바다 표면 아래에서 충분히 깊이 빠져들고 빛은 통치합니다. 100 ~ 1,000 미터의 깊이에 거주하는 물고기와 갑각류의 약 90 %가 자신의 빛을 만들 수 있습니다. 손전등은 낚시를하고 눈 아래에 맥박을 뿌린 가벼운 주머니에 의해 보낸 번쩍이는 모스 코드와 통신합니다. Tubeshoulder Fish Shoot 공격자에게 빛나는 잉크. Hatchetfish는 햇빛을 다운 웰링하는 햇빛을 모방하기 위해 언더 벨리에 빛을 생성함으로써 보이지 않는 것처럼 보이게합니다. 앞의 포식자는 지속적인 빛 만보기 위해 아래를 찾아보세요.
과학자들은 생명 나무에 수천 개의 생물 발광 유기체를 색인화했으며 더 많은 것을 추가 할 것으로 예상합니다. 그러나 연구자들은 오랫동안 생물 발광이 어떻게되었는지 궁금해했다. 이제 최근에 발표 된 여러 연구에서 설명한 바와 같이, 연구자들은 진화론 적 및 화학 물질 모두 생물 발광의 기원을 이해하는 데 상당한 진전을 보였습니다. 새로운 이해는 언젠가 생물 발광이 생물학 및 의학 연구의 도구로 사용될 수있게 해줄 수 있습니다.
한 가지 오랜 도전은 분리 된 시간의 생물 발광 시간이 몇 차례 발생했는지를 결정하는 것이 었습니다. 서로 독립적으로 얼마나 많은 종이 같은 결론에 도달 했습니까?
살아있는 유기체에서 가장 친숙한 빛의 예는 지상파 (불멸, 글로우 웜 및 폭스 파이어를 생각합니다) 바다에서 생물 발광과 관련된 많은 진화 사건이 일어났습니다. 생물 발광은 실제로 모든 지상 척추 동물과 꽃 피는 식물에는 현저하게 존재하지 않습니다.
심해에서는 빛이 유기체에게 먹이를 유치하고 의사 소통하고 방어 할 수있는 독특한 방법을 제공한다고 미네소타의 세인트 클라우드 스테이트 대학 (St. Cloud State University)의 생물학자인 매튜 데이비스 (Matthew Davis)는 말했다. 6 월에 발표 된 연구에서 그와 그의 동료들은 의사 소통 및 구애 신호를 위해 빛을 사용하는 물고기가 특히 다양하다는 것을 발견했습니다. 약 1 억 5 천만 년 동안 (진화 적 표준에 의한 간단한) 물고기는 다른 그룹의 물고기보다 더 많은 종으로 확산되었습니다. 반면에 위장을 위해 자신의 빛을 사용한 생물 발광 종은 더 이상 다양하지 않았습니다.
구애 신호는 비교적 쉽게 변경 될 수 있습니다. 이러한 변화는 차례로 인구에서 하위 그룹을 만들 수 있으며 결국 독특한 종으로 나눌 수 있습니다. 6 월, 캘리포니아 대학교 (University of California)의 산타 바바라 (Santa Barbara)의 진화 생물 학자 인 토드 오클리 (Todd Oakley)와 그의 학생 중 한 명인 에밀리 엘리스 (Emily Ellis)는 구애에 생물 발광을 사용하는 유기체가 빛을 사용하지 않는 밀접하게 관련된 유기체보다 훨씬 더 많은 종의 종 축적을 가졌다는 연구를 발표했습니다. 오클리와 엘리스
Davis와 그의 동료들의 연구는 어종의 약 95 %를 포함하는 그룹 인 Ray-finned Fishes로 제한되었습니다. 데이비스는 그 단일 그룹에서도 생물 발광이 27 번 이상 진화했다고 추정했다. Monterey Bay Aquarium Research Institute의 해양 생물 학자이자 생물 발광 전문가 인 Steven Haddock은 모든 생명체에서 생물 발광이 독립적으로 50 배 이상 진화 된 것으로 추정했습니다.
빛나는 많은 방법
거의 모든 빛나는 유기체에서 생물 발광은 세 가지 성분을 필요로합니다 :산소, 루시퍼 린 (Luciferin) (라틴어 Lucifer 에서 가벼운 방출 안료 , 광고를 의미한다), 루시퍼 라제라고 불리는 효소. 루시페린이 루시퍼 라제에 의해 촉진되는 공정 인 산소와 반응하면, 가장 낮은 에너지 상태로 돌아올 때 빛을 방출하는 흥분되고 불안정한 화합물을 형성합니다.
흥미롭게도 루시 페라 제보다 루시페린이 훨씬 적습니다. 종은 독특한 루시퍼 라제를 갖는 경향이 있지만 많은 사람들이 같은 루시페린을 공유합니다. 4 개의 루시퍼 린만이 바다에서의 광 생산의 대부분을 담당합니다. 전 세계에서 20 개의 생물 발광 유기체 그룹 중에 Coelenterazine이라는 루시퍼 린은 9의 가벼운 이미 터입니다.
그러나 모든 코 엘렌 레라 진 함유 유기체가 단일 빛나는 조상으로부터 진화했다고 가정하는 것은 실수 일 것이다. 그들이 뮌헨의 Ludwig Maximilian University의 생물학자인 Warren Francis에게 물었을 때, 왜 그런 다양한 루시퍼 라제를 개발 했습니까? 아마도 첫 번째 루시퍼 린-루시퍼 라제 쌍은 살아남아 곱했을 것입니다.
이 종들 중 많은 사람들이 coelenterazine 자체를 만들지 않을 가능성이 높습니다. 대신, 그들은식이 요법에서 그것을 얻는다 고 일본 추번 대학교의 생물학 교수 인 Yuichi Oba는 말했다.
2009 년 OBA가 이끄는 그룹은 딥 시어 코퍼 포드 (작고 거의 유체성이 거의없는 갑각류)가 자체 코 엘렌 테라진을 만든다는 것을 발견했습니다. 이 copepods는 광범위한 해양 동물에게는 매우 풍부한 음식 공급원입니다.“일본에서는 Copepods를‘바다의 쌀’이라고 부릅니다. 그는 copepods가 왜 그렇게 많은 해양 유기체가 생물 발광인지 이해하는 데 중요하다고 생각합니다.
오바와 그의 동료들은 코 엘렌 테라 진의 빌딩 블록으로 여겨지는 아미노산을 가져다가 분자 마커로 표시하여 코포드 음식에 적재했습니다. 그런 다음이 음식을 실험실의 Copepods에 공급했습니다.
24 시간 후, 연구자들은 코퍼 포드에서 coelenterazine을 추출하고 그들이 추가 한 레이블을 찾았습니다. 물론, 라벨은 그곳에 있었다 - 갑각류가 아미노산으로부터 루시페린 분자를 합성했다는 결정적인 증거.
Coelenterazine이 처음 발견되었고 (그리고 이름을 따서) 나중에 자체 Coelenterazine을 전혀 생산하지 않는 것으로 밝혀졌습니다. 그것은 copepods 및 기타 작은 갑각류를 먹음으로써 루시페린을 얻습니다.
신비한 기원
연구원들은 심해 동물에서 코엘 렌 테라 진의 인기를 설명하는 데 도움이 될 또 다른 단서를 발견했습니다. 분자는 빛을 방출하지 않는 유기체에도 존재합니다. 이것은 벨기에에있는 루바 인 가톨릭 대학교의 생물 학자 인 장 프랑소스 리즈 (Jean-François Rees)를 홀수로 강타했다. 그는 이미 놀랍습니다.“많은 다른 동물들이 빛을 생산하기 위해 정확히 같은 분자에 의존한다는 것은 놀라운 일입니다. 아마도 Coelenterazine은 발광 외에 또 다른 기능을 가졌을 것입니다.
쥐 간 세포를 사용한 실험에서, Rees는 Coelenterazine이 강력한 항산화 제임을 보여 주었다. 그의 가설 :아마도 Coelenterazine은 지표수에 사는 해양 유기체에서 처음으로 증식했습니다. 그곳에서 산화 방지제는 유해한 태양 광선과 높은 호흡 속도로부터 산화 스트레스에 대한 많은 필요성을 제공했을 것입니다.
이 유기체가 항산화 제의 필요성이 낮은 바다의 더 깊은 층을 식민지화하기 시작했을 때, 코엘 렌 테라진의 빛을 방출하는 능력은 유용 해졌다. 시간이 지남에 따라 유기체는이 특성을 향상시키기 위해 루시 페라 제 및 특수 광 기관과 같은 다양한 전략을 발전 시켰습니다.
그럼에도 불구하고 연구자들은 OBA의 copepods 이외의 유기체가 어떻게 coelenterazine을 만드는지 알지 못했습니다. Coelenterazine을 암호화하는 유전자도 완전히 알려지지 않았습니다.
빗 젤리를 입력하십시오. 이 고대 바다 생물 (일부 사람들은 동물 가계도에서 첫 번째 지점으로 생각)은 오랫동안 Coelenterazine을 생산할 수있는 것으로 의심되어 왔습니다. 그러나 아무도 직장에서 유전자 지시 키트를 훨씬 덜 추적한다는 것을 확인할 수 없었습니다.
그러나 작년에보고 된 작업에서 Francis와 Haddock이 이끄는 연구원 팀은 루시퍼 린 합성에 관여 할 수있는 유전자를 고용했습니다. 이를 위해, 그들은 콤 젤리 전 사체를 보았습니다. 그들은 3 개의 아미노산 그룹을 암호화하는 유전자를 찾고있었습니다.
과학자들은 22 종의 생물 발광 콤 젤리에서 자신의 기준에 맞는 유전자 그룹을 발견했습니다. 그 같은 유전자는 다른 두 종의 비 후생 종의 빗 젤리에 없었습니다.
Haddock은“매우 강력하지만 여전히 정황적인 증거”이 유전자가 Coelenterazine의 생산에 관여 할 수 있다는 증거입니다. 실험실에서 Comb Jellies와 함께 작업하는 기술이 더욱 발전함에 따라, 그는 유전자 조작 실험으로 팀의 결과를 테스트 할 수 있다고 생각합니다.
새로운 손전등
생물 발광의 유전자기구는 진화 생물학을 넘어서 적용됩니다. 과학자들이 루시페린과 루시퍼 라제 쌍의 유전자를 분리 할 수 있다면, 여러 가지 이유로 유기체와 세포를 빛나게 할 수 있습니다.
1986 년 샌디에고 캘리포니아 대학교의 과학자들은 파이어 플리 루시퍼 라제 유전자를 담배 공장에 수정하고 삽입했습니다. 이 연구는 Journal Science 에 발표되었습니다 이 식물 중 하나의 이미지가 어두운 배경에 대해 어두운 배경에 빛나는 이미지로.
식물은 그 자체로 빛을 만들지 않았지만 루시퍼 라제가 들어 있었지만 루시페린을 함유하는 용액으로 물을 뿌려야했습니다.
.30 년 후, 과학자들은 대부분의 루시퍼 린에 대한 생합성 경로를 모르기 때문에 여전히 유전자 조작을 자제하는 유기체를 설계 할 수 없습니다. (한 가지 예외는 박테리아에 있습니다 :연구자들은 박테리아 루시퍼 린-루시퍼 라제 시스템을 암호화하는“럭스”유전자를 확인했지만, 이들 유전자는 비 박테리아 유기체에서 유용하기 위해 변형되어야한다.)
.루시페린과 루시퍼 라제의 가장 큰 잠재적 용도 중 하나는 세포 생물학 연구에 있습니다.이를 삽입하는 것은 세포와 조직에 조명을 설치하는 것과 유사합니다. Irvine University of California의 화학 교수 인 Jennifer Prescher는“이러한 유형의 기술은 세포에서 유전자 발현에서 단백질 생산에 이르기까지 모든 것을 추적 할 수 있습니다.
생물 발광 분자의 용도는 HIV 감염의 운명을 따르고, 종양을 시각화하며, 알츠하이머 병의 신경 세포 손상을 추적하는 데 사용 된 녹색 형광 단백질의 사용과 유사합니다.
현재 이미징 실험에 Luciferin을 사용하는 연구자들은 합성 버전을 만들거나 밀리그램 당 $ 50로 구매해야합니다. 외부 적으로 생산 된 루시페린을 세포로 전달하는 것도 다소 어려울 수 있습니다. 세포가 자신의 루시페린을 만들도록 설계 될 수있는 경우에는 존재하지 않는 문제입니다.
최근의 연구가 유기체가 빛을 생산하는 방법의 진화 및 화학적 과정에서 좁아지고 있지만, 생물 발광 세계의 대부분은 여전히 어둠 속에 남아 있습니다.
