Даже «шестое электрическое чувство» акулы может быть настроено на атаку

Согласно исследованию, финансируемому Национальными институтами здоровья (NIH), орган электрорецепции акулы может реагировать на крошечные электрические поля от добычи особым образом — подобно суперслуху, который воспринимает любой, даже самый тихий звук, как громкий сигнал.

«Акулы обладают невероятной способностью улавливать наноскопические токи, плавая в метели электрического шума. Наши результаты позволяют предположить, что орган электрорецепции акулы настроен на внезапную, "всё-или-ничего" реакцию на любые такие изменения, как бы говоря "атаковать сейчас"», — сказал Дэвид Джулиус, доктор философии, старший автор исследования, опубликованного в Nature.

Исследование под руководством постдоков Николаса У. Беллоно и Дункана Б. Лейча показало, что реакция акул на электрические поля может кардинально отличаться от реакции их эволюционных родственников — скатов. Это может объяснять, почему акулы, по-видимому, используют электрические поля строго для обнаружения добычи, в то время как скаты — также для поиска пищи, друзей и партнёров.

Ключевые различия в электрорецепции

• Органы: У обоих существ электричество улавливается сетью органов — ампулами Лоренцини. Оно проходит через поры, специальный гель, каналы и попадает на сферические электрорецепторные клетки, которые передают информацию нервной системе через нейромедиаторы.
• Реакция клеток: Эксперименты с клетками малого ската и кошачьей акулы показали, что при одинаковой чувствительности к узкому диапазону напряжений их реакции различаются.
  • У скатов токи в клетках варьировались по величине и форме в зависимости от силы стимула (градуированный ответ), подобно тому, как наши уши реагируют на звуки.
  • У акул токи были намного больше и имели одинаковый размер и форму для каждого стимула (ответ по принципу «всё или ничего»).

Молекулярная основа различий

Различия, вероятно, обусловлены разными ионными каналами — белками, формирующими туннели в мембране клетки.

• Оба типа клеток используют, по-видимому, одинаковые кальциевые каналы, чувствительные к напряжению, для обнаружения поля.
• Однако для формирования ответа они используют разные калиевые каналы:
  • Клетки акулы используют особый напряжение-активируемый канал, который поддерживает большие повторяющиеся ответы.
  • Клетки ската используют кальций-активируемый канал, который имеет тенденцию гасить первоначальные токи.
• Также свою роль может играть разное напряжение покоя клеток, которое у акулы немного ниже и может «подготавливать» кальциевые каналы к более сильному ответу.

Эти различия влияют и на передачу сигнала нервной системе: электрорецепторы акулы выделяли примерно одинаковое количество нейромедиаторов независимо от силы стимула, в то время как у скатов более сильный стимул вызывал выделение большего количества сигнальных молекул.

Поведенческие последствия

При тестировании на живых животных воздействие электрических полей разной частоты вызывало у скатов разнообразные изменения частоты дыхания. У акул же почти любое поле повышало частоту дыхания до уровня, наблюдаемого при запахе пищи, что указывает на настройку их системы на одну цель — обнаружение добычи.

«Мы были очень удивлены, обнаружив, что система акул реагирует на стимулы совершенно иначе», — сказал доктор Беллоно.

Исследование подчёркивает, как эволюция формирует сенсорные системы. «Ионные каналы заставляют нервную систему работать. Подобные исследования подчёркивают роль, которую один ионный канал может играть в любой нервной системе — акулы, ската или человека», — отметила Нина Шор, доктор медицины и философии из NIH.