle est causée par la consommation d’autres lucioles contenant la toxine LBG.

En d’autres termes, une seule sous-famille de lucioles synthétise de manière autonome la toxine LBG.

Alors, la théorie selon laquelle les lucioles ont développé la capacité de briller pour montrer « Je suis venimeuse » est-elle toujours vraie ?

En comparant les similitudes des séquences génétiques sur l’ensemble du génome, les chercheurs ont utilisé un arbre phylogénétique de haute fiabilité pour déterminer que les toxines des lucioles apparaissaient plus tard que la fluorescence.

Leurs recherches ont révélé que les lucioles capables de synthétiser indépendamment des LBG ne peuvent remonter qu’à l’ancêtre commun de la sous-famille des Lampyridae, bien plus tard que l’époque où la fluorescence est apparue pour la première fois dans la famille des Lampyridae.

On peut voir que même si la théorie du signal lumineux « Je suis venimeux » est établie, ce n'est pas la raison pour laquelle les lucioles ont développé à l'origine la capacité d'émettre de la lumière.

Le 20 juillet 2024, à Suizhou, Hubei, la zone panoramique de la vallée de Baopu, située dans les monts Tongbai et la source de la rivière Huaihe à la jonction des provinces du Henan et du Hubei, a inauguré la période d'observation des lucioles après la tombée de la nuit. des lucioles vacillaient dans l'herbe et les forêts. Les lumières volantes décorent la version réelle du Songe d'une nuit d'été, attirant de nombreux touristes à s'enregistrer et à observer les lucioles. Carte de données visuelle de la Chine

Alors, quelle est la raison de cette lueur en premier lieu ? L’équipe de Zhen Ying a exploré le contexte historique et environnemental de l’évolution de la biofluorescence dans la famille des Lucidae.

L'équipe de Zhen Ying a estimé le temps d'évolution de la fluorescence et des toxines LBG sur la base de la théorie de l'horloge moléculaire et de trois points d'étalonnage fossiles. "Si vous souhaitez estimer le temps historique absolu, vous devez utiliser des fossiles avec des informations temporelles pour le calibrer." Zhen Ying a déclaré au journal que les preuves fossiles peuvent être utilisées comme une meilleure échelle de temps, et combinées avec des arbres d'espèces, elles peuvent être utilisées. pour estimer le moment où les événements historiques se sont produits.

Grâce à des recherches, ils ont déduit que la lumière fluorescente de la branche des lucioles est apparue il y a environ 180 millions d'années durant la période jurassique.

Au cours de cette période, après l’extinction massive étroitement liée à l’événement anoxique océanique toarcien, la teneur en oxygène de l’atmosphère a continué d’augmenter à partir d’un plus bas historique.

Dans le même temps, il a été prouvé que la luciférine, le substrat de la réaction fluorescente, fonctionne comme un antioxydant.

Par conséquent, l'équipe de Zhen Ying a proposé une nouvelle hypothèse : la raison pour laquelle les ancêtres des lucioles ont développé à l'origine la capacité d'émettre de la lumière pourrait être pour faire face au stress oxydatif provoqué par l'augmentation de la teneur en oxygène et l'environnement chaud et sec. Ils ont développé la luciférine, un antioxydant qui « s'enflamme » pour consommer les radicaux libres en excès d'oxygène et élimine les effets toxiques des espèces réactives de l'oxygène en excès sur les cellules. La fluorescence pourrait initialement n'être qu'un sous-produit.

Cette hypothèse a encore besoin de plus de preuves pour être vérifiée.

Pourquoi les lucioles ne sont-elles pas empoisonnées par les toxines présentes dans leur propre corps ?

Pourquoi les lucioles ayant des toxines dans leur corps ne sont-elles pas empoisonnées par leurs propres toxines ?

Grâce à des simulations de dynamique moléculaire et à des expériences sur l'activité des enzymes de pompe sodium-potassium, l'équipe de Zhen Ying a découvert que les lucioles capables de synthétiser indépendamment les toxines LBG ont accumulé des mutations dans leurs propres protéines ATPα, ce qui affecte la liaison des toxines à elles. Cela leur confère une certaine tolérance aux toxines LBG.

Mais il peut y avoir d’autres mécanismes qui aident les lucioles à « contrôler et équilibrer » les toxines dans leur corps. C’est aussi l’une des questions auxquelles l’équipe de Zhen Ying souhaite répondre à l’avenir.

Zhen Ying a déclaré au journal que les toxines des lucioles sont des toxines stéroïdes cardiotoniques. Ces composés peuvent affecter la contraction cardiaque et la tension artérielle et ont une grande valeur médicinale. Il s’agit notamment de la digoxine, un médicament déjà apparu sur le marché. Actuellement, ces composés sont pour la plupart synthétisés chimiquement ou biologiquement extraits, et leurs voies de biosynthèse ne sont pas encore entièrement comprises.

La biosynthèse peut réduire l’impact environnemental, réduire les coûts et même améliorer la qualité et la sécurité des médicaments.

"Nous souhaitons également analyser la voie de biosynthèse des toxines des lucioles", a déclaré Zhen Ying.