Wetenschappers van Skoltech hebben in samenwerking met collega's uit Zwitserland, Duitsland en de VS een nieuw conceptueel raamwerk voorgesteld om de evolutie van complexe bioluminescente eigenschappen te voorspellen. De onderzoekers analyseerden gegevens over de evolutie van een grote groep bioluminescente eiwitten en ontdekten dat eiwitten die het meest centraal staan ​​in moleculaire netwerken de neiging hebben om in de loop van de tijd complexere patronen van lichtemissie te ontwikkelen. De bevindingen van het onderzoek worden gerapporteerd in _Nature Communications_.

Bioluminescentie is de productie en emissie van licht door een levend organisme. Het is een veel voorkomend fenomeen in de oceaan, waar naar schatting meer dan 90% van alle dieren licht produceert. Naast het bieden van een spectaculaire natuurlijke lichtshow, heeft bioluminescentie vele belangrijke functies, zoals het aantrekken van partners, het vinden van voedsel en het vermijden van roofdieren.

De evolutie van bioluminescentie is een complex proces dat onafhankelijk meerdere keren heeft plaatsgevonden in verschillende groepen organismen. Eerdere studies hebben verschillende sleutelfactoren geïdentificeerd die de evolutie van bioluminescentie kunnen beïnvloeden, zoals omgevingsomstandigheden, ecologische interacties en genetische beperkingen.

In deze studie gebruikten de onderzoekers een nieuwe aanpak om de evolutie van bioluminescentie te analyseren. Ze concentreerden zich op een grote groep bioluminescente eiwitten, luciferasen genaamd. Luciferasen zijn enzymen die de chemische reactie katalyseren die licht produceert. De onderzoekers analyseerden de moleculaire structuur en functie van luciferasen van een breed scala aan organismen, waaronder bacteriën, vissen en insecten.

De onderzoekers ontdekten dat luciferasen die het meest centraal staan ​​in moleculaire netwerken de neiging hebben om in de loop van de tijd complexere patronen van lichtemissie te ontwikkelen. Dit suggereert dat de evolutie van bioluminescentie wordt beïnvloed door de connectiviteit van luciferasen binnen moleculaire netwerken.

De bevindingen van deze studie hebben belangrijke implicaties voor het begrijpen van de evolutie van complexe eigenschappen in andere biologische systemen. Ze bieden ook een nieuw raamwerk om te voorspellen hoe bioluminescentie in de toekomst kan evolueren.

"Onze studie biedt een nieuw venster op de evolutie van complexe eigenschappen", zegt Skoltech-professor Konstantin Luzyanin, senior auteur van het artikel. "We laten zien dat de connectiviteit van eiwitten binnen moleculaire netwerken de evolutie van complexe patronen van lichtemissie kan beïnvloeden. Dit suggereert dat netwerkconnectiviteit een algemene rol kan spelen in de evolutie van complexe eigenschappen in andere biologische systemen."