9870 St Vincent Place, Glasgow, DC 45 Fr 45.
Биолюминесцения: несколько эволюционных версий
Перейти в оглавление раздела:Поведение и окружающая среда
* Свечение организмов и эволюция
Биолюминесцения: несколько эволюционных версий
Единого мнения о том, какие именно «добиолюминесцентные» функции выполняли молекулы люциферина и люциферазы, у ученых нет.
Одно время думали, что люциферазы произошли от ферментов, которые некогда, на заре жизни, защищали организмы от молекулярного кислорода, появившегося в атмосфере в больших количествах в связи с фотосинтезом. Позже, однако, выяснилось, что эти ферменты у разных групп организмов не сходны между собою. В эволюционном отношении они, видимо, гораздо моложе, чем сравнительно менее разнообразные люциферины, их субстраты. Да и биолюминесценция обретена многими организмами, как уже говорилось, не так уж давно и независимыми путями.
В 1998 г. группа ученых во главе с Ж.Р. Рийзом (Бельгия) предложила гипотезу, согласно которой «добиолюминесцентная» функция люциферинов состояла в защите морских организмов от АФК, образующихся в верхних слоях океана под действием ультрафиолета. Если такой организм переселялся на большую глубину, антиоксиданты там, в темноте, ему становились не нужны, и их можно было использовать для свечения.
Другие авторы полагают, что люциферины могли предохранять организм от собственных АФК – «неизбежного зла» при аэробном дыхании. Как известно, далеко не весь кислород восстанавливается в основной дыхательной цепи митохондрий. Нет-нет да образуются АФК и начинают «бесчинствовать» в клетках. Чем больше потребляется кислорода, тем больше этого «брака». От него-то, считают, и спасали «пробиолюминесцентные» системы.
По третьей версии, люциферины в большинстве своем – «вещества-чужаки» (ксенобиотики), попадающие в организм с пищей, а перекисное окисление уменьшает их токсичность.
Наконец и наша точка зрения. Один из авторов этой статьи, Ю.А. Лабас, еще в 1990 г. на Х конференции, посвященной памяти Л.А. Орбели, обратил внимание на то, что биолюминесцентными бывают главным образом клетки, по тем или иным причинам сами секретирующие АФК в повышенных количествах с помощью специальных ферментов, которые не связаны с митохондриями. Так, у некоторых дождевых червей и колониальных асцидий, если их потревожить, начинают ярко светиться фагоциты, выходящие на поверхность тела вместе с целомической жидкостью и разрушающиеся там (у асцидий – под прозрачной мантией). Напомним, что одна из функций фагоцитов – импульсная секреция АФК для уничтожения бактерий.
У большинства других многоклеточных животных ярко светятся фотоциты, расположенные на поверхности тел или, как у кишечнополостных и гребневиков, – в энтодерме.
Эпителиальные клетки, которые выделяют в воду светящиеся вещества, сами способны производить АФК в импульсном режиме, видимо, в качестве антимикробного средства. Это только что подтвердили наши эксперименты.
«Рекордсмены» в отравлении окружающей среды активными формами кислорода и особым ядом сакситоксином – морские планктонные динофлагелляты, в том числе светящиеся, чрезмерное размножение которых является причиной так называемых красных приливов, губительных для всего живого, кроме самих водорослей.
Не исключено, что и фотобактерии, паразиты и симбионты, выбрасывают АФК в окружающую среду. У ряда видов паразитических небиолюминесцентных бактерий такая секреция уже доказана, а у фотобактерий ее пока просто не искали. Паразитические бактерии, выделяя АФК, вероятно, разрушают таким способом ткани «хозяина», а, возможно, еще и уничтожают конкурентов.
Таким образом светятся (постоянно или в импульсном режиме) в основном клетки, которые сами секретируют АФК для той или иной цели, главным образом для защиты. Поэтому мы полагаем, что биолюминесценция – это результат наследственных изменений механизмов, защищающих подобные клетки от самоуничтожения.
Характерно, что многие выделяемые в импульсном режиме люциферины или их комплексы с белками, т.е. фотопротеины, светятся даже без люциферазы, реагируя не с молекулярным кислородом, а с АФК. Подобным образом излучают свет в эксперименте люциферин ракушковых рачков рода Vargula и фотопротеин двустворчатых моллюсков рода Pholas (оба эти соединения – варгулин и фолазин – используют как сверхчувствительные индикаторы АФК). ....
Читать очерк дальше: Свечение организмов и эволюция