Новости и мнения

Как скаты, акулы используют электричество, чтобы ощутить добычу

Исследователи на протяжении десятилетий знали, что некоторые рыбы используют специализированные электросенсорные клетки, но точный механизм этих клеток до сих пор оставался загадкой.

скаты Акулы, скаты и скаты могут обнаруживать незначительные колебания в электрических полях – такие же тонкие сигналы, как мелкая рыба, дышащая в окрестностях, – и полагаться на специализированные электросенсорные ячейки для навигации и охотиться на добычу, спрятанную в песок. Но то, как эти рыбы-ветвь отделяют сигнал от шума, давно сбивало с толку ученых. В обстановке, полной крошечных электрических импульсов, как кататься на коньках на добыче?

В исследовании, опубликованном на этой неделе (6 марта) в Nature , исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) проанализировали электросенсорные клетки маленького ската ( Leucoraja erinacea ). Они обнаружили, что управляемые напряжением кальциевые каналы в этих клетках, по-видимому, работают совместно с активированными кальцием калиевыми каналами, оба специально настроены на маленьком скейте, чтобы улавливать слабые электрические сигналы.

«Мы выяснили молекулярную основу для электросенсирования, по крайней мере, в маленьком скейте, которая объясняет этот необычный и очень чувствительный механизм для обнаружения электрических полей», – сказал соавтор Николас Беллоно , постдок из USCF. «Как это вообще, мы не знаем. Но это действительно первый случай, когда мы смогли изучить и спросить, какие молекулы могут быть вовлечены в такую ​​систему ».

«Эти сенсорные системы не только о молекулах, но и об анатомических свойствах системы», – добавил соавтор Дэвид Джулиус , заведующий кафедрой физиологии в UCSF. «Во всех сенсорных системах органы блестяще развиваются, чтобы делать то, что они делают. Электрическая система в этих коньках не является исключением ».

Каждый раз, когда рыба дышит, морская вода контактирует со слизистой оболочкой животного и создает небольшое электрическое поле. Коньки и другие рыбы из гибрида развились, чтобы подхватить эти электрические лампочки и использовать их, чтобы найти скрытую добычу, перемещаться по коварным водам и избегать нежелательных рыб.

Как коньки используют эти электрические поля и анатомию их сенсорных органов, довольно хорошо изучены. «Уже почти 40 лет известно, что два ионных тока – кальциевый ток и кальциево-активированный калиевый ток – ответственны за электрическую активность акулы и электрорецепторов ската», – Гарольд Закон , профессор Техасского университета в Остине, который не принимал участия в исследовании, написал по электронной почте. «Но что не было известно, так это то, как электрорецепторы могли обнаруживать такие незначительные напряжения в воде».

Беллоно и его коллеги впервые изолировали электросенсорные клетки от маленьких ампулярных органов ската. «Это жесткие эксперименты», – сказал Юлий. «Клетки в этих ампулярных органах очень маленькие и их трудно вынуть. Технический аспект этого на самом деле был довольно сложным ». Затем исследователи измерили ионные токи внутри клеток в ответ на различные электрические раздражители. «Мы обнаружили, что эти два основных тока, кальциевый и калиевый, связаны друг с другом», – сказал Беллоно, отметив, что эти токи усиливают небольшие электрические сигналы. Затем команда провела эксперименты по экспрессии генов, чтобы подтвердить наличие специализированных кальциевых и калиевых каналов в клетках. «Мы пытались сократить разрыв между генетикой и физиологией», – сказал Юлиус.

В последнем эксперименте исследователи использовали наркотики, чтобы заблокировать эти каналы в нескольких образцах скатов, и сравнили их охотничьи способности с возможностями скатов дикого типа. Затем команда спрятала электрические аппараты под песком в резервуаре для коньков и наблюдала, как коньки дикого типа включали сигнал, а измененные коньки – нет. «В идеальном мире вы использовали бы генетику, как у мышей, и вы выбили бы интересующие гены и спросили бы, не нарушаете ли вы это поведение», – сказал Джулиус. «В коньках мы не можем этого сделать, поэтому мы использовали следующую лучшую вещь для блокировки ионных каналов – фармакологию».

«Это исследование было технически превосходным и исследовало проблему от поведенческого до биофизического и молекулярного уровней», – пишет Закон. «Это был блестящий пример того, как анализировать проблему».

Кристофер Браун из Hunter College в Нью-Йорке согласился. «Это действительно интересно, потому что он показывает механизм настройки, который регулирует чувствительность этих электрорецепторных клеток к стимулам, которые заботятся о животном», – сказал он. «Ионные механизмы, описанные в статье, дают понять, как клетки могут быть специально настроены на те стимулы, которые являются экологически значимыми».

Браун добавил, что его собственная работа сосредоточена на том, как животные сортируют раздражители и различают их собственные электрические разряды и разряды других животных. «Это различие часто зависит от частоты, – сказал Браун. «Клеточные механизмы, описанные в этой статье, дают мозгу очень низкий уровень получения только информации, которая важна для него, и не отвлекаются на другую информацию».

Следующие шаги, согласно Закону, должны отобрать других животных, которые могут чувствовать электричество, и исследовать, обеспечивают ли эти относительно простые каналы аналогичные функции у других видов. «Другие виды рыб, и даже некоторые млекопитающие, такие как утконос, независимо развили электрорецепторы», – писал он. «Следующим захватывающим шагом в этой работе будет изучение электрорецепторов у других видов, чтобы увидеть, развились ли у них одинаковые или разные механизмы чувствительности».

NW Bellono и др., « Молекулярная основа электрорецепции предковых позвоночных », Nature , doi: 10.1038 / nature21401, 2017.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *