La bioluminiscencia evolucionó por primera vez en animales hace al menos 540 millones de años

La bioluminiscencia evolucionó por primera vez en animales hace al menos 540 millones de años en un grupo de invertebrados marinos llamados octocorales, según los resultados de un nuevo estudio realizado por científicos del Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian.

Los resultados, publicados el 23 de abril de 2024 en Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, hacen retroceder el récord anterior de la aparición más antigua del rasgo luminoso en animales en casi 300 millones de años, y algún día podrían ayudar a los científicos a decodificar por qué la capacidad de producir luz evolucionó en primer lugar.

La bioluminiscencia es más antigua de lo que se pensaba: buscando sus orígenes

La bioluminiscencia (la capacidad de los seres vivos para producir luz mediante reacciones químicas) ha evolucionado de forma independiente al menos 94 veces en la naturaleza y está involucrada en una amplia gama de comportamientos que incluyen el camuflaje, el cortejo, la comunicación y la caza. Hasta ahora, se pensaba que el origen más antiguo de la bioluminiscencia en animales se remontaba a hace unos 267 millones de años en pequeños crustáceos marinos llamados ostrácodos .

Pero para un rasgo que es literalmente esclarecedor, los orígenes de la bioluminiscencia han permanecido oscuros.

"Nadie sabe muy bien por qué evolucionó por primera vez en los animales", dijo Andrea Quattrini, curadora de corales del museo y autora principal del estudio.

Pero para que Quattrini y la autora principal Danielle DeLeo, investigadora asociada del museo y ex becaria postdoctoral, pudieran abordar la cuestión más amplia de por qué evolucionó la bioluminiscencia, necesitaban saber cuándo apareció por primera vez esta capacidad en los animales.

En busca de los orígenes más antiguos de este rasgo, los investigadores decidieron retroceder en la historia evolutiva de los octocorales, un grupo de animales evolutivamente antiguo y frecuentemente bioluminiscente que incluye corales blandos, abanicos de mar y plumas de mar.

Al igual que los corales duros, los octocorales son diminutos pólipos coloniales que secretan una estructura que se convierte en su refugio, pero a diferencia de sus parientes pétreos, esa estructura suele ser blanda. Los octocorales que brillan normalmente sólo lo hacen cuando se les golpea o se les molesta de otro modo, lo que deja un poco misteriosa la función precisa de su capacidad para producir luz.

"Queríamos descubrir el momento del origen de la bioluminiscencia, y los octocorales son uno de los grupos de animales más antiguos del planeta que se sabe que tienen bioluminiscencia", dijo DeLeo. "Entonces, la pregunta era ¿cuándo desarrollaron esta habilidad?"

No es coincidencia que Quattrini y Catherine McFadden del Harvey Mudd College hubieran completado un árbol evolutivo de los octocorales extremadamente detallado y bien sustentado en 2022. Quattrini y sus colaboradores crearon este mapa de relaciones evolutivas, o filogenia, utilizando datos genéticos de 185 especies de octocorales.

Con este árbol evolutivo basado en evidencia genética, DeLeo y Quattrini ubicaron dos fósiles de octocorales de edades conocidas dentro del árbol según sus características físicas. Los científicos pudieron utilizar las edades de los fósiles y sus respectivas posiciones en el árbol evolutivo de los octocorales hasta la fecha para determinar aproximadamente cuándo los linajes de los octocorales se dividieron para convertirse en dos o más ramas.

A continuación, el equipo trazó las ramas de la filogenia que presentaban especies bioluminiscentes vivas.

Una vez fechado el árbol evolutivo y etiquetadas las ramas que contenían especies luminosas, el equipo utilizó una serie de técnicas estadísticas para realizar un análisis llamado reconstrucción del estado ancestral.

"Si sabemos que estas especies de octocorales que viven hoy en día son bioluminiscentes, podemos usar estadísticas para inferir si era muy probable que sus ancestros fueran bioluminiscentes o no", dijo Quattrini. "Cuantas más especies vivas tengan el rasgo compartido, mayor será la probabilidad de que, a medida que retrocedemos en el tiempo, esos ancestros probablemente también tuvieran ese rasgo".

Los investigadores utilizaron numerosos métodos estadísticos diferentes para reconstruir su estado ancestral, pero todos llegaron al mismo resultado: hace unos 540 millones de años, el ancestro común de todos los octocorales era muy probablemente bioluminiscente. Esto es 273 millones de años antes que los brillantes crustáceos ostrácodos que anteriormente ostentaban el título de evolución más temprana de la bioluminiscencia en animales.

DeLeo y Quattrini dijeron que los miles de representantes vivos de los octocorales y la incidencia relativamente alta de bioluminiscencia sugieren que el rasgo ha jugado un papel en el éxito evolutivo del grupo. Si bien esto plantea aún más la pregunta de para qué usan exactamente los octocorales la bioluminiscencia, los investigadores dijeron que el hecho de que se haya conservado durante tanto tiempo resalta cuán importante se ha vuelto esta forma de comunicación para su aptitud y supervivencia.

Ahora que los investigadores saben que el ancestro común de todos los octocorales probablemente ya tenía la capacidad de producir su propia luz, están interesados en una explicación más detallada de cuáles de las más de 3.000 especies vivas del grupo aún pueden iluminarse y cuáles han perdido esa característica. Esto podría ayudar a centrarse en un conjunto de circunstancias ecológicas que se correlacionan con la capacidad de bioluminiscencia y potencialmente iluminar su función.

Además de arrojar luz sobre los orígenes de la bioluminiscencia, este estudio también ofrece un contexto evolutivo y conocimientos que pueden informar el seguimiento y la gestión de estos corales en la actualidad. Los octocorales están amenazados por el cambio climático y las actividades de extracción de recursos, en particular la pesca, la extracción y los derrames de petróleo y gas, y más recientemente por la minería de minerales marinos.

Referencia

Danielle M. DeLeo et al, Evolution of bioluminescence in Anthozoa with emphasis on Octocorallia, Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences (2024). DOI: 10.1098/rspb.2023.2626