Біологи розібралися в історії електрифікації риб

Електричні скати, вугри та соми належать до дуже несхожих груп риб і живуть у різних куточках Землі. Однак їх поєднує грізна зброя: вони та деякі інші риби вміють створювати сильні розряди. Так, електричні скати (рід Torpedo) виробляють напругу до 220 вольт, електричний сом (Malapterurus electricus) – удвічі більший, пише Naked science.

Електрику власного виробництва ці хижаки використовують, хоч як це парадоксально звучить, щоб глушити рибу — своїх жертв. Однак «риб’ячий електрошок» також служить для самооборони і тісно пов’язаний з органами електрорецепції. Вони дозволяють багатьом рибам (переважно примітивним) відчувати заряди у навколишньому середовищі. Деякі успішно поєднують “електричну розвідку” з “електричним нападом”.

У новій статті, опублікованій у журналі Science Advances вченими з Техаського та Мічиганського університетів (США), описано еволюційну історію електричного органу та його генетичні основи.

Біологи звернулися наприклад про слабкоелектричних риб, яких створюють такі сильні розряди, як знамениті риби-«ударники». Проте вони успішно використовують електрику, щоб розрізняти особин свого виду та спілкуватися, перебуваючи у каламутній воді та темряві. Це так звані морміри (Mormyroidea) з Африки та гімноти (Gymnotiformes) з Південної Америки. Вчені розібралися в їхньому еволюційному минулому і з’ясували, що електричні органи цих двох груп мають дуже схожу історію.

Виявляється, основою для «рибячої електрики» стали натрієві канали — мембранні білки, які вибірково і у відповідь на особливий сигнал пропускають іони натрію. Зазвичай вони перебувають у м’язах і змушують їх скорочуватися. Точніше, справа тут у відповідних генах, які у всіх риб подвоєні, тобто представлені двома копіями. У процесі еволюції електричних риб одна з копій гена натрієвого каналу деяких м’язових тканинах перестала функціонувати. Проте потім вона знову запрацювала, так би мовити, на всю потужність — уже в електричному органі, який якраз є видозміненими м’язами.

Приголомшливе винахід еволюції пояснюється зміною регуляції генів. Згідно з новою статтею, воно пов’язане з конкретною ділянкою амінокислотної послідовності натрієвого каналу довжиною близько 20 «літер», який може змінюватись або навіть зникнути з білка.

“Це просто вражаюче, оскільки ми бачимо, як маленька зміна в гені може повністю змінити те, де саме він активний”, – зазначив Гарольд Зекон (Harold Zakon), професор нейробіології з Техаського університету та керівник дослідження. Він також підкреслив, що для риб було особливо важливо «розвести» регуляцію двох копій гена у м’язах та електричному органі, зробити їх незалежними. Інакше риби пошкоджували б власні м’язи.