萤火虫最初为什么发光？西湖大学研究：或不是为了说“我有毒”
众多人对萤火虫情有独钟，它们的出现通常预示着优美的自然环境，同时也营造了一种浪漫的气氛。
萤火虫 受访者 供图
萤火虫属于稀有的发光陆生生物之一。在漫长的进化历程中，它们发光的功能已经拓展至多种用途，如用于求偶、迷惑或诱捕猎物，以及威慑捕食者等。
但萤火虫最初为什么要发光，最初为什么要演化出这种能力？
在此之前kaiyun全站app登录入口，学术界普遍接受的观点是kaiyun全站登录网页入口，萤科生物的祖先在进化过程中所发出的生物荧光，原本是作为一种体内毒素的警示标志，向捕食者传达信息：我体内含有毒素！
近期，西湖大学生命科学学院的研究员、博士生导师甄莹及其团队发布了一项新研究成果，该研究通过重建萤火虫体内毒素的进化历程，对之前的理论提出了挑战。
该论文已在线登载于美国国家科学院院刊的姊妹期刊PNAS Nexus，其题目为《萤火虫毒素——卢西布法金素的演化历程晚于生物发光现象的起源》。
8月4日，甄莹研究员以及该论文的首位作者、博士后朱诚棋共同接受了澎湃新闻的专访。
萤火虫最初发光不是为了用作毒素警戒信号？
LBGs毒素，这种强心甾类化合物，是唯一一种在多个萤火虫属中普遍存在的有毒物质。
朱诚棋向澎湃新闻透露，经过对萤火虫8个亚科中的6个亚科所含毒素的检测，并结合了过往的研究数据，他们发现能够独立合成LBGs毒素的萤火虫，仅存在于一个特定的亚科之中。
尽管在北美地区，某些萤火虫的体内也含有此类毒素，然而这种情况是由于它们摄食了其他含有LBGs毒素的萤火虫所致。
换句话说，只有一个亚科的萤火虫会自主合成LBGs毒素。
那么，萤火虫进化出发光的特性，其目的是为了传达“我体内含有毒素”的信息，这样的观点是否依然有效？
通过对全基因组中基因序列的相似度进行对比分析，研究人员运用高可信度的系统发育树技术，得出了萤火虫毒素的生成时间比荧光现象要晚的结论。
他们的研究揭示，能够独立合成LBGs的萤火虫起源可追溯至萤亚科（Lampyridae）的原始祖先，这一时间点明显晚于萤科（Lampyridae）中荧光现象首次出现的时刻。
从这个角度来看，即便“我有毒”的发光信号理论被证实是正确的，它也并非萤火虫最初获得发光能力的关键因素。
2024年7月20日开元棋官方正版下载，湖北随州，地处豫鄂两省交汇处的桐柏山脉与淮河源头，抱朴谷景区步入了萤火虫观赏的黄金时期。随着夜幕的降临，成千上万的萤火虫在草丛与林间翩翩起舞，犹如现实版的仲夏夜之梦，吸引了众多游客纷纷前来观赏打卡。视觉中国 图文资料。
那么，究竟是什么导致了最初的发光现象？甄莹的研究团队深入研究了萤科生物在荧光演化过程中的历史环境背景。
甄莹团队运用分子钟理论和三个化石的校准点，对萤光和LBGs毒素的演化历史进行了推算。甄莹在接受澎湃新闻采访时表示，为了准确估算绝对的历史时间，必须借助含有时间信息的化石进行校准。化石证据作为理想的时间标尺，与物种树结合后，可以有效地估算历史事件发生的具体时间。
经过深入研究，他们得出了结论，萤火虫这一支系的萤光首次出现的时间大约是在1.8亿年前的侏罗纪时代。
在此阶段，随着与大洋缺氧事件紧密相连的生物大规模灭绝事件告一段落，大气中的氧气浓度从历史最低水平开始不断攀升。
同时，经证实，萤光反应的原料萤光素（luciferin）具备抗氧化剂的特性。
甄莹团队提出了一个新观点：萤火虫的祖先之所以进化出发光的能力，可能是因为它们需要应对氧气含量不断上升所带来的氧化应激压力，以及酷热和干燥的环境。为了对抗这种压力，它们发展出了荧光素这种抗氧化物质，通过“点燃”来消耗掉多余的氧自由基，从而消除过量活性氧对细胞的损害。值得注意的是，发光现象可能最初只是这一过程中的一个附带效果。
这个假说仍然需要更多的证据来验证。
萤火虫为什么不会被自己体内毒素毒死？
为什么体内有毒素的萤火虫不会被自身毒素毒死？
甄莹团队的研究通过分子动力学模拟以及钠钾泵酶活性的实验对比，揭示了能够自行合成LBGs毒素的萤火虫，其体内的ATPα蛋白累积了变异，这一变异改变了毒素与它们的结合方式。这一发现表明，这些萤火虫对LBGs毒素具有一定的抵抗能力。
或许存在其他作用机制，它们能够协助萤火虫在体内对毒素进行调节。这恰恰是甄莹团队计划未来深入探究的若干问题之一。
甄莹向澎湃新闻透露，萤火虫所含毒素属于一类强效的心脏类固醇毒素，这类物质能够作用于心脏的收缩功能和血压调节，因而具有显著的药用价值。例如，市面上已知的药物地高辛便是此类毒素的典型代表。目前，这类化合物的制备主要依赖于化学合成或生物提取，然而，它们在生物体内的合成路径尚未被完全阐明。
通过生物合成途径，我们能够减轻环境负担，同时降低生产成本，并且还能提升药物的品质与安全性。
甄莹表示，我们对探究萤火虫毒素的生物合成过程也抱有浓厚的兴趣。
