Биофлуоресценция рыб эволюционировала более 100 раз за 112 миллионов лет

Фото из открытых источников

Новое исследование, проведенное учеными Американского музея естественной истории, проливает свет на древнее происхождение биофлуоресценции у рыб и диапазон ярких цветов, вовлеченных в это биологическое явление. Подробно изложенные в двух дополнительных исследованиях, опубликованных в Nature Communications и PLOS One, результаты показывают, что биофлуоресценция возникла по меньшей мере 112 миллионов лет назад и с тех пор эволюционировала независимо более 100 раз, причем большая часть этой активности происходит среди рыб, обитающих на коралловых рифах.

Новая работа также показывает, что у морских рыб биофлуоресценция, которая возникает, когда организм поглощает свет, преобразует его и излучает в виде другого цвета, включает в себя большее разнообразие цветов, чем сообщалось ранее, охватывая несколько длин волн зеленого, желтого, оранжевого и красного.

«Исследователи уже давно знают, что биофлуоресценция широко распространена среди морских животных, от морских черепах до кораллов, и особенно среди рыб», — говорит ведущий автор Эмили Карр из Высшей школы Ричарда Гилдера при музее. «Но чтобы действительно добраться до сути того, почему и как эти виды используют эту уникальную адаптацию — будь то для маскировки, хищничества или воспроизводства — нам нужно понять лежащую в основе эволюционную историю, а также масштаб биофлуоресценции в ее нынешнем виде».

Для исследования Nature Communications Карр провела всестороннее исследование всех известных биофлуоресцентных костистых рыб — типа костных рыб, которые составляют самую большую группу позвоночных, живущих сегодня. В результате был составлен список из 459 биофлуоресцентных видов, включая 48 видов, которые ранее не были известны как биофлуоресцентные. Исследователи обнаружили, что биофлуоресценция развивалась более 100 раз у морских костистых рыб и, по оценкам, датируется примерно 112 миллионами лет, причем первый случай произошел у угрей.

Группа ученых также обнаружила, что виды рыб, обитающие в коралловых рифах или вокруг них, развивают биофлуоресценцию примерно в 10 раз быстрее, чем виды, не обитающие на рифах, причем количество флуоресцентных видов увеличилось после мел-палеогенового вымирания около 66 миллионов лет назад, когда вымерли все нептичьи динозавры.

«Эта тенденция совпадает с ростом современных коралловых рифов и быстрой колонизацией рифов рыбами, которая произошла после значительной потери разнообразия кораллов в период вымирания K-Pg», — сказала Карр. «Эти корреляции предполагают, что появление современных коралловых рифов могло способствовать диверсификации флуоресценции у костистых рыб, связанных с рифами».

Из 459 известных биофлуоресцентных костистых рыб, описанных в этом исследовании, большинство связано с коралловыми рифами.

Для исследования Карр и ее коллеги использовали специализированную фотоустановку с ультрафиолетовым и синим возбуждающим светом и эмиссионными фильтрами, чтобы изучить длины волн света, излучаемого рыбами в коллекции ихтиологии музея. Собранные за последние полтора десятилетия в экспедициях музея на Соломоновы острова, в Гренландию и Таиланд, образцы в исследовании ранее наблюдались флуоресцирующими, но полный спектр их биофлуоресцентных излучений был неизвестен.

Новая работа выявила гораздо большее разнообразие цветов, излучаемых костистыми рыбами (некоторые семейства которых демонстрируют по меньшей мере шесть различных пиков флуоресцентного излучения, соответствующих длинам волн в нескольких цветах), чем сообщалось ранее.

«Удивительные различия, которые мы наблюдали у широкого спектра этих флуоресцентных рыб, могут означать, что эти животные используют невероятно разнообразные и сложные сигнальные системы, основанные на специфичных для вида моделях флуоресцентного излучения», — сказал куратор музея Джон Спаркс. «Как показывают эти исследования, биофлуоресценция широко распространена и невероятно фенотипически изменчива среди морских рыб. Что нам действительно хотелось бы лучше понять, так это то, как флуоресценция функционирует в этих чрезвычайно изменчивых морских линиях, а также ее роль в диверсификации».

Исследователи также отмечают, что многочисленные длины волн флуоресцентного излучения, обнаруженные в этом исследовании, могут иметь значение для идентификации новых флуоресцентных молекул, которые обычно используются в биомедицинских приложениях, включая диагностику и терапию заболеваний с использованием флуоресценции.