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Muitas pessoas gostam de vaga-lumes e sua aparência geralmente significa um bom ambiente ecológico e uma atmosfera romântica.

Foto cortesia do entrevistado Firefly

É uma das poucas criaturas terrestres que podem emitir luz. Após uma longa evolução, os "objetivos" da luz dos vaga-lumes incluíram comportamento de cortejo, confusão e captura de presas e intimidação de predadores.

Mas, em primeiro lugar, por que os vaga-lumes emitem luz e por que desenvolvem essa habilidade?

Anteriormente, uma teoria amplamente aceita pelos círculos acadêmicos era que a fluorescência biológica originalmente desenvolvida pelos ancestrais da família Lucidae era usada como um sinal de alerta para toxinas no corpo, dizendo aos predadores: eu sou venenoso!

No entanto, um estudo publicado recentemente pela equipe de Zhen Ying, pesquisador e supervisor de doutorado na Escola de Ciências da Vida da West Lake University, derrubou a teoria acima ao reconstruir a história evolutiva das toxinas nos vaga-lumes.

Um artigo relacionado foi publicado on-line no PNAS Nexus, uma publicação irmã do Proceedings of the National Academy of Sciences, intitulado "As lucibufaginas da toxina Firefly evoluíram após a origem da bioluminescência".

Em 4 de agosto, o pesquisador Zhen Ying e o pós-doutorado Zhu Chengqi, primeiro autor do artigo, aceitaram uma entrevista para o The Paper.

Os vaga-lumes inicialmente não emitiram luz como um sinal de alerta para toxinas?

A toxina esteróide cardiotônica LBGs é a única toxina presente em vários gêneros de vaga-lumes.

"Detectamos toxinas de vaga-lumes com base em seis subfamílias das oito subfamílias de vaga-lumes atuais e integramos dados anteriores. Descobrimos que os vaga-lumes que podem sintetizar toxinas LBGs de forma independente estão limitados apenas a uma única subfamília."

Embora esta toxina também esteja presente em alguns vaga-lumes na América do Norte, ela é causada pela ingestão de outros vaga-lumes que contêm a toxina LBG.

Em outras palavras, apenas uma subfamília de vaga-lumes sintetiza autonomamente a toxina LBG.

Então, será que a teoria de que os vaga-lumes desenvolveram a capacidade de brilhar para mostrar que “sou venenoso” ainda é verdadeira?

Ao comparar as semelhanças de sequências genéticas em todo o genoma, os pesquisadores usaram uma árvore filogenética de alta confiança para determinar que as toxinas dos vaga-lumes apareceram depois da fluorescência.

A sua investigação descobriu que os vaga-lumes que podem sintetizar LBGs de forma independente só podem ser rastreados até ao ancestral comum da subfamília Lampyridae, muito mais tarde do que a época em que a fluorescência apareceu pela primeira vez na família Lampyridae.

Pode-se ver que mesmo que a teoria do sinal luminoso "Eu sou venenoso" seja estabelecida, essa não é a razão pela qual os vaga-lumes desenvolveram originalmente a capacidade de emitir luz.

Em 20 de julho de 2024, em Suizhou, Hubei, a Área Cênica do Vale Baopu, localizada nas montanhas Tongbai e na nascente do rio Huaihe, na junção das províncias de Henan e Hubei, inaugurou o período de observação de vaga-lumes Após o anoitecer, milhares de pessoas. vaga-lumes brilhavam na grama e nas florestas. As luzes voadoras decoram a versão real de Sonho de uma noite de verão, atraindo muitos turistas para fazer check-in e observar os vaga-lumes. Mapa visual de dados da China

Então, qual é a razão do brilho em primeiro lugar? A equipe de Zhen Ying explorou o contexto histórico e ambiental da evolução da biofluorescência na família Lucidae.

A equipe de Zhen Ying estimou o tempo de evolução da fluorescência e das toxinas LBGs com base na teoria do relógio molecular e em três pontos de calibração fósseis. “Se você quiser estimar o tempo histórico absoluto, você precisa usar fósseis com informações de tempo para calibrá-lo.” Zhen Ying disse ao The Paper que a evidência fóssil pode ser usada como uma escala de tempo melhor e, combinada com espécies de árvores, pode ser usada. para estimar o momento em que os eventos históricos ocorreram.

Por meio de pesquisas, deduziram que a luz fluorescente do ramo dos vaga-lumes surgiu há cerca de 180 milhões de anos, durante o período Jurássico.

Durante este período, após o evento de extinção em massa intimamente relacionado com o Evento Anóxico Oceânico Toarciano, o conteúdo de oxigénio na atmosfera continuou a aumentar a partir de um mínimo histórico.

Ao mesmo tempo, foi comprovado que a luciferina, o substrato da reação fluorescente, funciona como um antioxidante.

Portanto, a equipe de Zhen Ying propôs uma nova hipótese: a razão pela qual os ancestrais dos vaga-lumes desenvolveram originalmente a capacidade de emitir luz pode ser para lidar com o estresse oxidativo causado pelo aumento do conteúdo de oxigênio e pelo ambiente quente e seco. Eles desenvolveram a luciferina, um antioxidante que "acende" para consumir o excesso de oxigênio dos radicais livres e elimina os efeitos tóxicos do excesso de espécies reativas de oxigênio nas células. A fluorescência pode inicialmente ser apenas um subproduto.

Essa hipótese ainda precisa de mais evidências para ser verificada.

Por que os vaga-lumes não são envenenados por toxinas em seus próprios corpos?

Por que os vaga-lumes com toxinas em seus corpos não são envenenados por suas próprias toxinas?

Por meio de simulações de dinâmica molecular e experimentos de atividade enzimática da bomba de sódio-potássio, a equipe de Zhen Ying descobriu que vaga-lumes que podem sintetizar toxinas LBGs de forma independente acumularam mutações em suas próprias proteínas ATPα, o que afeta a ligação de toxinas a eles. Isto lhes dá uma certa tolerância às toxinas LBGs.

Mas pode haver outros mecanismos que ajudem os vaga-lumes a “verificar e equilibrar” as toxinas em seus corpos. Esta também é uma das perguntas que a equipe de Zhen Ying deseja responder no futuro.

Zhen Ying disse ao The Paper que as toxinas do vaga-lume são toxinas esteróides cardiotônicas. Esses compostos podem afetar a contração cardíaca e a pressão arterial e têm grande valor medicinal. Estes incluem a digoxina, um medicamento que já apareceu no mercado. Atualmente, esses compostos são em sua maioria sintetizados quimicamente ou extraídos biologicamente e suas vias biossintéticas ainda não foram totalmente compreendidas.

A biossíntese pode reduzir o impacto ambiental, reduzir custos e até melhorar a qualidade e segurança dos medicamentos.

"Também estamos interessados ​​em analisar a via biossintética das toxinas dos vaga-lumes", disse Zhen Ying.