новости

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Многим людям нравятся светлячки, а их появление зачастую означает хорошую экологию и романтическую атмосферу.

Фото любезно предоставлено собеседником Firefly

Это одно из немногих наземных существ, способных излучать свет. После долгой эволюции «цели» света светлячков включали в себя ухаживание, сбивание с толку и ловлю добычи, а также запугивание хищников.

Но почему светлячки вообще излучают свет и почему у них вообще развивается эта способность?

Ранее широко принятая в академических кругах теория заключалась в том, что биологическая флуоресценция, первоначально возникшая у предков семейства Lucidae, использовалась в качестве предупреждающего сигнала о токсинах в организме, сообщая хищникам: я ядовит!

Однако недавно опубликованное исследование группы Чжэнь Ин, исследователя и научного руководителя Школы наук о жизни Университета Вест-Лейк, опровергло вышеупомянутую теорию, реконструировав эволюционную историю токсинов у светлячков.

Соответствующая статья была опубликована в Интернете в PNAS Nexus, дочернем издании Proceedings of the National Academy of Sciences, под названием «Токсин светлячков люцибуфагины развился после возникновения биолюминесценции».

4 августа исследователь Чжэнь Ин и научный сотрудник Чжу Чэнци, первый автор статьи, дали интервью газете The Paper.

Разве светлячки изначально не излучали свет как предупреждающий сигнал о токсинах?

Кардиотонический стероидный токсин LBGs — единственный токсин, присутствующий у нескольких родов светлячков.

«Сегодня мы обнаружили токсины светлячков на основе шести подсемейств из восьми подсемейств светлячков и объединили предыдущие данные. Мы обнаружили, что светлячки, которые могут самостоятельно синтезировать токсины LBG, ограничены только одним подсемейством», — рассказывает Чжу Чэнци.

Хотя этот токсин также присутствует у некоторых светлячков в Северной Америке, он возникает в результате поедания других светлячков, содержащих токсин LBG.

Другими словами, только одно подсемейство светлячков автономно синтезирует токсин LBG.

Итак, остается ли теория о том, что светлячки развили способность светиться, чтобы показать: «Я ядовит», все еще верна?

Сравнивая сходство последовательностей генов по всему геному, исследователи использовали филогенетическое дерево высокой достоверности, чтобы определить, что токсины светлячков появляются позже, чем флуоресценция.

Их исследования показали, что светлячки, которые могут самостоятельно синтезировать LBG, можно проследить только до общего предка подсемейства Lampyridae, намного позже того времени, когда флуоресценция впервые появилась в семействе Lampyridae.

Можно видеть, что даже если теория светового сигнала «Я ядовит» установлена, это не является причиной того, почему светлячки изначально развили способность излучать свет.

20 июля 2024 года в Суйчжоу, провинция Хубэй, живописная местность долины Баопу, расположенная в горах Тунбай и истоке реки Хуайхэ на стыке провинций Хэнань и Хубэй, после наступления темноты открыла период наблюдения за светлячками. светлячки мерцали в траве и лесу. Летающие огни украшают реальную версию «Сна в летнюю ночь», привлекая множество туристов, чтобы зарегистрироваться и понаблюдать за светлячками. Визуальная карта данных Китая

Итак, в чем же вообще причина свечения? Команда Чжэнь Ин исследовала исторические и экологические предпосылки эволюции биофлуоресценции у семейства Lucidae.

Команда Чжэнь Ин оценила время эволюции флуоресценции и токсинов LBG на основе теории молекулярных часов и трех точек калибровки окаменелостей. «Если вы хотите оценить абсолютное историческое время, вам нужно использовать окаменелости с информацией о времени для его калибровки». Чжэнь Ин рассказал The Paper, что ископаемые свидетельства могут использоваться в качестве лучшей шкалы времени и в сочетании с деревьями видов их можно использовать. оценить время, когда произошли исторические события.

В ходе исследований они пришли к выводу, что флуоресцентный свет ветви светлячков появился около 180 миллионов лет назад, в юрский период.

В течение этого периода, после массового вымирания, тесно связанного с Тоарским океаническим бескислородным событием, содержание кислорода в атмосфере продолжало расти с исторического минимума.

В то же время доказано, что люциферин, субстрат флуоресцентной реакции, действует как антиоксидант.

Поэтому команда Чжэнь Ин предложила новую гипотезу: причина, по которой предки светлячков изначально развили способность излучать свет, может заключаться в том, чтобы справляться с окислительным стрессом, вызванным увеличением содержания кислорода и жаркой и сухой окружающей средой. Они разработали люциферин, антиоксидант, который «воспламеняет» поглощение избытка свободных радикалов кислорода и устраняет токсическое воздействие избытка активных форм кислорода на клетки. Флуоресценция изначально может быть просто побочным продуктом.

Эта гипотеза все еще нуждается в дополнительных доказательствах для проверки.

Почему светлячки не отравляются токсинами, содержащимися в их собственном организме?

Почему светлячки с токсинами в организме не отравляются собственными токсинами?

С помощью молекулярно-динамического моделирования и экспериментов с активностью ферментов натриево-калиевой помпы команда Чжэнь Ин обнаружила, что светлячки, которые могут самостоятельно синтезировать токсины LBG, накопили мутации в своих собственных белках АТФα, что влияет на связывание с ними токсинов. Это дает им определенную толерантность к токсинам LBG.

Но могут существовать и другие механизмы, которые помогают светлячкам «контролировать и балансировать» токсины в организме. Это также один из вопросов, на которые команда Чжэнь Ин хочет ответить в будущем.

Чжэнь Ин рассказал The Paper, что токсины светлячков являются кардиотоническими стероидными токсинами. Эти соединения могут влиять на сердечное сокращение и кровяное давление и имеют большую лечебную ценность. К ним относится дигоксин, препарат, который уже появился на рынке. В настоящее время эти соединения в основном синтезируются химически или биологически экстрагируются, и пути их биосинтеза еще полностью не изучены.

Биосинтез может снизить воздействие на окружающую среду, снизить затраты и даже улучшить качество и безопасность лекарств.

«Мы также заинтересованы в анализе пути биосинтеза токсинов светлячков», — сказал Чжэнь Ин.