Как электрические рыбы смогли развить электрические органы

Новое исследование в Science Advances объясняет, как небольшие генетические изменения позволили электрическим рыбам, таким как электрический угорь, развить электрические органы. Эти органы генерируют сигналы для общения и ориентации.

Ключевое открытие: Эволюция использовала особенность генетики рыб. У всех рыб есть дублированные версии гена, производящего натриевые каналы — крошечные "моторы" для сокращения мышц. Чтобы создать электрический орган, рыбы "выключили" одну копию этого гена в мышцах и "включили" её в других клетках. Таким образом, механизм, обычно заставляющий мышцы сокращаться, был перепрофилирован для генерации электрических сигналов.

Контрольный регион: Исследователи из Техасского университета в Остине и Университета штата Мичиган обнаружили короткий участок гена натриевого канала (длиной около 20 "букв" ДНК), который контролирует, где именно в организме экспрессируется этот ген. У электрических рыб этот контрольный регион либо изменён, либо полностью отсутствует, что и приводит к отключению гена в мышцах.

"Это интересно, потому что мы видим, как небольшое изменение в гене может полностью изменить место его экспрессии", — говорит Гарольд Закон, ведущий автор исследования.

Значение для медицины: "Этот контрольный регион есть у большинства позвоночных, включая людей", — отмечает Закон. Следующим шагом будет изучение вариаций этого региона в базах данных человеческих генов, чтобы выяснить, могут ли его мутации или делеции приводить к снижению экспрессии натриевых каналов и, как следствие, к заболеваниям.

Два пути к одной цели: Исследование показало, что две независимые группы электрических рыб (в Африке и Южной Америке) пришли к одному решению — потере экспрессии гена натриевого канала в мышцах — разными путями. У африканских рыб в контрольном регионе произошли мутации, а у южноамериканских он был полностью утрачен.

"Если бы мы перемотали ленту жизни и нажали "воспроизведение", повторился бы тот же путь или нашлись бы новые? Электрические рыбы позволяют нам попытаться ответить на этот вопрос", — говорит Джейсон Галлант, соавтор исследования.

Важность изоляции: Учёные подчёркивают, что "отключение" гена в мышцах было необходимым условием для эволюции электрического органа. Это позволило натриевым каналам развивать новые функции в электрическом органе, не нарушая жизненно важную работу мышц.

Следующая задача — понять, как контрольный регион эволюционировал, чтобы включать натриевые каналы именно в электрическом органе.