La bioluminescenza, il fenomeno biologico che permette ad alcuni organismi viventi di produrre luce visibile come risultato di una serie di reazioni chimiche, è ampiamente diffusa nel regno animale. Sono, infatti, più di 16 i phyla e 900 i generi che mostrano questa sorprendente capacità, principalmente negli habitat marini. Qui, la bioluminescenza è utilizzata per diversi scopi, come localizzare e attirare il cibo, comunicare con i compagni o sfuggire ai predatori, contribuendo alla sopravvivenza degli organismi. Anche se la storia evolutiva dettagliata di questo fenomeno è ancora in parte sconosciuta, si è scoperto che la bioluminescenza si è evoluta più di 100 volte in modo indipendente nel corso dell’evoluzione. Tuttavia, gli scienziati dispongono di dati filogenetici solidi solo per pochissimi gruppi animali: è il caso di alcuni coleotteri, ostracodi e pesci. Una delle prime origini conosciute della bioluminescenza nell’ambiente marino è di circa 267 milioni di anni fa, nel periodo Mesozoico.

Recentemente, un gruppo di scienziati, effettuando degli studi sugli octocoralli, tra i principali gruppi di animali luminosi presenti negli ambienti marini, ha scoperto che la comparsa della bioluminescenza può essere retrodatata a circa 542 milioni di anni fa, nel periodo Cambriano. Lo studio, pubblicato nell’aprile 2024 su Proceedings of the Royal Society - Biological Sciences, da un gruppo di ricercatori del Dipartimento di Zoologia degli Invertebrati, del National Museum of Natural History, Smithsonian Institution di Washington e liberamente consultabile sul web, porta indietro le lancette della comparsa della bioluminescenza a più del doppio rispetto a una precedente stima.

Ma che cosa sono gli octocoralli e come si è giunti a questo risultato? Gli octocoralli sono un gruppo di organismi marini, che si distinguono per la presenza di otto tentacoli (da cui deriva il loro nome), e sono diffusi negli oceani di tutto il Pianeta a diversa profondità. Tra questi si trovano anche diverse forme di vita, come i coralli molli, le piume di mare, il corallo rosso e blu. Dal punto di vista evolutivo, rappresentano uno dei più “antichi” gruppi di animali e sono molto studiati sia per comprendere l’evoluzione della vita marina che i meccanismi di adattamento negli ambienti oceanici. Gli scienziati hanno testato la capacità degli octocoralli, raccolti nell’oceano in diverse missioni oceanografiche e a profondità differenti, di produrre la luce. Per quasi un decennio, hanno catalogato queste informazioni, toccando gli organismi con una pinzetta e registrando la conseguente emissione di luce ad occhio nudo o con una fotocamera. Sulla base delle informazioni raccolte e dei dati pubblicati in letteratura, è stato possibile ricostruire un albero evolutivo che mostra come diversi octocoralli moderni siano imparentati tra loro e che molto probabilmente la bioluminescenza in questo ramo di animali si sia evoluta una sola volta circa 540 milioni di anni fa, ben prima delle precedenti stime. È tuttavia possibile, come gli stessi ricercatori affermano, che la bioluminescenza abbia avuto origini ancora più antiche, poiché è presente non solo negli octocoralli ma anche in molti ctenofori, animali che fanno parte di un ramo evolutivo laterale rispetto agli octocoralli. 

Inoltre, data la dipendenza delle reazioni bioluminescenti dall'ossigeno, è stato ipotizzato che la bioluminescenza si sia inizialmente evoluta per eliminare l'ossigeno o le specie reattive dell'ossigeno (ROS) come strategia di disintossicazione, con la produzione di luce come sottoprodotto secondario (come riportato in questo studio e in questo). I livelli di ossigeno negli oceani poco profondi, sebbene variabili, hanno iniziato ad aumentare prima e durante il periodo Cambriano, mentre gli oceani profondi hanno sperimentato una condizione di ridotto contenuto di ossigeno per tutta quest’era geologica. È plausibile ipotizzare che la bioluminescenza sia nata precocemente negli octocoralli come meccanismo di difesa contro i radicali liberi, ma che in seguito sia diventata utile come forma di comunicazione.
Sebbene questo studio abbia consentito di fare grandi passi avanti nella comprensione del fenomeno della bioluminescenza, ancora molto rimane da scoprire per comprendere come i meccanismi associati a questo fenomeno si siano sviluppati e quale ruolo abbiano avuto e abbiano tuttora nell’evoluzione di ambienti così complessi come quelli oceanici.