Как скаты, акулы и химеры чувствуют электрические поля
Новое исследование раскрыло молекулярный механизм, лежащий в основе уникальной способности скатов, акул и химер обнаруживать добычу по слабым биоэлектрическим полям.
Разгадка давней тайны
Хотя анатомия электрочувствительных органов (ампул Лоренцини) была известна десятилетиями, биологический механизм оставался загадкой. Учёные из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UC San Francisco) впервые проследили путь от генов к поведению у малого ската (Leucoraja erinacea). Результаты опубликованы 6 марта в журнале Nature.
Молекулярный усилитель сигнала
Исследователи выделили электрорецепторные клетки и обнаружили два ключевых ионных тока:
- Кальциевый ток (через каналы CaV1.3), активируемый внешним электрическим полем.
- Калиевый ток (через BK-каналы), регулируемый поступившим кальцием.
Их взаимодействие создаёт в мембране клетки электрические колебания, которые действуют как усилитель. Это позволяет скату улавливать крайне слабые поля, например, от биения сердца жертвы, скрытой в песке.
Генетическое подтверждение
Эксперименты по экспрессии генов подтвердили уникальные свойства каналов CaV1.3 и BK у ската. Учёные модифицировали аналогичные гены крысы, чтобы они стали больше похожи на скатовые. В лабораторных условиях это наделило крысиные каналы теми же электрофизиологическими свойствами.
Проверка поведением
В поведенческом эксперименте живых скатов помещали в аквариум, где под слоем песка был скрыт источник слабого электрического сигнала.
- Обычные скаты активно исследовали "заряженный" сектор аквариума.
- Скаты с заблокированными (с помощью препаратов) ионными каналами полностью игнорировали "симулированную добычу".
Связь со слухом млекопитающих
Электросенсорная система ската эволюционно связана со слуховой системой млекопитающих. Её рецепторные клетки имеют сходство с волосковыми клетками внутреннего уха.
"Понимание того, как небольшие различия в этих каналах влияют на электрическую функцию, может быть важным для лучшего понимания слуховой системы", — отметил соавтор работы Николас Беллоно (Nicholas Bellono).
Исследование не только объясняет, как хрящевые рыбы находят пищу, но и открывает путь к изучению эволюции электрического чувства у других животных, а также к новым открытиям в биологии слуха.