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A muchas personas les gustan las luciérnagas y su aparición suele significar un buen entorno ecológico y una atmósfera romántica.

Foto cortesía del entrevistado de Firefly

Es una de las pocas criaturas terrestres que puede emitir luz. Después de una larga evolución, los "propósitos" de la luz de las luciérnagas han incluido el comportamiento de cortejo, confundir y atrapar a las presas, e intimidar a los depredadores.

Pero, en primer lugar, ¿por qué las luciérnagas emiten luz y, en primer lugar, por qué desarrollan esta capacidad?

Anteriormente, una teoría ampliamente aceptada en los círculos académicos es que la fluorescencia biológica desarrollada originalmente por los antepasados ​​de la familia Lucidae se utilizaba como señal de advertencia de toxinas en el cuerpo, diciendo a los depredadores: ¡Soy venenoso!

Sin embargo, un estudio publicado recientemente por el equipo de Zhen Ying, investigador y supervisor de doctorado en la Facultad de Ciencias de la Vida de la Universidad de West Lake, anuló la teoría anterior al reconstruir la historia evolutiva de las toxinas en las luciérnagas.

Un artículo relacionado se publicó en línea en PNAS Nexus, una publicación hermana de Proceedings of the National Academy of Sciences, titulado "Las lucibufaginas de la toxina de luciérnaga evolucionaron después del origen de la bioluminiscencia".

El 4 de agosto, el investigador Zhen Ying y el becario postdoctoral Zhu Chengqi, primer autor del artículo, aceptaron una entrevista con The Paper.

¿No emitían inicialmente luz las luciérnagas como señal de advertencia de toxinas?

La toxina esteroide cardiotónica LBG es la única toxina presente en múltiples géneros de luciérnagas.

"Detectamos toxinas de luciérnagas basadas en seis subfamilias de las ocho subfamilias de luciérnagas actuales e integramos datos anteriores. Descubrimos que las luciérnagas que pueden sintetizar de forma independiente toxinas LBG solo se limitan a una única subfamilia".

Aunque esta toxina también está presente en algunas luciérnagas de América del Norte, es causada al comer otras luciérnagas que contienen toxina LBG.

En otras palabras, sólo una subfamilia de luciérnagas sintetiza de forma autónoma la toxina LBG.

Entonces, ¿sigue siendo cierta la teoría de que las luciérnagas desarrollaron la capacidad de brillar para mostrar "soy venenosa"?

Al comparar las similitudes de secuencias genéticas en todo el genoma, los investigadores utilizaron un árbol filogenético de alta confianza para determinar que las toxinas de las luciérnagas aparecieron más tarde que la fluorescencia.

Su investigación encontró que las luciérnagas que pueden sintetizar LBG de forma independiente solo se remontan al ancestro común de la subfamilia Lampyridae, mucho más tarde que el momento en que apareció por primera vez la fluorescencia en la familia Lampyridae.

Se puede ver que incluso si se establece la teoría de la señal luminosa "Soy venenoso", no es la razón por la que las luciérnagas desarrollaron originalmente la capacidad de emitir luz.

El 20 de julio de 2024, en Suizhou, Hubei, el área escénica del valle de Baopu, ubicada en las montañas Tongbai y el nacimiento del río Huaihe en el cruce de las provincias de Henan y Hubei, marcó el comienzo del período de observación de luciérnagas después del anochecer, miles de personas. las luciérnagas parpadeaban en la hierba y los bosques. Las luces voladoras decoran la versión real de Sueño de una noche de verano, lo que atrae a muchos turistas a registrarse y observar las luciérnagas. Mapa visual de datos de China

Entonces, ¿cuál es el motivo del brillo en primer lugar? El equipo de Zhen Ying exploró los antecedentes históricos y ambientales de la evolución de la biofluorescencia en la familia Lucidae.

El equipo de Zhen Ying estimó el tiempo de evolución de la fluorescencia y las toxinas LBG basándose en la teoría del reloj molecular y tres puntos de calibración fósiles. "Si desea estimar el tiempo histórico absoluto, debe utilizar fósiles con información temporal para calibrarlo", dijo Zhen Ying a The Paper, que la evidencia fósil se puede utilizar como una mejor escala de tiempo y, combinada con árboles de especies, se puede utilizar. estimar el momento en que ocurrieron los hechos históricos.

A través de la investigación, dedujeron que la luz fluorescente de la rama de las luciérnagas apareció hace unos 180 millones de años durante el período Jurásico.

Durante este período, después del evento de extinción masiva estrechamente relacionado con el Evento Anóxico Oceánico Toarciano, el contenido de oxígeno en la atmósfera continuó aumentando desde un mínimo histórico.

Al mismo tiempo, se ha demostrado que la luciferina, el sustrato de la reacción fluorescente, funciona como antioxidante.

Por lo tanto, el equipo de Zhen Ying propuso una nueva hipótesis: la razón por la cual los ancestros de las luciérnagas desarrollaron originalmente la capacidad de emitir luz puede ser para hacer frente al estrés oxidativo causado por el aumento del contenido de oxígeno y el ambiente cálido y seco. Desarrollaron luciferina, un antioxidante que se "enciende" para consumir el exceso de radicales libres de oxígeno y elimina los efectos tóxicos del exceso de especies reactivas de oxígeno en las células. La fluorescencia puede ser inicialmente solo un subproducto.

Esta hipótesis aún necesita más evidencia para ser verificada.

¿Por qué las luciérnagas no se envenenan con las toxinas de sus propios cuerpos?

¿Por qué las luciérnagas con toxinas en el cuerpo no se envenenan con sus propias toxinas?

A través de simulaciones de dinámica molecular y experimentos de actividad de la enzima bomba de sodio-potasio, el equipo de Zhen Ying descubrió que las luciérnagas que pueden sintetizar independientemente toxinas LBG han acumulado mutaciones en sus propias proteínas ATPα, lo que afecta la unión de las toxinas a ellas. Esto les confiere cierta tolerancia a las toxinas LBG.

Pero puede haber otros mecanismos que ayuden a las luciérnagas a "controlar y equilibrar" las toxinas en sus cuerpos. Ésta es también una de las preguntas que el equipo de Zhen Ying quiere responder en el futuro.

Zhen Ying dijo a The Paper que las toxinas de luciérnaga son toxinas esteroides cardiotónicas. Estos compuestos pueden afectar la contracción cardíaca y la presión arterial y tienen un gran valor medicinal. Entre ellos se encuentra la digoxina, un fármaco que ya ha aparecido en el mercado. Actualmente, estos compuestos se sintetizan principalmente químicamente o se extraen biológicamente, y sus vías biosintéticas aún no se conocen completamente.

La biosíntesis puede reducir el impacto ambiental, reducir los costos e incluso mejorar la calidad y seguridad de los medicamentos.

"También estamos interesados ​​en analizar la vía biosintética de las toxinas de las luciérnagas", dijo Zhen Ying.