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많은 사람들이 반딧불을 좋아하며 반딧불의 출현은 종종 좋은 생태 환경과 낭만적인 분위기를 의미합니다.

사진 제공: Firefly 인터뷰 대상자

빛을 낼 수 있는 몇 안 되는 육상 생물 중 하나입니다. 오랜 진화 끝에 반딧불이 빛의 "목적"에는 구애 행동, 먹이를 혼란스럽게 하고 가두는 것, 포식자를 위협하는 것 등이 포함되었습니다.

그러면 애초에 반딧불이 빛을 발산하는 이유는 무엇이며, 애초에 이 능력을 진화시키는 이유는 무엇입니까?

이전에는 학계에서 널리 받아들여진 이론은 원래 Lucidae 계통의 조상이 진화한 생물학적 형광이 신체의 독소에 대한 경고 신호로 사용되어 포식자에게 "나는 유독합니다!"라고 알리는 것이었습니다.

그러나 서호대학교 생명과학부의 연구원이자 박사 지도교수인 Zhen Ying 팀이 최근 발표한 연구에서는 반딧불이의 독소 진화 역사를 재구성함으로써 위의 이론을 뒤집었습니다.

관련 논문은 미국국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences) 자매 간행물인 PNAS Nexus에 '반딧불이 독소 루시부파긴은 생물발광의 기원 이후 진화했다'라는 제목으로 온라인 게재됐다.

8월 4일, Zhen Ying 연구원과 논문의 제1저자인 Zhu Chengqi 박사후 연구원이 The Paper와의 인터뷰를 수락했습니다.

반딧불이는 원래 독소에 대한 경고 신호로 빛을 내지 않았나요?

강심성 스테로이드 LBGs 독소는 여러 속의 반딧불이에 존재하는 유일한 독소입니다.

"우리는 오늘 반딧불의 8개 아과 중 6개 아과를 기반으로 반딧불 독소를 발견하고 이전 데이터를 통합했습니다. 독립적으로 LBG 독소를 합성할 수 있는 반딧불이는 단일 아과에만 제한된다는 사실을 발견했습니다."

이 독소는 북미의 일부 반딧불이에도 존재하지만 LBG 독소를 함유한 다른 반딧불이를 먹음으로써 발생합니다.

즉, 반딧불이 중 단 하나의 아과만이 LBG 독소를 자율적으로 합성합니다.

그렇다면 반딧불이가 "나는 유독하다"는 것을 보여주기 위해 빛을 내는 능력을 진화시켰다는 이론이 여전히 사실일까요?

연구진은 전체 게놈에 걸쳐 유전자 서열 유사성을 비교함으로써 신뢰도가 높은 계통발생수를 사용하여 반딧불이 독소가 형광보다 늦게 나타나는지 확인했습니다.

그들의 연구에 따르면 독립적으로 LBG를 합성할 수 있는 반딧불이는 Lampyridae과에 형광이 처음 나타난 시기보다 훨씬 늦은 Lampyridae 아과의 공통 조상으로만 추적될 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다.

'나는 유독하다' 발광 신호 이론이 확립된다 하더라도, 그것이 원래 반딧불이 빛을 발산하는 능력을 진화시킨 이유는 아니라는 것을 알 수 있다.

2024년 7월 20일, 후베이성 ​​쑤이저우에서는 통백산맥과 허난성과 후베이성의 교차점인 회허강의 수원지에 위치한 바오푸곡 풍경명승구에서 해가 진 후 수천 명의 반딧불이 관찰 기간이 시작되었습니다. 풀밭과 숲 속에서 반딧불이 깜박거렸습니다. 날아다니는 불빛은 실제 버전의 한여름 밤의 꿈을 장식하여 많은 관광객들이 체크인하고 반딧불을 관찰하도록 유도합니다. 시각적 중국 데이터 지도

그렇다면 애초에 빛이 나는 이유는 무엇인가? Zhen Ying 팀은 Lucidae 계통의 생체형광 진화의 역사적, 환경적 배경을 조사했습니다.

Zhen Ying 팀은 분자 시계 이론과 세 가지 화석 교정 지점을 기반으로 형광 및 LBG 독소의 진화 시간을 추정했습니다. "절대적인 역사적 시간을 추정하려면 이를 보정하기 위해 시간 정보가 있는 화석을 사용해야 합니다." Zhen Ying은 The Paper에 화석 증거가 더 나은 시간 척도로 사용될 수 있으며 종 나무와 결합되어 사용될 수 있다고 말했습니다. 역사적 사건이 발생한 시간을 추정합니다.

연구진은 연구를 통해 반딧불이 가지의 형광등이 약 1억8000만년 전 쥐라기 시대에 나타났음을 추론했다.

이 기간 동안 Toarcian Oceanic Anoxic Event와 밀접하게 관련된 대량 멸종 사건 이후 대기 중 산소 함량은 역사적 최저치에서 계속 상승했습니다.

동시에, 형광 반응의 기질인 루시페린은 항산화제로 기능하는 것으로 입증되었습니다.

따라서 Zhen Ying 팀은 새로운 가설을 제시했습니다. 원래 반딧불이 조상이 빛을 방출하는 능력을 진화시킨 이유는 산소 함량 증가와 뜨겁고 건조한 환경으로 인한 산화 스트레스에 대처하기 위함일 수 있습니다. 그들은 과도한 산소 자유 라디칼을 소비하도록 "점화"하고 세포에 대한 과도한 활성 산소종의 독성 효과를 제거하는 항산화제인 루시페린을 진화시켰습니다. 형광은 초기에는 단지 부산물일 수 있습니다.

이 가설을 검증하려면 아직 더 많은 증거가 필요합니다.

반딧불이가 자신의 몸에 있는 독소에 중독되지 않는 이유는 무엇입니까?

몸에 독소가 있는 반딧불이가 자신의 독소에 중독되지 않는 이유는 무엇입니까?

분자 역학 시뮬레이션과 나트륨-칼륨 펌프 효소 활성 실험을 통해 Zhen Ying 팀은 LBG 독소를 독립적으로 합성할 수 있는 반딧불이 자신의 ATPα 단백질에 돌연변이를 축적하여 독소와 독소의 결합에 영향을 미친다는 사실을 발견했습니다. 이것은 그들에게 LBG 독소에 대한 어느 정도의 내성을 부여합니다.

그러나 반딧불이 몸에 있는 독소를 "확인하고 균형을 맞추는" 데 도움이 되는 다른 메커니즘이 있을 수 있습니다. 이는 Zhen Ying 팀이 앞으로 답변하고 싶은 질문 중 하나이기도 합니다.

Zhen Ying은 반딧불 독소가 심장 수축성 스테로이드 독소이며 심장 수축과 혈압에 영향을 미칠 수 있으며 약학적 가치가 크다고 The Paper에 말했습니다. 여기에는 이미 시판 중인 약물인 디곡신(digoxin)이 포함되며, 현재 이들 화합물은 대부분 화학적으로 합성되거나 생물학적으로 추출되며, 이들의 생합성 경로는 아직 완전히 이해되지 않았습니다.

생합성은 환경에 미치는 영향을 줄이고, 비용을 절감하며, 심지어 약물의 품질과 안전성도 향상시킬 수 있습니다.

Zhen Ying은 "우리는 또한 반딧불이 독소의 생합성 경로를 분석하는 데 관심이 있습니다"라고 말했습니다.