Τα οκτοκοράλλια μπορούν να σχηματίσουν κοραλλιογενείς κήπους και δάση ζώων στους ωκεανούς, ειδικά στα βαθιά θαλάσσια βάθη. Αυτές οι κοινότητες παρέχουν σπίτια για πολλά άλλα ζώα, συμπεριλαμβανομένων των ψαριών και των καρχαριών, και ένα βιότοπο για παιδιά.
Όλα τα οκτοκοράλλια χρησιμοποιούν την ίδια χημική αντίδραση για τη βιοφωταύγεια. Μια μελέτη του 2022 προσδιόρισε τις εξελικτικές σχέσεις μεταξύ αυτών των κοραλλιών. Αυτές οι γενετικές συνδέσεις και το γεγονός ότι υπάρχουν απολιθώματα οκτοκοραλίων καθιστούν αυτά τα ζώα ιδανικό στόχο για τη μελέτη πότε εμφανίστηκε η βιοφωταύγεια και πώς εξαπλώθηκε στον γεωλογικό χρόνο.
Δοκιμές θαλάσσιας βιοφωταύγειας
Πριν από πάνω από μια δεκαετία, αρχίσαμε να δοκιμάζουμε την ικανότητα βιοφωταύγειας διαφόρων ειδών οκτοκοραλών. Για να παραχθεί το λαμπερό φως, τα κοράλλια πρέπει να διεγερθούν είτε φυσικά είτε χημικά.
Η βιοφωταύγεια κέντρισε για πρώτη φορά την περιέργειά μας κατά τη διάρκεια μιας ερευνητικής κρουαζιέρας το 2014 στον R/V Celtic Explorer μέσω του φαραγγιού Whittard στα ανοιχτά της νοτιοδυτικής ακτής της Ιρλανδίας. Συλλέξαμε ένα δείγμα ιστού από ένα κοράλλι μπαμπού που είχε ανακτηθεί από τον βυθό του ωκεανού από ένα τηλεχειριζόμενο όχημα.
Το όχημα ήταν εξοπλισμένο με βραχίονες λαβής που επέτρεπαν στον πιλότο να συλλέξει δείγματα κοραλλιών και να τα τοποθετήσει σε δοχεία δειγμάτων για να κρατήσει τους οργανισμούς ζωντανούς και προστατευμένους καθώς έβγαιναν στην επιφάνεια. Αφού ήρθε αυτό το δείγμα στο πλοίο, αφαιρέσαμε έναν μόνο πολύποδα κοραλλιών με λαβίδες σε ένα δωμάτιο με χαμηλό φωτισμό και είδαμε μια λάμψη μπλε φωτός.
Έκτοτε, έχουμε συνεργαστεί με συνεργάτες στο Ερευνητικό Ινστιτούτο Ενυδρείου του Monterey Bay και στο Πανεπιστήμιο Tohoku για να καταγράψουμε ποια είδη μπορούν να λάμπουν, είτε στο πλοίο μετά τη συλλογή είτε κατά την παρατήρησή τους στον πυθμένα της θάλασσας με κάμερες χαμηλού φωτισμού. Μαζί με προηγούμενα δημοσιευμένα αρχεία, γνωρίζουμε τώρα ότι η βιοφωταύγεια εμφανίζεται σε περίπου 60 είδη κοραλλιών. Πιθανότατα υπάρχουν πολλοί άλλοι που περιμένουν να ανακαλυφθούν.
Πότε και γιατί εμφανίστηκε η βιοφωταύγεια
Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε τον Απρίλιο του 2024, παρουσιάσαμε τα παλαιότερα γεωλογικά στοιχεία βιοφωταύγειας στη Γη. Δείξαμε ότι αυτή η χημική αντίδραση εξελίχθηκε αρκετές χιλιετίες νωρίτερα από ό,τι είχε εκτιμηθεί προηγουμένως, περίπου την εποχή που η ζωή στη Γη διαφοροποιήθηκε ταχέως πριν από 540 εκατομμύρια χρόνια σε μια περίοδο που ονομάζεται Έκρηξη της Κάμβριας. Το προσδιορίσαμε χαρτογραφώντας την παρουσία βιοφωταύγειας στο οκτοκοραλικό δέντρο της ζωής, ένα γραφικό εργαλείο που χρησιμοποιούν οι βιολόγοι για να αναπαραστήσουν τις εξελικτικές σχέσεις μεταξύ των ειδών.
Η βιοφωταύγεια μπορεί να είχε αρχικά αναπτυχθεί ως ένας τρόπος μείωσης των ελεύθερων ριζών – χημικά ασταθών ατόμων που μπορούν να βλάψουν τα κύτταρα. Ωστόσο, κάποια στιγμή εξελίχθηκε σε μια μορφή επικοινωνίας.
Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι τα φωτεινά σήματα ήταν η αρχαιότερη μορφή επικοινωνίας στους ωκεανούς και γνωρίζουμε ότι ορισμένα ζώα που μπορούσαν να ανιχνεύσουν φως εξελίχθηκαν στην Κάμβρια. Η έρευνά μας δείχνει ότι αλληλεπιδράσεις φωτός σημειώθηκαν μεταξύ των ειδών σε μια εποχή που τα ζώα διαφοροποιούνταν γρήγορα και καταλάμβαναν νέους βιότοπους.
Κερδίζει και χάνει φως
Συνεχίζουμε να δοκιμάζουμε τα κοράλλια για την ικανότητά τους να βιοφωτίζουν με διάφορους τρόπους. Ένα κύριο συστατικό της παραγωγής φωτός στα κοράλλια και άλλα ζώα είναι ένα ένζυμο που ονομάζεται λουσιφεράση. Χρησιμοποιώντας δεδομένα αλληλουχίας DNA, αναπτύσσουμε ένα τεστ για το γενετικό δυναμικό βιοφωταύγειας που θα μας καταστήσει ευκολότερο και λιγότερο επεμβατικό τη μελέτη αυτής της ιδιότητας.
Έχουμε αρχικές ενδείξεις ότι τα μη βιοφωταύγεια οκτοκοράλια εξακολουθούν να διαθέτουν ομόλογα γονίδια λουσιφεράσης – γενετικές οδηγίες που μεταβιβάστηκαν από έναν κοινό πρόγονο όλων των οκτοκοραλίων. Το γιατί τα κοράλλια, που δεν μπορούν να παράγουν φως, έχουν διατηρήσει αυτά τα γονίδια είναι ένα μυστήριο.
Παράγουν πολύ αμυδρό φως που οι επιστήμονες δεν μπορούν να ανιχνεύσουν χρησιμοποιώντας τις τρέχουσες μεθόδους; Ή τα γονίδια λουσιφεράσης τους είναι δυσλειτουργικά; Περαιτέρω μελέτες θα μπορούσαν να αποκαλύψουν γιατί ορισμένα οκτοκοράλλια φαίνεται να έχουν χάσει την ικανότητα βιοφωταύγειας και πώς αυτή η απώλεια μπορεί να έχει επηρεάσει την επιβίωσή τους σε διαφορετικούς οικοτόπους.
Τα πρόσφατα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι πολλά κοράλλια που ζουν σε ρηχά νερά αλλά εξελίχθηκαν από προγόνους βαθέων υδάτων έχουν διατηρήσει την ικανότητα βιοφωταύγειας. Είναι πιθανό ορισμένα κοράλλια να έχασαν αυτή την ικανότητα με την πάροδο του χρόνου καθώς έγιναν λιγότερο χρήσιμα σε πιο ρηχά θαλάσσια περιβάλλοντα με περισσότερο φως.
Μελετάμε επίσης πώς εξελίχθηκε η βιοφωταύγεια σε άλλα πλάσματα, όπως οι γαρίδες, που ανεβαίνουν από τα βαθιά νερά για να αναζητήσουν τροφή κατά τη διάρκεια της ημέρας και επιστρέφουν στα βαθιά νερά τη νύχτα. Αυτά τα ζώα εκτίθενται σε μεταβαλλόμενες συνθήκες φωτός και παράγουν φως με διάφορους μοναδικούς τρόπους.
Ένα αξιοσημείωτο παράδειγμα: Μερικές γαρίδες κάνουν εμετό με λαμπερές χημικές ουσίες, δημιουργώντας λαμπερό υγρό για να αποκρούσει τους θηρευτές. Έχουν επίσης εξωτερικά όργανα βιοφωταύγειας φωτός κατά μήκος του σώματός τους που παράγουν μπλε φως.
Η μελέτη τέτοιων πλασμάτων βελτιώνει την κατανόησή μας για το πώς διαφορετικές ποσότητες φωτός στο περιβάλλον, συμπεριλαμβανομένου του φωτός που παράγεται από οργανισμούς, επηρεάζουν την εξέλιξη της βιοφωταύγειας και επηρεάζουν την όραση των οργανισμών. Αυτό μπορεί να ρίξει φως στο πώς η βιοφωταύγεια επηρέασε την εξέλιξη του ματιού και της όρασης πριν από περίπου 540 εκατομμύρια χρόνια, όταν η ζωή στη Γη διαφοροποιήθηκε.
Το γεγονός ότι τα κοράλλια ήταν σε θέση να παράγουν φως για εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια υποδηλώνει ότι αυτή η ικανότητα έχει συμβάλει σημαντικά στην επιβίωσή τους. Επιπλέον, τα αποτελέσματά μας υποστηρίζουν την ιδέα ότι η βιοφωταύγεια υπήρξε μια σημαντική μορφή επικοινωνίας για πολλά είδη ζώων σε όλη την ιστορία της Γης, ιδιαίτερα στα βαθιά θαλάσσια βάθη.
Αυτή η έρευνα μας έδωσε νέες ιδέες για την πρώιμη εξέλιξη και επικοινωνία των ζώων. Τα φωτεινά σήματα έδωσαν στα ζώα έναν νέο τρόπο επικοινωνίας σε έναν ταχέως μεταβαλλόμενο χρόνο που είδε την εμφάνιση νέων αρπακτικών και ένα πιο περίπλοκο τοπίο. Οι βελτιωμένες αισθητηριακές ικανότητες στον ωκεανό μπορεί να ήταν χρήσιμες σε αυτές τις συνθήκες. Ίσως η βιοφωταύγεια είναι ένα κομμάτι του παζλ που λείπει και δεν έχει ληφθεί επαρκώς υπόψη σε μελέτες για την προέλευση και την εξέλιξη των ζώων στους προϊστορικούς χρόνους.
Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύτηκε από το The Conversation, έναν μη κερδοσκοπικό, ανεξάρτητο ειδησεογραφικό οργανισμό που σας φέρνει γεγονότα και αναλύσεις για να σας βοηθήσει να κατανοήσετε τον περίπλοκο κόσμο μας.
Το έγραψε: Danielle DeLeo, Διεθνές Πανεπιστήμιο της Φλόριντα και ο Andrea Quattrini, Ίδρυμα Smithsonian.
Διαβάστε περισσότερα:
Ο Andrea Quattrini λαμβάνει χρηματοδότηση από το Smithsonian Institute, το Office of Ocean Exploration of the National Oceanic Atmospheric Administration και το National Science Foundation.
Η Danielle DeLeo δεν εργάζεται, δεν συμβουλεύεται, δεν κατέχει μετοχές ή δεν λαμβάνει μετοχές από οποιαδήποτε εταιρεία ή οργανισμό που θα επωφεληθεί από αυτό το άρθρο καμία τέτοια εταιρεία ή οργανισμό και δεν έχει αποκαλύψει σχετικές σχέσεις πέρα από την ακαδημαϊκή της απασχόληση.