En lysande lösning

Det vimlar av självlysande fiskar i haven. Kanske låter det som en överdrift, men faktum är att de självlysande fiskarna är de mest talrika ryggradsdjuren på hela planeten. Nya beräkningar indikerar att det kan finnas mer än en triljon av dem – en miljard miljarder självlysande fiskar.

Många organismer ger ifrån sig ljus med en metod som kallas fluorescens. Det innebär att solljuset bidrar med den energi som krävs för ljusproduktionen. Men de flesta självlysande fiskar lever på djupt vatten och ser aldrig solen, så deras ljustillverkning sker med hjälp av en kemisk reaktion som äger rum inuti speciella ljusorgan. Ljuset bildas när en ljusalstrande molekyl – ett luciferin – oxideras i närvaro av en katalysator. Denna kemiska ljusalstring kallas bioluminiscens.

Genom att kombinera genetiska analyser med studier av fiskfossil har amerikanska forskare lyckats reda ut bioluminiscensens evolution hos fiskarna. Analyserna visar att bioluminiscens har uppstått vid hela 25 olika tillfällen i 14 olika fiskgrupper under de senaste 150 miljoner åren.

– Siffran är avsevärt högre än vad tidigare beräkningar indikerat och visar att bioluminiscens är en mycket viktig egenskap hos fiskar, säger Matthew Davis vid St. Cloud state university i Minnesota, USA, som är en av forskarna bakom studien.

Man skulle kunna tro att självlysande fiskar vill synas, men faktum är att ett av de vanligaste användningsområdena för bioluminiscens är kamouflage – fiskarna gömmer sig med hjälp av ljus.

Lyskraft som attack och försvar

Självlysande organismer skapar ljus med hjälp av speciella celler – eller med hjälp av ljusalstrande bakterier, som lever i symbios med dem. Den kemiska reaktionen är likadan i bägge fallen.

Bild: 

Johan Jarnestad

Självlysande kemi

1) Bioluminiscens innebär att ljus bildas på kemisk väg med hjälp av ett ämne som heter luciferin. Processen kräver syre och en katalysator som kallas luciferas.

Bild: 

Johan Jarnestad

2) Enzymet luciferas ser till att syre reagerar med luciferin.

Bild: 

Johan Jarnestad

3) Reaktionen leder till att energi frisätts i form av ljus.

Bild: 

Johan Jarnestad

Prickfiskar använder ljus för att rovfiskar inte ska kunna urskilja deras siluett mot natthimlen.

Bild: 

Johan Jarnestad

Så används ljuset.

Bild: 

Johan Jarnestad

Prickfiskarna är en familj djuphavslevande fiskar. Deras ljusorgan har formen av små lysande prickar på kroppen, fenorna och på huvudet. När det blir mörkt lämnar prickfiskarna de djupa vattnen för att äta plankton närmare ytan. Här råder ett svagt blåaktigt sken nattetid. Prickfiskarna justerar ljusorganen på kroppens undersida så att de sänder ut ett liknande blått ljus. På så sätt blir deras kroppskonturer svåra att urskilja för rovdjur som närmar sig underifrån.

Hos vissa grupper av djuphavslevande fiskar har uppkomsten av bioluminiscens medfört en mycket snabb och omfattande artbildning. Prickfiskarna är ett bra exempel: Det finns drygt 250 arter i dag. Frågan är varför det har blivit en så stor artrikedom. Att kunna gömma sig med ljus är naturligtvis fördelaktigt, men det leder ju inte till artbildning.

Det är över huvud taget svårt att förstå hur artbildning går till i de öppna vattenmassorna. Processen kräver vanligtvis att ett bestånd delas upp i två eller fler grupper, och att parningen sedan sker inom den egna gruppen – inte med individer från andra grupper. Men de öppna vattenmassorna verkar sakna förutsättningar för att dela upp ett bestånd på ett sådant sätt, i form av till exempel fysiska barriärer. Matthew Davis menar att den omfattande artbildningen hos de självlysande fiskarna inte har med kamouflage att göra, utan med förmågan att kunna signalera till varandra – att kommunicera med ljus.

– Våra analyser visar att fiskgrupper som kommunicerar med ljus har haft en mer omfattande artbildning än fiskgrupper som enbart kamouflerar sig med ljus, säger han.

Hos många fiskarter som lever i dagsljus väljer honorna att para sig med de mest färgstarka hannarna. Det är ett exempel på sexuell selektion, en process som kan leda till artbildning. Om honornas smak för hannar varierar lite och hannarnas sexuella karaktärer också varierar något, kan det uppstå grupperingar med egenskaper som avviker något från de som råder i resten av beståndet. Forskarna tror att bioluminiscens kan fungera på liknande sätt.

– Tanken är att fiskarter som kommunicerar med bioluminiscens har förutsättningar för sexuell selektion och att detta kan skapa genetisk isolering även i djuphaven och i de öppna vattenmassorna. Med tiden kommer de genetiskt isolerade grupperna att utvecklas till olika arter, säger Matthew Davis.

Forskarnas analyser av bioluminiscensens evolution visar att tidiga arter av prickfiskar hade ljusorgan enbart på kroppens undersida – som alltså fungerade som kamouflage. Men för ungefär 70 miljoner år sedan började de ljusalstrande prickarna spridas från buken till fiskarnas sidor, fenor och huvud. Det var då som artbildningen tog fart. Hos de 250 arter av prickfiskar som finns i dag bildar ljusorganen mer eller mindre artspecifika mönster som signalerar ”Här är jag” till artfränder.

Många fiskarter använder bioluminiscens för sin jakt. Hos de marulkartade fiskarna är en bit av ryggfenan omvandlad till ett litet metspö med en tipp som ger illusionen av ett litet byte, när fisken viftar med den. Arter som lever på riktigt djupt vatten har dessutom ett ljusorgan i toppen av metspöet – som självklart blir extra lockande för hungriga fiskar.

De självlysande tipparna på metspöna innehåller ljusalstrande bakterier som lever i symbios med fisken – den kemiska ljusreaktionen sker alltså inuti dessa bakterier. Ganska exakt 1500 fiskarter har bioluminiscens, och ungefär hälften av dem utsöndrar ljus med hjälp av bakterier. Hos de resterande arterna sker ljusreaktionen inne i specialiserade celler.

Det finns många exempel på avancerade former av bioluminiscens hos fiskar. En intressant variant finner man hos släktet Malacosteus som tillhör familjen glappkäkfiskar. Namnet kommer av deras enorma och utfällbara underkäkar – som saknar botten och kan liknas vid en råttfälla, fast med långa sylvassa tänder. Dessa fiskar har två par stora ljusorgan på huvudet. Paret närmast ögonen skickar ut rött ljus, som är osynligt för de flesta fiskar – men inte för glappkäkfiskarna själva. De kan alltså lysa på tilltänkta byten utan att bli upptäckta. Det andra paret ljusorgan skickar ut grönt ljus, som sannolikt används för kommunikation med artfränder.

Men de självlysande fiskarnas byten kan också använda ljus – för att slå tillbaka. Det finns exempelvis flera arter av kräftdjur inom familjen Oplophoridae som kan spotta ut stora mängder luciferin så att det bildas ett självlysande moln runt kräftan. Ett utmärkt sätt att förvirra fienden en stund, så att den hinner smita.

Enligt Matthew Davis och hans kolleger har bioluminiscens med hjälp av bakterier uppstått vid 17 olika tillfällen under 150 miljoner år av fiskevolution. Bioluminiscens med speciella celler har uppstått endast åtta gånger under samma period, vilket indikerar att denna process är mer komplicerad, sett ur ett evolutionärt perspektiv.

– De bakterier som fiskarna använder för bioluminiscensen finns överallt i havet, så det är antagligen enklare att utveckla speciella organ för att hålla sig med bakterier än att utveckla processer för egen ljusproduktion, säger Matthew Davis.

De cirka 750 arterna av självlysande fiskar som inte lever i symbios med bakterier måste antingen tillverka sina ljusalstrande molekyler själva eller få i sig dem via födan. Så gör till exempel sångfisken, vars namn kommer från hannarnas högljudda parningsläten – som faktiskt påminner mer om ljudet från en elgenerator än om skönsång. Fisken har ett elegant mönster av ljusorgan på kroppen. Det luciferin som finns i fiskens ljusorgan kommer från millimeterstora självlysande kräftdjur som ingår i födan. Om sångfisken slutar äta sådana kräftdjur så förlorar den alltså sin bioluminiscens.

Drygt 80 procent av alla djur som lever på mer än 500 meters djup i haven har bioluminiscens. Man kan därför föreställa sig att det pågår ett slags ljuskrig i djuphavens näringskedjor, där rovdjur och bytesdjur gör sitt bästa för att blända, förvirra och skrämma sina motparter (se infografiken ovan).