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史密森尼的研究人员发现，八珊瑚的生物发光可以追溯到5.4亿年前，这挑战了之前的估计，并强调了这种特征在进化中的重要性。这一发现可能会加深对这些海洋生物的了解，并改善对它们的保护。一种壮丽的珊瑚，一种深海的八角珊瑚，已知是生物发光的。资料来源:美国国家海洋和大气管理局海洋探索与研究办公室，深水奇迹尾流

这项研究探索了包括软珊瑚在内的海洋无脊椎动物的古老谱系，将之前最古老的特征样本推迟了近3亿年。

根据史密森国家自然历史博物馆的科学家的一项新研究，生物发光至少起源于5.4亿年前的一群海洋无脊椎动物，称为八珊瑚。

发表在《英国皇家学会学报B辑》上的研究结果，将发光特性在动物中出现的最古老的记录推迟了近3亿年，有朝一日可能帮助科学家们破译为什么发光能力首先会进化。

生物发光——生物通过化学反应产生光的能力——在自然界中已经独立进化了至少94次，涉及到包括伪装、求偶、交流和狩猎在内的一系列行为。到目前为止，动物生物发光最早的起源被认为是大约2.67亿年前，在一种叫做介形虫的小型海洋甲壳类动物身上。

但是，作为一种名副其实的发光特性，生物发光的起源仍然模糊不清。

2009年，巴哈马的竹珊瑚Isidella sp.在展示生物发光。来源:Sönke Johnsen

“没有人知道为什么它首先在动物身上进化，”博物馆珊瑚馆长、该研究的资深作者安德里亚·夸特里尼(Andrea Quattrini)说。

但对于Quattrini和主要作者Danielle DeLeo(博物馆研究助理和前博士后)来说，为了最终解决生物发光进化的更大问题，他们需要知道这种能力首次出现在动物身上是什么时候。

研究方法及结果

为了寻找这种特征的最早起源，研究人员决定回顾八爪珊瑚的进化史，八爪珊瑚是一种进化上古老且经常发光的动物，包括软珊瑚、海扇和海笔。像硬珊瑚一样，八爪珊瑚是微小的殖民地珊瑚虫，它们分泌一个框架作为它们的避难所，但与它们的石质亲戚不同，这个结构通常是柔软的。通常只有在碰撞或受到其他干扰时，八爪珊瑚才会发光，这使得它们发光能力的确切功能有点神秘。

德利奥说:“我们想弄清楚生物发光起源的时间，而八珊瑚是地球上已知的最古老的生物发光动物群体之一。”“所以，问题是他们是什么时候发展出这种能力的?”

不巧的是，哈维马德学院的Quattrini和Catherine McFadden在2022年完成了一份非常详细、有充分支持的八爪珊瑚进化树。Quattrini和她的合作者利用185种八角珊瑚的遗传数据，绘制了这张进化关系或系统发育图。

在太平洋中部的竹珊瑚和金珊瑚的多样性，深海的八爪珊瑚是已知的生物发光。来源:美国国家海洋和大气管理局海洋探索与研究办公室

有了这个基于遗传证据的进化树，DeLeo和Quattrini然后根据它们的物理特征，在树中定位了两个已知年龄的十月珊瑚化石。科学家们能够利用化石的年龄和它们在迄今为止的八珊瑚进化树中的各自位置，大致计算出八珊瑚谱系何时分裂成两个或更多分支。接下来，研究小组绘制了以现存生物发光物种为特征的系统发育分支。

有了进化树的年代和包含发光物种的分支的标记，研究小组随后使用一系列统计技术进行了一项称为祖先状态重建的分析。

Quattrini说:“如果我们知道这些生活在今天的八栖珊瑚是生物发光的，我们就可以用统计数据来推断它们的祖先是否很可能是生物发光的。”“拥有共同特征的现存物种越多，当你回到过去的时候，这些祖先也有这种特征的可能性就越高。”

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，但都得到了相同的结果:大约5.4亿年前，所有八爪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，之前甲壳类动物拥有生物发光最早进化的称号。

DeLeo和Quattrini说，章鱼珊瑚的数千个存活代表和相对较高的生物发光发生率表明，这种特性在该群体的进化成功中发挥了作用。虽然这进一步引出了一个问题，即八鳃珊瑚究竟利用生物发光来做什么，但研究人员表示，这种生物发光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是多么重要。

未来研究方向与保护

既然研究人员知道所有八鳃珊瑚的共同祖先可能已经有了自己发光的能力，他们就有兴趣更彻底地说明，在这一群体的3000多个现存物种中，哪些还能发光，哪些已经失去了这种特性。这将有助于研究一系列与生物发光能力相关的生态环境，并有可能阐明其功能。

为此，德利奥说，她和她的一些合著者正在努力创建一种基因测试，以确定八珊瑚物种是否具有荧光素酶(一种参与生物发光的酶)基因的功能副本。对于未知光度的物种，这样的测试将使研究人员能够以一种或另一种方式更快更容易地得到答案。

除了揭示生物发光的起源外，这项研究还提供了进化背景和见解，可以为今天这些珊瑚的监测和管理提供信息。八月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，以及最近的海洋矿物开采。

这项研究支持了博物馆的海洋科学中心，该中心旨在促进和与世界分享海洋知识。DeLeo和Quattrini说，在科学家能够理解为什么产生光的能力首先进化之前，还有很多东西需要学习，尽管他们的研究结果将其起源置于进化时间的深处，但未来的研究仍然有可能发现生物发光甚至更古老。

这项研究的作者来自佛罗里达国际大学、蒙特利湾水族馆研究所、名古屋大学、哈维马德学院和加州大学圣克鲁斯分校。

这项研究得到了史密森学会、大卫和露西尔·帕卡德基金会、日本科学技术机构和美国国家科学基金会的支持。