生物发光至少在5.4亿年前首次在动物身上进化，推翻了之前最古老的例子
2009年，八放珊瑚在巴哈马群岛展示生物发光。来源：Sönke Johnsen
（化石网cnfossil.com）据史密森学会：史密森学会国家自然历史博物馆科学家的一项新研究结果显示，至少5.4亿年前，生物发光首次在动物体内进化，进化于一组被称为八放珊瑚的海洋无脊椎动物中。
这项研究结果于4月23日发表在《英国皇家学会学报B：生物科学》上，将这种发光特性在动物身上出现的最古老记录倒退了近3亿年，并有一天可以帮助科学家解码为什么产生光的能力首先会进化。
生物发光——生物通过化学反应产生光的能力——在自然界中独立进化了至少94次，并参与了一系列行为，包括伪装、求偶、交流和狩猎。到目前为止，动物生物发光最早的起源被认为是2.67亿年前，在被称为介形虫的小型海洋甲壳类动物中。
但对于一个真正具有启发性的特征来说，生物发光的起源仍然模糊不清。
博物馆珊瑚馆长、该研究的资深作者Andrea Quattrini说：“没有人知道它为什么首先在动物身上进化。”。
但Quattrini和主要作者Danielle DeLeo，博物馆研究助理和前博士后，要最终解决生物发光为什么进化的更大问题，他们需要知道这种能力是何时首次出现在动物身上的。
为了寻找这种特征的最早起源，研究人员决定回顾八放珊瑚的进化史，八放珊瑚是一种进化上古老且经常发光的动物群，包括软珊瑚、海扇和海圈。
与硬珊瑚一样，八放珊瑚是微小的群体性珊瑚虫，它们分泌一个框架，成为它们的避难所，但与它们的石珊瑚不同，这种结构通常是柔软的。发光的八角珊瑚通常只有在受到撞击或其他干扰时才会发光，这让它们产生光的确切功能有点神秘。
DeLeo说：“我们想弄清楚生物发光起源的时间，八放珊瑚是地球上已知的最古老的生物发光动物群之一。”。“所以，问题是他们什么时候培养出这种能力的？”
并非巧合的是，Quattrini和Harvey Mudd学院的Catherine McFadden在2022年完成了一个极其详细、得到充分支持的八放珊瑚进化树。Quattrini和她的合作者利用185种八放珊瑚的遗传数据创建了这张进化关系图。
有了这棵基于基因证据的进化树，DeLeo和Quattrini根据其物理特征在树内定位了两块已知年龄的八放珊瑚化石。科学家们能够利用化石的年龄及其在章鱼进化树中的位置来大致计算出章鱼谱系何时分裂成两个或多个分支。
接下来，研究小组绘制了以活体生物发光物种为特征的系统发育分支。
随着进化树的年代和包含发光物种的分支的标记，该团队随后使用一系列统计技术进行了一项名为祖先状态重建的分析。
Quattrini说：“如果我们知道今天生活的这些八放珊瑚是生物发光的，我们就可以用统计数据来推断它们的祖先是否很有可能是生物发光。”。“具有共同特征的活物种越多，随着时间的推移，这些祖先可能也具有这种特征的概率就越高。”
研究人员使用了许多不同的统计方法来重建它们的祖先状态，但都得出了相同的结果：大约5.4亿年前，所有八放珊瑚的共同祖先很可能是生物发光的。这比发光的介形虫甲壳类动物早了2.73亿年，介形虫曾被认为是动物生物发光进化最早的动物。
DeLeo和Quattrini说，八放珊瑚有数千个活着的代表，生物发光的发生率相对较高，这表明这种特征在该群体的进化成功中发挥了作用。虽然这进一步引出了八放珊瑚使用生物发光究竟是为了什么的问题，但研究人员表示，它被保留了这么长时间，这一事实突显了这种交流形式对它们的健康和生存有多么重要。
既然研究人员知道所有八放珊瑚的共同祖先可能已经有能力产生自己的光，他们有兴趣更彻底地了解该群体3000多个现存物种中哪些仍然可以发光，哪些已经失去了这种特性。这可能有助于关注一系列与生物发光能力相关的生态环境，并可能阐明其功能。
为此，DeLeo说，她和她的一些合著者正在致力于创建一种基因测试，以确定八放珊瑚物种是否具有荧光素酶（一种参与生物发光的酶）基因的功能拷贝。对于光度未知的物种，这样的测试将使研究人员能够更快、更容易地得到答案。
一种壮观的珊瑚Iridogorgia magnispiralis，一种已知具有生物发光性的深海八放珊瑚。资料来源：美国国家海洋和大气管理局海洋勘探与研究办公室，尾流深水奇观
除了阐明生物发光的起源外，这项研究还提供了进化背景和见解，可以为今天对这些珊瑚的监测和管理提供信息。珊瑚受到气候变化和资源开采活动的威胁，特别是捕鱼、石油和天然气开采和泄漏，最近还受到海洋矿产开采的威胁。
这项研究为博物馆的海洋科学中心提供了支持，该中心旨在向世界宣传和分享海洋知识。DeLeo和Quattrini说，在科学家们理解为什么产生光的能力首先进化之前，还有很多事情要学，尽管他们的研究结果将其起源于进化的深处，但未来的研究仍有可能发现生物发光更古老。
这项研究包括隶属于佛罗里达国际大学、蒙特利湾水族馆研究所、名古屋大学、哈维·穆德学院和加州大学圣克鲁斯分校的作者。
