Gli esseri umani sono da tempo affascinati dagli organismi in grado di produrre luce. Aristotele, che era uno scienziato oltre che un filosofo, scrisse le prime descrizioni dettagliate di quella che chiamò “luce fredda” più di 2000 anni fa. Più recentemente, ricercatori pionieristici come il veterano dell’esercito della Seconda Guerra Mondiale Emmett Chappelle e il pilota di veicoli per immersioni profonde Edith Widder hanno avanzato lo studio di questo fenomeno con nuove tecnologie.
Almeno 94 organismi viventi producono la propria luce attraverso una reazione chimica all’interno dei loro corpi – un’abilità chiamata bioluminescenza. Gli esempi includono lucciole luminose, alghe che creano baie “luminose al buio”, piccoli crostacei con intricati spettacoli di corteggiamento e pesci e coralli di acque profonde. Eppure, nonostante la sua diffusione, gli scienziati non sanno ancora quando o dove sia emerso per la prima volta, né la sua funzione originaria.
Sappiamo che la bioluminescenza è particolarmente comune nell’oceano. Ciò indica che la produzione di luce può dare agli organismi dell’albero della vita un vantaggio in termini di forma fisica che migliora le loro possibilità di sopravvivenza.
Una ricerca si concentra sugli ottocoralli: coralli dal corpo molle come le gorgonie che hanno forme simili ad alberi e si trovano in vari luoghi negli oceani del mondo. Sono un gruppo diversificato e antico di animali che comprende circa 3.500 specie, molte delle quali bioluminescenti.
Gli ottocoralli possono creare giardini di corallo e foreste di animali negli oceani, in particolare nelle profondità marine. Queste comunità forniscono case e habitat per molti altri animali, inclusi pesci e squali.
Tutti gli ottocoralli utilizzano la stessa reazione chimica per bioluminescenza. Uno studio del 2022 ha determinato le relazioni evolutive tra questi coralli. Queste connessioni genetiche e il fatto che esistano fossili di ottocoralli rendono questi animali un obiettivo ideale per indagare quando è apparsa la bioluminescenza e come si è diffusa nel corso del tempo geologico.
Quando e perché è emersa la bioluminescenza
In uno studio pubblicato nell’aprile 2024, è stato presentato la più antica registrazione in epoca geologica della bioluminescenza sulla Terra. Hanno dimostrato che questa reazione chimica si è evoluta diversi millenni prima rispetto alla stima precedente, nel periodo in cui la vita sulla Terra si diversificò rapidamente oltre 540 milioni di anni fa in un periodo chiamato esplosione del Cambriano. Lo hanno determinato mappando la presenza di bioluminescenza sull’albero della vita degli ottocoralli, uno strumento grafico che i biologi utilizzano per mostrare le relazioni evolutive tra le specie.
Inizialmente, la bioluminescenza potrebbe essersi evoluta per ridurre i radicali liberi – atomi chimicamente instabili che possono danneggiare le cellule. Tuttavia, ad un certo punto, si è evoluta in una forma di comunicazione.
I risultati indicano che la segnalazione luminosa è stata la prima forma di comunicazione negli oceani e sappiamo che alcuni animali in grado di rilevare la luce si sono evoluti durante il periodo Cambriano. La ricerca indica che le interazioni che coinvolgono la luce si sono verificate tra le specie in un periodo in cui gli animali si stavano rapidamente diversificando e occupando nuovi habitat.
Guadagnare e perdere luce
Si sta continuando a testare le capacità bioluminescenti dei coralli in vari modi. Uno dei componenti principali coinvolti nella produzione di luce nei coralli e in altri animali è un enzima chiamato luciferasi. Utilizzando i dati della sequenza del DNA, stanno sviluppando un test per il potenziale genetico della bioluminescenza che ci renderà più semplice e meno invasivo lo studio di questo tratto.
Ci sono prove preliminari che gli ottocoralli non bioluminescenti hanno ancora geni omologhi della luciferasi – istruzioni genetiche tramandate da un antenato comune di tutti gli ottocoralli. Perché i coralli che non possono produrre luce abbiano mantenuto questi geni è un mistero.
Producono una luce di livello molto basso che gli scienziati non possono rilevare con i metodi attuali? Oppure i loro geni della luciferasi non funzionano? Ulteriori studi potrebbero mostrare perché alcuni ottocoralli sembrano aver perso la capacità di bioluminescenza e come questa perdita potrebbe aver influenzato la loro sopravvivenza in diversi habitat.
I recenti risultati mostrano che molti coralli che vivono in acque poco profonde ma che discendono da antenati di acque profonde hanno mantenuto la capacità di bioluminescenza. È possibile che alcuni coralli abbiano perso questa capacità nel tempo poiché sono diventati meno utili in ambienti oceanici meno profondi e con più luce.
Stanno anche studiando come si è evoluta la bioluminescenza in altre creature, compresi i gamberetti che migrano verso l’alto dalle acque profonde per nutrirsi durante il giorno e ritornare nelle acque profonde durante la notte. Questi animali sono esposti a condizioni di luce mutevoli e producono luce in molteplici e unici modi.
Come esempio notevole, alcuni gamberetti vomitano sostanze chimiche che producono luce, creando un vomito luminescente per respingere i predatori. Hanno anche organi luminosi bioluminescenti esterni lungo il corpo che producono luce blu.
Lo studio di creature come queste migliora la nostra comprensione di come diverse quantità di luce nell’ambiente, inclusa la luce prodotta dagli organismi, influenzano l’evoluzione della bioluminescenza e influenzano la visione degli organismi. Ciò può fornire informazioni su come la bioluminescenza ha influenzato l’evoluzione degli occhi e la visione circa 540 milioni di anni fa, quando la vita sulla Terra si stava diversificando.
Il fatto che i coralli siano stati in grado di produrre luce per centinaia di milioni di anni implica che questa capacità abbia contribuito in modo significativo alla loro sopravvivenza. Inoltre, i nostri risultati supportano l’idea che la bioluminescenza sia stata una forma fondamentale di comunicazione attraverso il tempo geologico per molti tipi di animali, in particolare nelle profondità marine.
Questa ricerca ci ha fatto nascere nuove idee sull’evoluzione e la comunicazione dei primi animali. La segnalazione luminosa ha dato agli animali un nuovo modo di comunicare in un tempo in rapido cambiamento, quando stavano emergendo nuovi predatori e un paesaggio più complesso. Maggiori capacità sensoriali nell’oceano avrebbero potuto essere preziose in queste condizioni. Forse la bioluminescenza è un pezzo mancante del puzzle che non ha ancora ricevuto la piena attenzione negli studi sull’origine e sull’evoluzione degli animali nelle epoche profonde.
