Как рыба может "жарить": учёные раскрывают эволюционные ключи к электрическим рыбам

Видоизмените мышечную клетку за миллионы лет — и получите впечатляющий и буквально шокирующий эволюционный результат: электрическую рыбу. Электрические органы независимо эволюционировали несколько раз с разным уровнем сложности.

Две группы рыб, одна в Африке (Mormyroids) и одна в Южной Америке (Gymnotiforms), независимо развили сложные системы коммуникации с помощью таких клеток. Испуская и воспринимая слабые электрические сигналы, они обходят обычные средства общения (звук, визуальные сигналы) и используют прямое электрическое "общение". Это позволяет им тихо "разговаривать" в темноте, недоступно для большинства хищников. Одна из видов, знаменитый южноамериканский электрический угорь, развил настолько сильные сигналы, что может оглушать добычу.

Ключевую роль в электрических клетках играет ген потенциал-зависимого натриевого канала. После древнего события дупликации гена мышечного канала Scn4a образовались копии Scn4aa и Scn4ab. Гены натриевых каналов диверсифицировались: один дубликат, Scn4aa, специализировался для электрических клеток в Африке и Южной Америке, а другой, Scn4ab, остался специализирован для мышц. Регулируемые токи через ионные каналы генерируют электрические сигналы.

В онлайн-публикации Molecular Biology and Evolution авторы во главе с Ammon Thompson показали, что ген Scn4aa может иметь эволюционное преимущество перед своим "близнецом" для участия в новых типах клеток, производных от мышечных.

Гипотезу подтвердили данные RT-qPCR экспрессии Scn4aa и Scn4ab у электрических рыб в сравнении с неэлектрическими. Учёные предполагают, что снижение регуляции гена Scn4aa ведёт к более быстрой эволюции и адаптации. Также они обнаружили ту же картину экспрессии Scn4aa у вида рыб, использующего звук для коммуникации, — ещё одну удивительную адаптацию от древней дупликации гена.

Результаты указывают, что дупликация генов и "дрейф экспрессии" могут быть обычным эволюционным явлением при развитии новых систем органов.

"Изучая эволюционную историю этих генов, мы начинаем понимать, почему один и тот же ген играет роль в повторяющейся эволюции таких необычных органов", — сказал исследователь Ammon Thompson.