Ген, ответственный за "искру" электрических рыб, найден у южноамериканской рыбы-нож
Уникальная генетическая перестройка натриевого канала объясняет, как семейство электрических рыб может генерировать самую высокую частоту электрических разрядов среди всех животных. В исследовании, опубликованном 27 марта в журнале PLOS Biology, учёные во главе с Аммоном Томпсоном и Дэниелом Инфилдом из Техасского университета в Остине, Университета Айовы и Индианского университета в Блумингтоне, показали, что этот эволюционно модифицированный натриевый канал может способствовать высокочастотному разряду электрического органа.
Электрические рыбы воспринимают окружающую среду и общаются друг с другом, генерируя электрические сигналы с помощью специального органа. Одна группа электрических рыб из Америки, аптеронотовые или "рыбы-ножи", создаёт электрические сигналы через потенциалы действия специализированных клеток, произошедших от видоизменённых двигательных нейронов спинного мозга. Электрические органы этих рыб развивают самые высокочастотные потенциалы действия среди всех типов клеток у животных, часто превышая 1 кГц (1000 импульсов в секунду), и могут делать это спонтанно, без сигналов от мозга.
Натриевые каналы — это крошечные поры, которые строго регулируемо пропускают положительно заряженные ионы натрия внутрь и наружу клетки, позволяя генерировать электрические сигналы для таких функций, как сокращение мышц. Один тип натриевых каналов, называемый "потенциал-зависимым", открывается и закрывается в ответ на напряжение на клеточной мембране.
Сравнивая гены, кодирующие потенциал-зависимые натриевые каналы у нескольких видов электрических и неэлектрических рыб, исследователи обнаружили, что у предка группы рыб внутри аптеронотовых произошло удвоение гена, который обычно кодирует натриевые каналы в мышцах. В ходе последующей эволюции одна копия гена приобрела способность создавать натриевые каналы в спинном мозге, где расположены двигательные нейроны, определяющие частоту разряда электрического органа.
Помимо расширения области экспрессии канала, последующие мутации в этом новом гене привели к тому, что канал стал открываться чаще, чем его мышечный предок. Это, вероятно, способствует высокочастотному разряду электрического органа аптеронотовых. Это важное открытие, поскольку у большинства животных, включая человека, этот тип канала присутствует только в мышцах; его наличие в спинальных нейронах аптеронотовых уникально.
Натриевые каналы являются важной мишенью для многих нейротоксинов и связаны с врождёнными неврологическими и мышечными расстройствами, такими как эпилепсия и мышечная слабость. Дальнейшее изучение мутаций, обнаруженных в этом новом натриевом канале, может пролить свет на мутации, лежащие в основе этих расстройств у людей.