Геномный анализ опроверг основную гипотезу о светлячках

В Китае биолог Ин Чжэнь с коллегами изучили геном светлячков и в результате опровергли распространённое мнение о том, что свечение (биолюминесценция) этих насекомых возникло как защитный механизм — чтобы сигнализировать об их ядовитости другим животным.


Генетическое исследование показало, что биолюминесценция светлячков предшествовала их ядовитости и, возможно, развилась как реакция на окислительный стресс.

Ранее наука верила, что семейство жуков, известное как светляки (Lampyridae), изначально развили свои «лампочки» как предупреждающий сигнал, объявляющий о токсичности желающим перекусить ими. И лишь позднее у огоньков якобы появилась вторая функция — они будто бы стали сигналами о готовности к спариванию. Сторонники идеи с предупреждением о ядовитости попытались логично объяснить, почему у этих жуков также светится на разных стадиях потомство: яйца, личинки и куколки.

Исследователь Ин Чжэнь с коллегами решили перепроверить общепринятую точку зрения и составили генеалогическое древо светлячков (на второй иллюстрации). Затем они проследили, как с ходом эволюции у этого семейства жуков изменялись люцибуфагины, то есть специфические «ядохимикаты».



Биологи собрали свежие образцы 16 видов светляков по всему Китаю, а также поймали два родственных вида насекомых. Новые образцы подвергли анализу вместе с ранее собранными коллекциями и генетическими данными. В общей сложности авторы исследования рассмотрели генетическую информацию 41 вида насекомых. И у видов по отдельности авторы также выявляли люцибуфагины с помощью высокотехнологичного оборудования.

Оказалось, что люцибуфагины свойственны только одному подсемейству (группе видов) светлячков. А вот биолюминесценция как таковая широко распространена во всём семействе этих мерцающих существ. Этот факт убедительно свидетельствует о том, что токсин возник уже после приобретения биолюминесценции, а способность светиться — древнее.

Итак, отчего же светляки впервые «вздумали» светиться? Ранее стало известно, что люциферин, от которого зависит биолюминесценция, отличается также антиоксидантным действием, то есть нейтрализует реакцию окисления живых тканей. Ин Чжэнь с коллегами обнаружили, что предки светлячков эволюционировали и разделялись на виды в течение эпохи, когда уровень кислорода в атмосфере продолжал расти вслед за историческим минимумом. Минимум этот представлял собой значительное падения уровня кислорода в океане в начале юрского периода. Экологическая катастрофа примерно 183 миллиона лет назад привела к вымиранию множества животных. Среди возможных её причин называют как вулканические процессы, так и потепление климата.

Исследователи светлячков предположили, что древние многоножки первыми приобрели свечение, чтобы противостоять окислительному стрессу в жаркой и сухой среде. Так возникло предположение, что светлячки пошли по аналогичному пути.

Итак, новое исследование показало, что биолюминесценция у светлячков возникла как реакция на окислительный стресс, то есть в результате негативного воздействия кислорода. Такая реакция организма на кислород привела к эволюции их токсичных соединений, люцибуфагинов, которые на самом деле встречаются только у некоторых видов светлячков.