Ученые раскрыли шокирующую правду об электрической рыбе
В результате последних исследований генома южноамериканской электрической рыбы, ученым удалось выявить некоторые генетические факторы, которые в ходе эволюции повлияли на развитие особого органа рыбы. Именно этот орган позволяет «генерировать» электрические разряды, которые значительно превосходят мощность тока в обычных бытовых розетках.
Группа исследователей во главе с Майклом Суссманом (Университет Висконсин-Мэдисон), Гарольдом Зэйконом (Техасский Университет в Остине) и Маноджем Самантой (Институт «Systemix» в Редмонде, Вашингтон) упоминала об особых регуляторных молекулах. Эти молекулы участвуют в генетическом развитии, и, в случае с электрическими рыбами, данный тип молекул повлиял на преобразование простой мышцы в орган, способный генерировать мощное электрическое поле.
В ходе работ удалось установить генетическую основу такого электрического органа: эта анатомическая особенность встречается только у рыб, при этом все породы таких рыб водятся в различных средах обитания – от затопленных лесов Амазонки до мутной морской воды.
«Эти рыбы превратили мышцу в электрический орган» - рассказывает Суссман, профессор биохимии и директор биотехнологического центра UW-Madison, который первым взялся за исследование электрического органа почти десять лет назад.
Результаты исследований, опубликованные в «Science», подтверждают тот факт, что шесть разных видов исследованных электрических рыб развились независимо, но при этом в каждом случае использовались в основном одни и те же самые гены и пути развития и клеток. Это и привело к появлению электрического органа, который рыбы могут использовать как средство охоты, защиты и даже для общения друг с другом.
«Удивительно то, что электрический орган возникал в каждом случае», говорит Линдсей Трэгер, аспирант Университета Висконсин-Мэдисон, генетик и соавтор нового доклада вместе с Джейсоном Галлантом (ассистент профессора зоологии в Университете штата Мичиган).
Галлант в свою очередь добавляет: «Неожиданным результатом нашего исследования является именно тот факт, что электрические рыбы, кажется, используют один и тот же набор генетических инструментов для создания электрического органа, и это при том, что развивались эти разные виды независимо друг от друга».
Во всем мире существуют сотни разновидностей электрических рыб, но все они делятся на шесть основных групп. Их таксономическое разнообразие настолько велико, что сам Дарвин приводил электрических рыб в качестве яркого примера конвергентной эволюции (в этом случае у не связанных друг с другом видов животных независимо развиваются сходные черты, происходит адаптация к конкретной среде или экологической нише).
Новая работа, которая включает в себя черновой проект полного генома южноамериканскоой электрической рыбы, определяет генетические факторы и пути развития, которые приводят к развитию электрического органа.
Электрический орган используется рыбами в мутной среде для общения с другими особями, для навигации, а также для того чтобы оглушить жертву во время охоты. Также, электрические разряды используются рыбами и для самозащиты. Кстати, возможно именно по той причине, что вода в Амазонке мутная (а это основной ареал обитания электрического угря), именно в этой реке такой вид рыбы встречается очень часто.
Как известно, все мышечные клетки имеют электрический потенциал. Даже минимальные сокращения мышц создают небольшое количество электрического напряжения. Однако, по крайней мере, 100 миллионов лет назад некоторые такой электрический потенциал мышц у некоторых видов рыб стал усиливаться, и это в свою очередь привело к образованию нового типа клеток – так называемых электроцитов. Это достаточно крупные клетки, которые выстраиваются в определенной последовательности и способны генерировать гораздо более высокое напряжение.
«Если лишить мышечную клетку способности сокращаться и изменять распределение белков в мембране клетки, то через мембрану будут проходить только ионы, которые будут создавать массовый поток положительного заряда», объясняет Трэгер.
«Внутри электроцитов благодаря уникальной полярности каждой клетки происходит так называемое суммирование напряжений – подобные процессы происходят и в обычных батарейках», добавляет профессор Суссман.
В дополнение к выявлению последовательности белков и созданию модели ДНК электрической рыбы команда исследователей также смогла выявить последовательности белков в самом электрическом органе.
«Я считаю, что такие экзотические представители животного мира, как электрические рыбы – это не просто настоящее чудо природы, но и удивительный подарок всему человечеству», говорит Суссман, «Наше исследование показывает весь творческий потенциал природы и в то же время демонстрируют ее скупость при использовании одних и тех же генетических инструментов».
Ученые заявляют, что разобравшись в этих природных процессах, человечество в скором времени сможет манипулировать с мышцами других организмов, и в ближайшем будущем, возможно, мы сможем использовать такие механизмы для искусственного создания электроцитов. Это может помочь не только создать новые источники энергии, но и внедрять бионические устройства и органы в человеческий организм.