Способные создавать электрический разряд рыбы используют для этого особый орган. Биологи разобрались с его эволюцией и выяснили, что «рыбье электричество» возникло независимо у разных групп животных благодаря удвоению гена натриевого канала, который исходно работал в мышцах.
Электрический угорь (Electrophorus electricus) / © Giuseppe Mazza
Электрические скаты, угри и сомы принадлежат к очень непохожим группам рыб и живут в разных уголках Земли. Однако их объединяет грозное оружие: они и некоторые другие рыбы умеют создавать сильные разряды. Так, электрические скаты (род Torpedo) вырабатывают напряжение до 220 вольт, электрический сом (Malapterurus electricus) — вдвое больше.
Электричество собственного производства эти хищники используют, как это ни парадоксально звучит, чтобы глушить рыбу — своих жертв. Однако «рыбий электрошок» также служит для самообороны и тесно связан с органами электрорецепции. Они позволяют многим рыбам (главным образом примитивным) ощущать заряды в окружающей среде. Некоторые успешно сочетают «электрическую разведку» с «электрическим нападением».
В новой статье, опубликованной в журнале Science Advances учеными из Техасского и Мичиганского университетов (США), описана эволюционная история электрического органа и его генетические основы.
Биологи обратились к примеру так называемых слабоэлектрических рыб, которых создают не такие сильные разряды, как знаменитые рыбы-«ударники». Тем не менее они успешно используют электричество, чтобы различать особей своего вида и общаться, находясь в мутной воде и темноте. Это так называемые мормиры (Mormyroidea) из Африки и гимноты (Gymnotiformes) из Южной Америки. Ученые разобрались в их эволюционном прошлом и выяснили, что электрические органы двух этих групп имеют очень похожую историю.
Электрические разряды рыб могут быть видоспецифичны / © Matthew Arnegard
Оказывается, основой для «рыбьего электричества» стали натриевые каналы — мембранные белки, которые избирательно и в ответ на особый сигнал пропускают ионы натрия. Обычно они находятся в мышцах и заставляют их сокращаться. Точнее, все дело здесь в соответствующих генах, которые у всех рыб удвоены, то есть представлены двумя копиями. В процессе эволюции электрических рыб одна из копий гена натриевого канала в некоторых мышечных тканях перестала функционировать. Однако затем она вновь заработала, так сказать, на всю мощность — уже в электрическом органе, который как раз представляет собой видоизмененные мышцы.
Потрясающее изобретение эволюции объясняется изменением регуляции генов. Согласно новой статье, оно связано с конкретным участком аминокислотной последовательности натриевого канала длиной около 20 «букв», который может изменяться или даже исчезнуть из белка.
«Это просто поразительно, поскольку мы видим, как маленькое изменение в гене может полностью изменить то, где именно он активен», — отметил Гарольд Зэкон (Harold Zakon), профессор нейробиологии из Техасского университета и руководитель исследования. Он также подчеркнул, что для рыб было особенно важно «развести» регуляцию двух копий гена в мышцах и электрическом органе, сделать их независимыми. В противном случае рыбы повреждали бы собственные мышцы.
