Почему рыбы светятся

Биолюминесценция – это свечение живых организмов, и хотя термин тут один, светиться они могут очень по-разному. Например, медузы испускают свет с помощью люминесцентных белков, к которым прикреплены особые химические группы – физико-химические превращения этих групп и дают свет той или иной волны (такой способ люминесценции называют флуоресценцией).

Другой очень распространённый механизм люминесценции опирается на ферментативную реакцию с участием фермента люциферазы и молекул люциферина: люцифераза окисляет люциферин, который немедленно высвобождает квант света. Люциферазная система есть у жуков-светляков, но вообще у неё есть много разновидностей, и ею пользуются множество живых организмов, в том числе и морские членистоногие.

При этом обычно считалось, что если люциферин живые организмы могут, в крайнем случае, получить с едой, то люциферазу они обязательно синтезируют сами. Однако исследователи из Нагойского университета и Исследовательского института океанариума Монтерей Бэй (MBARI) нашли рыб, которые, образно говоря, весь свой свет получают с едой. В морях и океанах живёт более двухсот родов рыб, умеющих светиться, и если взглянуть на них с эволюционной точки зрения, то окажется, что биолюминесценция среди рыб возникала независимо по меньшей мере 27 раз. При этом до сих пор ничего не было известно о рыбьем гене люциферазы.

Исследователи решили взяться за род Parapriacanthus – светящихся рыб-чистильщиков из Индийского океана и западной части Тихого. Про них уже было известно, что люциферин они получают с едой (а питаются они мелкими ракообразными класса Остракод). Когда анализировали геном одного из видов рода, Parapriacanthus ransonneti, то рассчитывали, что ген люциферазы у них точно будет – но его не было. Зато оказалось, что тот фермент, с помощью которого чистильщики светятся – это тот же самый белок, которые есть у поедаемых ими остракод.

Тогда с рыбами поставили эксперимент – их год кормили такой едой, в которой не было фермента люциферазы, и рыбы перестали светиться. Затем их снова стали кормить светящимися рачками, но только другого вида, не того, который P. ransonneti едят обычно – и у рыб в их светящихся органах появилась новая люцифераза. Подробно эксперименты с рыбами и рачками описаны в Science Advances.

Необычно здесь то, что люцифереза – довольно крупный белок, и в пищеварительной системе рыб он, казалось бы, неизбежно должен был бы расщепиться, пусть и не полностью, но хотя бы до такого состояния, чтобы утратить способность катализировать «светящуюся» реакцию. Но вот не расщепляется. И теперь исследователи хотят выяснить, как рыбам удаётся заполучить рачковый фермент для свечения целым и невредимым.

По материалам The Scientist.

Для того, чтобы быть в курсе новостей в сфере науки, подписывайтесь на наш Telegram-канал.