Общая генетическая основа электрических органов у различных рыб обнаружена американскими учеными. Оказывается, в ходе эволюции одни и те же генные «инструменты» включались неоднократно для создания сходных органов у самых различных видов. Новое исследование на эту тему представлено в журнале Science.
Как минимум шесть раз в истории Земли у рыб возникали специальные электрические органы, позволяющие им ориентироваться, общаться друг с другом и защищаться от врагов с помощью разрядов тока. Однако эти виды рыб столь далеко отстоят друг от друга, что появление электрических органов со времен Дарвина считается классическим примером конвергентной эволюции — формирования комплекса сходных признаков у представителей неродственных групп. Американские ученые сравнили геном угря, а также РНК ткани трех других электрических рыб, и обнаружили общую генетическую основу их «шоковых» органов.
Известно более 300 видов рыб с электрическими органами — от всем известных скатов до экзотических амазонских электрических угрей (Electrophorus electricus), клетки которых генерируют разряды напряжением до 600 вольт. Геном последней и расшифровали исследователи. Угорь может похвастаться тремя электрическими органами: два предназначены для навигации и поиска добычи, а третий — для защиты от врагов и парализации добычи (мелких рыб). Для человека удар тока этого угря не смертелен, но очень болезнен.
Электрические органы состоят из множества пластинок-электроцитов — уплощённых мышечных клеток, между мембранами которых может генерироваться разность потенциалов. В организме электрического угря, например, имеется 70 столбиков по 6000 электроцитов в каждом. Эти клетки возникли, скорее всего, таким образом: сокращение любой мышцы создает слабое напряжение. Но 100 миллионов лет назад различные рыбы стали усиливать этот электрический потенциал. «Если лишить мышечную клетку возможности сокращаться и изменить соотношение белков в клеточной мембране, эти клетки начнут создавать мощный поток ионов, текущих сквозь мембраны. А укладывание электроцитов столбиком многократно увеличивает итоговое напряжение», — рассказывают авторы исследования Линдси Трэгер (Lindsay Traeger) и Майкл Сассмэн (Michael Sussman).
Ученые полностью расшифровали геном Electrophorus electricus. Кроме того, они секвенировали белки электроцитов и скелетных мышц двух родственников угря, гимнотообразных (Sternopygus macrurusan и Eigenmannia virescens) и двух других рыб: слонорыла (Brienomyrus brachyistius) и электрического сома (Malapterurus electricus), родом из Африки. Выяснилось, что у всех этих животных усилена экспрессия генов, отвечающих за прохождение тока по мышечным клеткам, и ослаблена — генов, управляющих преобразованием электрического стимула в сокращения мышц. Таким образом, исследователи утверждают, что в разные эпохи истории Земли различные виды рыб создавали свои электрические органы с помощью одного и того же генетического «инструментария».