Ученые выяснили, как у рыб появились электрические органы

Ученые выяснили, что у электрических угрей и скатов появилась способность генерировать электрический ток благодаря изменениям на коротком участке одного из генов, об этом сообщает журнал "Русская Рыба" со ссылкой на статью, опубликованную в журнале Science Advances.

Существует свыше 300 видов электрических рыб. Они используют ток в разных целях – для охоты, защиты от хищников и обмена сигналами. Способность генерировать электричество есть и у морских, и у пресноводных рыб. К таким рыбам относятся рыбы пяти групп:

• морские звездочеты (Astroscopus),
• гимнархи (Gymnarchus),
• электрические сомы (Malapterurus),
• электрические скаты (Tetronarce),
• электрический угорь (Electrophorus electricus).

Электрические рыбы имеют также способность к электрорецепции. По величине вырабатываемого напряжения делятся на сильноэлектрических и слабоэлектрических. 

Способные создавать электрический разряд рыбы используют для этого особый орган. Биологи разобрались с его эволюцией и выяснили, что «рыбье электричество» возникло независимо у разных групп животных благодаря удвоению гена натриевого канала, который исходно работал в мышцах.

Новое исследование, проводившееся учеными из Университета Техаса в Остине и Мичиганского государственного университета, помогло найти короткий участок гена, который контролирует клетку, где он экспрессируется. Выяснилось, что у электрических рыб эта контрольная область либо изменена, либо вообще отсутствует.

Биологи обратились к примеру так называемых слабоэлектрических рыб, которых создают не такие сильные разряды, как знаменитые рыбы-«ударники». Тем не менее они успешно используют электричество, чтобы различать особей своего вида и общаться, находясь в мутной воде и темноте. Это так называемые мормиры (Mormyroidea) из Африки и гимноты (Gymnotiformes) из Южной Америки. Ученые разобрались в их эволюционном прошлом и выяснили, что электрические органы двух этих групп имеют очень похожую историю.

Все рыбы имеют дублированные версии одного и того же гена, который производит натриевые каналы – специальные белки, заставляющие мышцы сокращаться. Один дубликат такого гена в процессе эволюции перестал функционировать в некоторых мышцах у электрических рыб, однако "заработал" в электрическом органе - который как раз и является видоизмененными мышцами. Таким образом, крошечные «двигатели» перепрофилируются для производства электрических сигналов, в результате этого возникает новый орган.

«Это просто поразительно, поскольку мы видим, как маленькое изменение в гене может полностью изменить то, где именно он активен», — отметил Гарольд Зэкон (Harold Zakon), профессор нейробиологии из Техасского университета и руководитель исследования. Он также подчеркнул, что для рыб было особенно важно «развести» регуляцию двух копий гена в мышцах и электрическом органе, сделать их независимыми. В противном случае рыбы повреждали бы собственные мышцы.

Как заявили исследователи, значение их открытия выходит за рамки эволюции электрических рыб. Поскольку описанная контрольная область есть у большинства позвоночных, в том числе у человека. Теперь ученым предстоит выяснить, насколько велика вариация данного участка гена у здоровых людей и могут ли мутации в нем привести к болезням.

Источники: rusfishjournal.ru / naked-science.ru / science.org / ru.wikipedia.org
Иллюстрация: Wouter Naert с сайта Unsplash.com