Новое исследование Университета Тохоку в Японии показало, что Parapriacanthus ransonneti, небольшой вид гоголя, обитающего в Тихом океане, приобретает собственную биолюминесцентную способность, «крадя» люминесцентные молекулы у своей добычи. Это единственный известный пример животного, которое «импортирует» люминесцентные белки таким способом.
С помощью высокоточного полногеномного секвенирования исследователи обнаружили, что у этой маленькой рыбы длиной около 7 сантиметров отсутствует ген ключевого фермента, ответственного за биолюминесценцию, люциферазы, и нет никаких доказательств приобретения этого гена от других видов посредством «горизонтального переноса генов». Обычно биолюминесценция требует, чтобы сам организм нес и экспрессировал соответствующие гены, но у золотоглазого морского леща нет генетической программы для синтеза этого светоизлучающего фермента.
Напротив, команда подтвердила, что эта рыба напрямую получает белок люциферазы, синтезированный в организме противника, охотясь на добычу, называемую «морским светлячком» (светящийся планктон, принадлежащий ракообразным и остракодам), и «транспортирует» его в свой собственный светоизлучающий орган для использования. Исследователи написали в статье, что этот подход означает, что гоголь не может сам производить люциферазу, но достигает света, «накопляя и используя белок люциферазы добычи», явление, известное как «клептопротеинизм».
Этот механизм похож на своего рода «кражу» на молекулярном уровне. Когда золотоглазый морской лещ охотится на светящихся остракод, он не получает ДНК или гены противника, а напрямую захватывает функциональные белки, произведенные противником, и повторно распределяет их в своих собственных тканях. Этот паттерн чрезвычайно редок в природе и является единственным случаем у позвоночных, о котором четко сообщалось, что они приобрели функцию путем «кражи белков добычи».
Исследования показывают, что эта стратегия имеет очевидные преимущества в экономике энергетики. Поддержание набора генов и метаболических путей, которые могут независимо производить люминесцентные ферменты и связанные с ними химические молекулы, потребует от организмов значительной энергетической нагрузки. Золотоглазый морской лещ использует «аутсорсинговое производство», оставляя дорогостоящий процесс биохимического синтеза своей добыче, такой как морские светлячки. Он отвечает лишь за улавливание и переработку этих готовых молекулярных «ресурсов», тем самым экономя энергию и получая при этом способность излучать свет.
Еще более удивительным является то, что эта биолюминесценция не используется для привлечения партнеров или ловли добычи, а используется для маскировки и скрытности. Исследовательская группа объяснила, что в тусклых лунных водах, когда хищники смотрят на косяк рыбы снизу, они могут идентифицировать цель по силуэту рыбы в воде. Но как только золотоглазый луциан использует «украденные» люминесцентные белки в своем теле для освещения живота и других светоизлучающих органов, он может компенсировать свою собственную тень под фоновым светом водоема и визуально интегрироваться с окружающей средой. Эта стратегия называется «противосвещательный камуфляж».
На полученных изображениях исследователи показали синий свет, излучаемый брюшной поверхностью гоголя, и отметили, что эти ферменты и химические молекулы, используемые для биолюминесценции, не биосинтезируются самой рыбой, а получаются из добычи в результате еды и сохраняются в организме. Этот светящийся камуфляж в стиле «плаща-невидимки» является одним из самых сложных методов маскировки, известных в природе, значительно улучшая способность рыб избегать хищников в океане.
Однако у этой стратегии «аутсорсингового свечения» есть и обязательное условие: златоглазый морской лещ должен длительное время находиться в среде с достаточным количеством добычи «морских светлячков», чтобы он мог постоянно «пополнять» внутреннюю систему свечения. Исследовательская группа отметила, что каждый раз, когда вы едите люминесцентных остракод, это эквивалентно «подпитке» люминесцентного белка в организме. Интенсивность света не остается постоянной, а постоянно обновляется по мере потребления и повторного употребления белка.
Авторы статьи подчеркивают, что их результаты указывают на то, что организмы могут приобретать новые функции напрямую, «грабя» белки-жертвы в ходе эволюции, не полагаясь на горизонтальный перенос генов. В настоящее время конкретные механизмы «захвата» и транспорта белков полностью не выяснены, но данные по всему геному золотоглазого морского леща обеспечивают базовую платформу для дальнейших исследований эволюции и молекулярного механизма системы «кражи белковой люминесценции».
Это исследование было опубликовано в журнале Scientific Reports, а соответствующий пресс-релиз был официально выпущен Университетом Тохоку в Японии. Ученые полагают, что это открытие не только обновляет традиционные представления людей о биолюминесценции и распределении функций генов, но также открывает уникальную перспективу для понимания того, как организмы выживают и адаптируются в условиях ограниченной энергии с помощью экстремальных стратегий «сбережения ресурсов».