Шокирующая правда об электрических рыбах: расшифровка генома электрического угря

Исследование, опубликованное 27 июня 2014 года в журнале Science, выявило генетическую основу электрического органа — анатомической черты, встречающейся только у рыб и независимо эволюционировавшей шесть раз.

Международная команда ученых под руководством Майкла Зусмана (Университет Висконсин-Мэдисон), Гарольда Закона (Техасский университет в Остине) и Маноджа Саманты (Институт Systemix) определила регуляторные молекулы, генетические и развивающие пути, которые электрические рыбы использовали для превращения обычной мышцы в орган, способный генерировать мощное электрическое поле.

Ключевые открытия:

• Конвергентная эволюция: Шесть независимых линий электрических рыб использовали по сути одни и те же гены и клеточные пути для создания электрического органа. "Удивительный результат нашего исследования в том, что электрические рыбы, похоже, используют один и тот же 'генетический инструментарий' для построения своего электрического органа", — говорит Джейсон Галлант.
• Геном электрического угря: Работа включает первый черновой вариант полного генома электрической рыбы — южноамериканского электрического угря.
• Функция органа: Орган используется для защиты, охоты, навигации и коммуникации в мутной воде, например, в бассейне Амазонки.

Как работает электрический орган?

Все мышечные клетки обладают электрическим потенциалом. Электрические рыбы усилили этот потенциал, эволюционировав от мышечных клеток к электроцитам — более крупным клеткам, организованным последовательно.

• Если мышечная клетка теряет способность сокращаться и меняет распределение белков в мембране, она начинает "проталкивать" ионы, создавая мощный поток положительного заряда.
• "Последовательное выравнивание" электроцитов позволяет суммировать напряжения, "как батарейки в фонарике".
• Электрический угорь (на самом деле рыба, близкая к сому) может генерировать разряд до 600 вольт (около 100 вольт на фут длины). "Шестифутовый угорь — это вершина пищевой цепи, по сути, лягушка со встроенным пятифутовым электрошокером", — отмечает Зусман.

Исторический и практический контекст

Электрические рыбы веками интересовали людей: от древнеегипетской электротерапии до исследований Бенджамина Франклина. "Только позвоночные развили этот орган, и только среди рыб. Нужна вода как проводник", — говорит соавтор Джеймс Альберт.

Изучение этого природного "чуда" может иметь практическое применение. Майкл Зусман предполагает, что в будущем, понимая эти механизмы, мы сможем создавать электроциты для генерации энергии в бионических устройствах внутри человеческого тела или для других целей.