Электрические рыбы могут пролить свет на болезни человека
Некоторые рыбы в мутных африканских реках используют электрические разряды для ориентации и общения. Эти сигналы длятся всего несколько десятых тысячной доли секунды, что позволяет рыбам не быть обнаруженными хищниками. Эволюционный механизм, лежащий в основе таких кратких разрядов, может дать новое понимание для лечения таких заболеваний, как эпилепсия.
В новом исследовании в журнале Current Biology учёные из Техасского университета в Остине и Университета штата Мичиган описывают, как слабоэлектрические рыбы (например, так называемые «рыбы-дельфинчики») развили уникальную биоэлектрическую систему безопасности. Она позволяет им генерировать сверхбыстрые и короткие импульсы, чтобы общаться, не создавая помех друг другу, и избегать обнаружения чувствительными электрорецепторами хищных сомов.
В специализированном электрическом органе у хвоста у этих рыб есть белок, который также присутствует в сердце и мышцах человека. Электрические импульсы генерируются через этот белок — калиевый канал KCNA7. Они длятся всего несколько десятых тысячной доли секунды. Некоторые электрические рыбы адаптировались различать временные различия в разрядах менее 10 миллионных долей секунды.
«Большинство рыб не могут обнаруживать электрические поля, но сомы чувствуют их. Чем короче импульс, который может создать электрическая рыба, тем сложнее сому её отследить», — сказал профессор Гарольд Закон.
Команда обнаружила отрицательно заряженный участок в белке KCNA7, который позволяет каналу у электрических рыб быстро открываться и быть более чувствительным к напряжению, обеспечивая чрезвычайно короткие разряды.
Понимание этих электрических путей у рыб может помочь в изучении того, как аналогичные пути работают при таких состояниях, как эпилепсия, где электрические импульсы в мозге и мышцах вызывают судороги. Открытие также может иметь значение для исследований мигреней и некоторых сердечных заболеваний.
«Мутации в калиевых каналах, которые делают их слишком чувствительными или недостаточно чувствительными к электрическим стимулам, могут привести к эпилепсии или заболеваниям сердца и мышц. Поэтому понимание того, что контролирует чувствительность калиевых каналов, важно как для здоровья, так и для базового понимания ионных каналов», — сказала первый автор статьи Свапна Иммани.
Предыдущее понимание этого белка основывалось на калиевых каналах плодовых мух. Данная работа предполагает, что специфическая область с отрицательным участком может функционировать иначе у позвоночных.
Изучение эволюции специализированного электрического органа также даёт важное представление о том, как меняются и экспрессируются гены. Исследование уникальных способностей в животном мире позволяет многое узнать о генетической основе адаптаций.
«Главный вывод нашего проекта в том, что странные животные, такие как слабоэлектрические рыбы, могут давать очень глубокое понимание природы, иногда с важными биомедицинскими последствиями», — сказал Джейсон Галлант, соавтор исследования.