Биолюминесценция: несколько эволюционных версий

Перейти в оглавление раздела:Поведение и окружающая среда

* Свечение организмов и эволюция

* Кальмар-светлячок

...Выделение светящихся соединений во внешнюю среду водными организмами напоминает защитный прием наземного жука бомбардира (род Brachinus). Потревоженный, он довольно метко стреляет во врагов жгучей смесью трех веществ: восстановленного субстрата (гидрохинона), фермента (пероксидазы) и перекиси водорода. Мы не исключаем, что в состав излучающих веществ, выбрасываемых водными животными, первоначально тоже входила (или даже входит, это не проверено) в качестве третьего компонента перекись водорода или другие АФК и что светящаяся смесь происходит от жгучей защитной смеси.

Есть много примеров, подтверждающих связь биолюминесценции с активными формами кислорода. Приведем некоторые.

У многощетинковых червей из семейства Polynoidae внутриклеточные световые вспышки вызываются образованием супероксида в своеобразных клеточных органоидах – люмисомах. Продуцируется он специальным ферментом, активируемым повышенной цитоплазматической концентрацией ионов кальция. А светится от супероксида другой, находящийся в тех же клетках белок, полиноидин.

У динофлагеллят и морских перьев рода Renilla люциферин не может реагировать с люциферазой и кислородом, пока остается связанным с особым белком. Когда клетка возбуждена, в ней повышается концентрация Ca2+, что влечет за собой высвобождение люциферина. Только после этого он может реагировать с кислородом и люциферазой.

Наконец, у радиолярий, гидроидных полипов и гребневиков белок, который связан с люциферином, обрел функцию люциферазы, вероятно, вторично в процессе эволюции. Достаточно лишь повысить концентрацию Ca2+ в клетке – и перекись люциферина, будучи в комплексе с таким белком, начинает светиться при распаде. С эволюционной точки зрения немаловажно, что кроме ионов кальция свечение подобных фотопротеинов могут вызывать активные формы кислорода.

Итак, у разных организмов импульсное свечение обеспечивается отнюдь не одинаково. У асцидий, многощетинковых и дождевых червей оно связано с импульсной генерацией самих АФК. У динофлагеллят и морских перьев – с порционным выбросом люциферина – антиоксиданта, защищающего организм от повреждений, вызываемых этими агрессивными окислителями. У светляков вспышки создаются, как полагают, сложным механизмом импульсной подачи кислорода к месту внутриклеточной локализации люциферина и люциферазы. Мы здесь рассматривать этот механизм не будем. Важнее попытаться ответить на вопрос: как у несветящихся родителей может вдруг появиться более или менее ярко светящийся потомок?

Данных пока нет, поэтому остается лишь предполагать. В одних случаях может изменяться реакция синтеза того или иного антиоксиданта и в результате – его структура. Обновленный антиоксидант начинает ярко светиться, реагируя с АФК. В других случаях антиоксидант (свой или полученный с пищей) в результате мутации попадает в клетки, где присутствует фермент – будущая люцифераза, и тогда яркое свечение в реакции с молекулярным кислородом или перекисью водорода обеспечено. Если же мутация меняет структуру фермента, с участием которого окисляется восстановленный субстрат, такой процесс тоже может сопровождаться свечением.

Это наши соображения по поводу возникновения биолюминесценции – эволюционного события, которое великий Дарвин затруднялся объяснить, исходя из своей теории. Конечно, не исключены и другие точки зрения.

Читать очерк сначала: Свечение организмов и эволюция

Данная статья была опубликована в № 44/2003 газеты "Биология" издательского дома "Первое сентября". Все права принадлежат автору и издателю и охраняются.