根據史密森尼國家自然歷史博物館科學家的一項新研究，生物發光至少起源於5.4 億年前的一類海洋無脊椎動物- 八射珊瑚。發表在《英國皇家學會院刊B》上的這項研究成果，將動物發光特性的最古老出現時間記錄向後推了近3 億年，有朝一日可以幫助科學家破解為什麼產生光的能力會在最初就得到進化。

生物發光–生物透過化學反應產生光的能力–在自然界中已經獨立進化了至少94次，並參與了包括偽裝、求偶、交流和狩獵在內的大量行為。到目前為止，最早的動物生物發光起源被認為是在大約2.67 億年前，在被稱為”介形綱”的小型海洋甲殼類動物身上。但是，對於這種能發光的特性，生物發光的起源卻一直很模糊。

2009 年在巴哈馬群島展示生物螢光的八射珊瑚Isidella sp.圖片來源：Sönke Johnsen

博物館的珊瑚館館長、該研究的資深作者Andrea Quattrini 說：”沒有人知道為什麼動物中會首次出現這種進化。”

但是，對於夸特里尼和主要作者、博物館研究助理、前博士後丹尼爾-德里奧說，要最終解決生物發光進化的原因這個更大的問題，他們需要知道這種能力是什麼時候首次出現在動物身上的。

為了尋找這種特性的最早起源，研究人員決定回溯八射珊瑚的演化史。八射珊瑚是一種進化古老、經常發出生物光的動物，包括軟珊瑚、海扇和海筆。與硬珊瑚一樣，八射珊瑚也是一種微小的群體性珊瑚蟲，它們分泌的框架成為它們的避難所，但與它們的石質親戚不同的是，這種結構通常是柔軟的。會發光的八射珊瑚通常只有在受到碰撞或其他幹擾時才會發光，因此它們發光的確切功能還有點神秘。

德里奧說：”我們想弄清楚生物發光的起源時間，而八射珊瑚是地球上已知會發出生物發光的最古老的動物群體之一。所以，問題是它們是什麼時候發展出這種能力的？

無獨有偶，夸特里尼和哈維-馬德學院的凱瑟琳-麥克法登在2022 年完成了一棵極為詳細、證據確鑿的八射珊瑚進化樹。夸特里尼和她的合作者利用185種八射珊瑚的遺傳數據繪製了這張演化關係圖，即係統發生圖。

有了這棵以基因證據為基礎的進化樹，德里奧和Quattrini 便根據兩塊已知年齡的八射珊瑚的物理特徵，將它們放入進化樹中。科學家利用這些化石的年齡和它們各自在章魚進化樹中的位置，大致推導出了章魚支系分裂成兩個或多個分支的時間。接下來，研究小組繪製出了系統演化樹中具有生物發光物種的分支。

在確定了演化樹的日期並標註了包含發光物種的分支之後，研究小組利用一系列統計技術進行了一項名為”祖先狀態重建”的分析。

Quattrini說：”如果我們知道今天生活的這些章魚物種具有生物發光特性，我們就可以利用統計學推斷出它們的祖先是否極有可能具有生物發光特性。具有共同特徵的現存物種越多，隨著時間的推移，這些祖先也可能具有這種特徵的機率就越高。

研究人員在重建祖先狀態時使用了許多不同的統計方法，但都得出了相同的結果：大約5.4 億年前，所有八射珊瑚的共同祖先很可能是生物發光體。這比之前被稱為最早進化出生物螢光的發光甲殼動物早了2.73 億年。

八射珊瑚有數千種生活代表，而且生物發光的發生率相對較高，這表明這種特性在八射珊瑚的進化成功中發揮了作用。研究人員說，雖然這進一步引出了八射珊瑚使用生物發光到底是為了什麼的問題，但生物發光被保留瞭如此之久這一事實凸顯了這種交流方式對於它們的適應和生存是多麼重要。

既然研究人員已經知道所有八射珊瑚的共同祖先很可能已經具備了自身發光的能力，那麼他們就有興趣更徹底地研究一下，在八射珊瑚類的3000 多個現存物種中，哪些物種還能發光，哪些物種已經失去了這種特性。這將有助於找到與生物發光能力相關的一系列生態環境，並有可能闡明其功能。

為此，德里奧說，她和她的一些合著者正在努力創造一種基因測試，以確定這些物種是否具有螢光素酶（一種參與生物發光的酶）基因的功能拷貝。對於光度未知的物種，這種測試將使研究人員能夠更快、更容易地得到答案。

除了揭示生物發光的起源，這項研究還提供了演化背景和見解，為今天監測和管理這些珊瑚提供了參考。珊瑚普遍受到氣候變遷和資源開採活動的威脅，尤其是捕魚、石油和天然氣開採和洩漏，以及最近的海洋礦物開採。

這項研究為博物館的海洋科學中心提供了支持，該中心旨在推動並與世界分享海洋知識。德里奧和Quattrini說，在科學家弄清發光能力最初進化的原因之前，還有很多東西需要學習，儘管他們的研究結果將發光能力的起源置於進化時間的深處，但未來的研究仍有可能發現生物發光的歷史更為久遠。

編譯來源：ScitechDaily