A bioluminescência evoluiu pela primeira vez em animais há pelo menos 540 milhões de anos, retrocedendo o exemplo mais antigo e datado
O octocoral bambu Isidella sp. exibindo bioluminescência nas Bahamas em 2009. Crédito:Sönke Johnsen A bioluminescência evoluiu pela primeira vez em animais há pelo menos 540 milhões de anos, num grupo de invertebrados marinhos chamados octocorais, de acordo com os resultados de um novo estudo realizado por cientistas do Museu Nacional de História Natural do Smithsonian.
Os resultados, publicados em 23 de abril, no Proceedings of the Royal Society B:Biological Sciences , recuará o recorde anterior do surgimento mais antigo da característica luminosa em animais em quase 300 milhões de anos e poderá um dia ajudar os cientistas a decodificar por que a capacidade de produzir luz evoluiu em primeiro lugar.
A bioluminescência – a capacidade dos seres vivos de produzir luz através de reações químicas – evoluiu de forma independente pelo menos 94 vezes na natureza e está envolvida numa enorme variedade de comportamentos, incluindo camuflagem, cortejo, comunicação e caça. Até agora, pensava-se que a origem mais antiga da bioluminescência em animais teria sido há cerca de 267 milhões de anos, em pequenos crustáceos marinhos chamados ostracodes.
Mas para uma característica que é literalmente esclarecedora, as origens da bioluminescência permaneceram obscuras.
“Ninguém sabe ao certo porque é que evoluiu primeiro em animais”, disse Andrea Quattrini, curador de corais do museu e autor sénior do estudo.
Mas para Quattrini e a autora principal Danielle DeLeo, pesquisadora associada do museu e ex-bolsista de pós-doutorado, poderem eventualmente abordar a questão mais ampla de por que a bioluminescência evoluiu, eles precisavam saber quando a habilidade apareceu pela primeira vez em animais.
Em busca das origens mais antigas da característica, os pesquisadores decidiram examinar a história evolutiva dos octocorais, um grupo de animais evolutivamente antigo e frequentemente bioluminescente que inclui corais moles, leques marinhos e canetas marinhas.
Tal como os corais duros, os octocorais são pequenos pólipos coloniais que segregam uma estrutura que se torna o seu refúgio, mas, ao contrário dos seus parentes rochosos, essa estrutura é geralmente macia. Os octocorais que brilham normalmente só o fazem quando são atingidos ou perturbados de outra forma, deixando um pouco misteriosa a função precisa de sua capacidade de produzir luz.
“Queríamos descobrir o momento da origem da bioluminescência, e os octocorais são um dos grupos de animais mais antigos do planeta conhecidos por bioluminescência”, disse DeLeo. “Então, a questão era quando eles desenvolveram essa habilidade?”
Uma diversidade de corais de bambu e corais dourados no Oceano Pacífico central, octocorais de águas profundas que são conhecidos por serem bioluminescentes. Crédito:Escritório de Exploração e Pesquisa Oceânica da NOAA
Não por coincidência, Quattrini e Catherine McFadden, do Harvey Mudd College, completaram uma árvore evolutiva dos octocorais extremamente detalhada e bem fundamentada em 2022. Quattrini e seus colaboradores criaram este mapa de relações evolutivas, ou filogenia, usando dados genéticos de 185 espécies de octocorais. .
Com esta árvore evolutiva baseada em evidências genéticas, DeLeo e Quattrini situaram então dois fósseis de octocorais de idades conhecidas dentro da árvore, de acordo com suas características físicas. Os cientistas foram capazes de usar as idades dos fósseis e as suas respectivas posições na árvore evolutiva dos octocorais até à data para descobrir aproximadamente quando é que as linhagens dos octocorais se separaram para se tornarem dois ou mais ramos.
Em seguida, a equipe mapeou os ramos da filogenia que apresentavam espécies bioluminescentes vivas.
Com a árvore evolutiva datada e os ramos que continham espécies luminosas rotulados, a equipe usou então uma série de técnicas estatísticas para realizar uma análise chamada reconstrução do estado ancestral.
"Se soubermos que estas espécies de octocorais que vivem hoje são bioluminescentes, podemos usar estatísticas para inferir se os seus antepassados eram altamente prováveis de serem bioluminescentes ou não", disse Quattrini. "Quanto mais espécies vivas com a característica compartilhada, maior a probabilidade de que, à medida que você volta no tempo, esses ancestrais provavelmente também tivessem essa característica."
Os investigadores utilizaram vários métodos estatísticos diferentes para a reconstrução do seu estado ancestral, mas todos chegaram ao mesmo resultado:há cerca de 540 milhões de anos, o ancestral comum de todos os octocorais era muito provavelmente bioluminescente. Isso é 273 milhões de anos antes dos crustáceos ostracodes brilhantes que anteriormente detinham o título de evolução mais antiga da bioluminescência em animais.
DeLeo e Quattrini disseram que os milhares de representantes vivos dos octocorais e a incidência relativamente alta de bioluminescência sugerem que a característica desempenhou um papel no sucesso evolutivo do grupo. Embora isto levante ainda mais a questão de para que exactamente os octocorais estão a usar a bioluminescência, os investigadores disseram que o facto de ela ter sido mantida durante tanto tempo realça o quão importante esta forma de comunicação se tornou para a sua aptidão e sobrevivência.
Agora que os investigadores sabem que o ancestral comum de todos os octocorais provavelmente já tinha a capacidade de produzir a sua própria luz, estão interessados numa contabilidade mais completa sobre quais das mais de 3.000 espécies vivas do grupo ainda conseguem acender e quais perderam a característica. . Isto poderia ajudar a focar num conjunto de circunstâncias ecológicas que se correlacionam com a capacidade de bioluminescência e potencialmente iluminar a sua função.
Para este fim, DeLeo disse que ela e alguns dos seus co-autores estão a trabalhar na criação de um teste genético para determinar se uma espécie de octocoral tem cópias funcionais dos genes subjacentes à luciferase, uma enzima envolvida na bioluminescência. Para espécies de luminosidade desconhecida, tal teste permitiria aos investigadores obter uma resposta de uma forma ou de outra de forma mais rápida e fácil.
Um magnífico coral Iridogorgia magnispiralis, um octocoral de águas profundas conhecido por ser bioluminescente. Crédito:Escritório de Exploração e Pesquisa Oceânica da NOAA, Deepwater Wonders of Wake
Além de esclarecer as origens da bioluminescência, este estudo também oferece um contexto evolutivo e informações que podem informar o monitoramento e o manejo desses corais hoje. Os octocorais estão ameaçados pelas alterações climáticas e pelas actividades de extracção de recursos, particularmente a pesca, a extracção e derrames de petróleo e gás e, mais recentemente, pela mineração mineral marinha.
Esta pesquisa apoia o Ocean Science Center do museu, que visa avançar e compartilhar o conhecimento do oceano com o mundo. DeLeo e Quattrini disseram que ainda há muito mais a aprender antes que os cientistas possam entender por que a capacidade de produzir luz evoluiu primeiro, e embora seus resultados coloquem suas origens profundamente no tempo evolutivo, permanece a possibilidade de que estudos futuros descubram que a bioluminescência é ainda mais antiga. .
Este estudo inclui autores afiliados à Florida International University, ao Monterey Bay Aquarium Research Institute, à Universidade de Nagoya, ao Harvey Mudd College e à Universidade da Califórnia, Santa Cruz.
