Parapriacanthus ransonneti Schwimmen Sie in einem Aquarium
MANABU BESSHO-UEHARA
In der Welt der Biolumineszenz ist es üblich, dass Organismen Luciferin—das kleine Molekül, das benötigt wird, um Licht zu machen—aus ihrer Ernährung holen. Wissenschaftler haben die Hypothese aufgestellt, dass biolumineszierende Fische ihre eigene Luciferase bilden, das Enzym, das die Reaktion katalysiert, die Luciferin zum Leuchten bringt., In einer Studie, die diese Woche (8.Januar) in Science Advances veröffentlicht wurde, zeigten die Forscher jedoch, dass eine Küstenfischart Licht erzeugt, indem sie sowohl Luciferin als auch Luciferase verwendet, die von ihrer biolumineszierenden Beute, einem kleinen Krebstier, das als Ostracod bekannt ist, gefangen wurde.
Diese Arbeit „stellt unsere Sicht auf die Wahrnehmung von Fischbiolumineszenz in Frage“, sagt David Gruber, Meeresbiologe an der City University of New York, der nicht an der Studie beteiligt war., „In der Vergangenheit dachten wir, dass entweder die Fische beide Komponenten der Biolumineszenz selbst oder nur eine der Komponenten hergestellt haben, aber dies ist ein Beispiel dafür, dass sie keine von ihnen herstellen und beide aus ihrer Ernährung beziehen. Ich liebe es immer, wenn ein Papier herauskommt, das uns einen Winkel zeigt, den wir vorher nicht gekannt hatten.“
Als Doktorand an der Nagoya University in Japan hatte Manabu Bessho-Uehara die Evolution der Biolumineszenz untersucht., Er sagt, dass es mehr als 200 Fischgattungen gibt, die leuchten, und eine Studie aus dem Jahr 2016 ergab, dass die Biolumineszenz bei Meeresfischen mindestens 27 Mal unabhängig voneinander aufgetreten ist. „Was lustig ist, ist, dass niemand Luciferase-Gene von einem der Fische identifiziert hat, also wollte ich dort anfangen“, erzählt Bessho-Uehara, der jetzt Postdoc am Monterey Bay Aquarium Research Institute in Kalifornien ist, Der Wissenschaftler.,
Frühere Arbeiten hatten gezeigt, dass Fische der Gattung Parapriacanthus, Flachwasserfische, die vor der Küste des Westpazifiks und des Indischen Ozeans gefunden wurden, Luciferin in ihren Lichtorganen von ihrer Beute absondern, aber es wurde geglaubt, dass sie ihr eigenes Luciferase-Enzym herstellen. Als Bessho-Uehara und seine Kollegen in Japan nach einem Luciferase-Gen im Parapriacanthus ransonneti-Genom suchten, erwarteten sie, ein Fischgen zu finden, das für ein Fischprotein kodiert., Stattdessen entdeckten sie, dass das Luciferase-Protein in den Lichtorganen, die entlang der Unterseite des Fisches verlaufen, identisch mit dem Enzym war, das von den Ostracoden produziert wurde, die diese Fische fressen.
Die Forscher fanden keine luciferase kodierende gen in der Fisch-Genom, was darauf hinweist, dass die Tiere statt sondern das protein aus Ihrer Ernährung., Um diese Hypothese zu testen, fütterte das Forscherteam die Fische bis zu einem Jahr lang mit nicht glühendem Futter, was zu einem Verlust ihrer Lumineszenz führte. Dann fütterten sie den Fisch mit einer anderen Art leuchtender Strauße. Nach einigen Wochen auf der neuen Diät konnten die Fische wieder glühen. Die Forscher fanden auch Peptide, die in ihren Lichtorganen mit der neu eingeführten Luciferase der Ostracoden übereinstimmten.,
„Als ich zum ersten Mal davon hörte, war ich irgendwie skeptisch, aber sie machen eine sehr überzeugende Geschichte, dass dies wirklich die Luciferase verwendet, die ihrer Beute gestohlen wurde“, sagt Edith Widder, die Gründerin der Ocean Research & Conservation Association, die nicht an der Studie teilgenommen hat. Sie erklärt, dass es überraschend ist, dass das Luciferase-Enzym, ein ziemlich großes, komplexes Molekül, vom Verdauungssystem aufgenommen und nicht bis zu dem Punkt abgebaut werden kann, an dem es nicht mehr funktionsfähig ist, eine Beobachtung, die die Autoren ebenfalls hervorheben.,
„Deshalb war ich anfangs so skeptisch, als ich davon hörte, weil ich mir nicht vorstellen konnte, wie das möglich war“, sagt sie. „Sie haben mich überzeugt, dass das hier vor sich geht, und so eröffnet es viele andere Fragen darüber, wie dies tatsächlich geschieht. Es ist nur eine phänomenale evolutionäre innovation.“
In Zukunft werden Bessho-Uehara und seine Kollegen die Suche nach Fisch-Luciferase-Genen fortsetzen. Sie planen auch zu untersuchen, wie das Protein in die Zellen des Fisches gelangt und ob andere biolumineszierende Fische eine ähnliche Strategie anwenden oder nicht.,
„Da sich dies so oft unabhängig voneinander entwickelt hat, können die Mechanismen, mit denen dies funktioniert, von einer Linie zur anderen Linie sehr unterschiedlich sein“, sagt Matt Davis, Biologe an der St. Cloud State University in Minnesota, der nicht an der Arbeit teilgenommen hat. „Es zeigt nur, dass wir, obwohl wir viel darüber wissen, welche Linien das Licht erzeugen und emittieren, noch viel darüber zu lernen haben, wie dies tatsächlich funktioniert.“
M. Bessho-Uehara et al., „Kleptoprotein Biolumineszenz: Parapriacanthus Fisch erhalten luciferase aus ostracod Beute“ Science Advances, doi:10.,1126/sciadv.aax4942, 2020.
Abby Olena ist eine freiberufliche Journalistin mit Sitz in Alabama. Finden Sie sie auf Twitter @abbyolena.