人类对深海的探索越多，就越能发现拥有神奇天赋的动物：生物发光，即产生自身光的能力。
生物发光现象非常普遍，各种机制可能在数亿年的时间里独立进化了约 100 次。一项发表在《英国皇家学会学报 B 系列》上的新研究追溯了不寻常的动物——八放珊瑚的生物发光现象，并表明这种现象可能在 5 亿多年前的海洋中就已进化出来，从而使其首次已知的出现时间比之前计算的早两倍以上。
对于动物，特别是那些生活在阳光无法到达的深海中的动物来说，生物发光可能关系到生死存亡：例如，它可以引诱猎物和威慑捕食者。生物学家仍在努力了解这种现象的全部用途。“我们对我们自己的星球探索得太少了，在海底可能还有更多的生物以我们甚至尚未开始理解的方式利用光，”海洋生物学家伊迪丝·威德尔说，她是非营利组织海洋研究与保护协会的首席执行官兼高级科学家。“这就是生物发光最让我感兴趣的地方：动物如何利用它来生存。”
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一种名为Iridogorgia magnispiralis的深海生物发光软珊瑚。
美国国家海洋和大气管理局海洋探索与研究办公室/威克岛深水奇观
但是，尽管生物发光现象在今天非常普遍，但研究过去的生物发光现象非常困难，因为它很少在化石中留下痕迹——即使化石仍然存在。例如，被称为软珊瑚的八放珊瑚品种不会形成珊瑚通常为人所知的巨大的、岩石状的珊瑚礁。相反，它们通过分泌一种嵌入微小骨骼状物质碎片的柔软结构来构建珊瑚群。这种身体类型意味着软珊瑚只会留下极小的化石，这对试图探究其历史的科学家来说是一个挑战。
尽管如此，华盛顿特区国家自然历史博物馆的珊瑚馆馆长安德烈娅·夸特里尼动物学家和她的同事们决心了解八放珊瑚中的生物发光是如何以及何时发展起来的。夸特里尼花了大约十年时间测试从海洋中采集的活体八放珊瑚，方法是将这些生物隔离在毯子下或黑暗的房间里，并用一对实验室镊子轻推它们，寻找发光的迹象。
在巴哈马群岛采集到的一种生物发光竹珊瑚（一种软珊瑚），名为Isidella。
索恩克·约翰森
夸特里尼的团队将此类结果绘制在一棵进化树中，该树显示了不同的现代八放珊瑚彼此之间的关系，从而使科学家能够寻找哪些分支可以发光和哪些分支不能发光的模式。通过寻找与这些观察结果相匹配的最简单的进化故事，研究人员得出结论，生物发光最有可能在这些动物中只进化过一次。然后，他们使用已被确信属于特定八放珊瑚类型的稀有化石来将这棵树扎根于时间之中。分析表明，海洋环境中已知的首次生物发光进化发生在约 5.4 亿年前，比之前估计的 2.67 亿年前要早得多。
拟议的日期恰好在古生物学家称为寒武纪大爆发事件之前或期间，当时发生了生物多样性爆发。大约也是在那个时候，动物首次从浅海迁徙到阳光无法穿透的深海。夸特里尼和威德尔都指出，原始的光传感器也是在这个时期发展起来的，因此生物发光的这种时间线是有道理的。在这种背景下，生物发光成为珊瑚用来迷惑猎物或惊吓捕食者的交流工具，就像“防盗警报器”一样，夸特里尼说。
“我认为我们的研究真正指出了一个事实，即它是海洋中最早的交流形式之一——也许真的是地球上最早的交流形式之一，”夸特里尼说。“这是一种非常迷人的交流形式，其核心非常简单。”
深海生物发光八放珊瑚，Iridogorgia属（左）。在夏威夷海岸附近的深海中发现的生物发光角珊瑚竹珊瑚（右）。
美国国家海洋和大气管理局海洋探索与研究办公室
日本中部大学的生物学家大场雄一研究过生物发光，但没有参与这项新研究，他说他希望对八放珊瑚生物发光并非独立多次产生的结论采取更谨慎的态度。如果确实如此，那么这种现象将比新分析所说的更晚近——大场雄一认为可能只有 4 亿到 2 亿年历史。夸特里尼说，八放珊瑚中生物发光的共享机制支持单次进化的观点。
夸特里尼和她的同事接下来计划分析构建荧光素酶的基因，荧光素酶是八放珊瑚中负责生物发光的蛋白质。她说，相同的基因同时出现在生物发光和非生物发光八放珊瑚中，因此研究人员希望了解其中一些动物似乎是如何失去发光能力的。
这类工作有助于更好地描绘古代地球的生态系统——这对我们今天来说似乎非常陌生——可能是什么样子。“想象一下珊瑚发出光芒，肉食性捕食者在午夜的海水中拥有大眼睛的海洋，”大场雄一说。“生命真是太奇妙了。”