Глубокой ночью в мутных африканских реках рыба использует электрические заряды, чтобы ощущать окружающий мир и общаться с другими представителями своего вида. Подача сигналов электрическими импульсами, длящимися всего несколько десятых тысячных долей секунды, позволяет рыбе перемещаться, не сообщая хищникам о своем присутствии. Теперь ученые обнаружили, что эволюционный трюк, который используют эти рыбы для создания таких кратких разрядов, может дать новую информацию, имеющую отношение к лечению таких заболеваний, как эпилепсия.
В новой статье в журнале Current Biology ученые под руководством группы Техасского университета в Остине и Мичиганского государственного университета описывают, как некоторые рыбы, обычно называемые китами, разработали уникальную биоэлектрическую систему безопасности. Это позволяет им производить невероятно быстрые и короткие импульсы электричества, чтобы они могли общаться, не глуша сигналы друг друга, а также ускользать от высокочувствительных электрических систем обнаружения хищных сомов."
В специализированном электрическом органе рядом с хвостом слабоэлектрические рыбы, такие как детеныши китов, содержат белок, который также существует в сердце и мышцах человека. Электрические импульсы, генерируемые этим белком, называемым каналом ионов калия KCNA7, длятся всего несколько десятых тысячных долей секунды, и некоторые электрические рыбы приспособились различать разницу во времени электрических разрядов менее чем в 10 миллионных долей секунды.
«Большинство рыб не могут обнаруживать электрические поля, но сомы их чувствуют. Чем короче электрическая рыба может издавать свои электрические импульсы, тем труднее сому отслеживать их», - сказал Гарольд Закон, профессор кафедры Интегративная биология и неврология.
Команда идентифицировала отрицательно заряженный участок в белке KCNA7, который позволяет каналу в электрической рыбе быстро открываться и быть более чувствительным к напряжению, обеспечивая чрезвычайно короткие разряды.
То, что ученые узнали об этих рыбах, электрических сигналах, которые они используют, и о том, как они эволюционировали, может помочь людям в будущем, проливая свет на то, как те же самые электрические пути работают при таких состояниях, как эпилепсия, когда электрические импульсы в мозгу и мышцы вызывают судороги. Открытие также может иметь значение для открытий о мигрени и некоторых сердечных заболеваниях.
«Мутации в калиевых каналах, которые делают их слишком чувствительными или недостаточно чувствительными к электрическим раздражителям, могут привести к эпилепсии или сердечным и мышечным заболеваниям», - сказал Свапна Иммани, первый автор статьи и научный сотрудник в области неврологии и интегративной медицины. биология. «Поэтому понимание того, что контролирует чувствительность калиевых каналов к раздражителям, важно для здоровья, а также базовое понимание ионных каналов».
Предыдущее понимание того же белка было основано на калиевых каналах у плодовых мушек, но исследователи говорят, что эта статья предполагает, что конкретная область с отрицательным пятном может функционировать по-разному у позвоночных.
Эволюция специализированного электрического органа также может дать важные сведения о том, как меняются и проявляются гены. В статье говорится, что, изучая уникальные или экстремальные способности животного мира, можно многое узнать о генетической основе адаптации.
«Главная идея нашего проекта заключается в том, что странные животные, такие как слабо электрические рыбы, могут дать очень глубокое понимание природы, иногда с важными биомедицинскими последствиями», - сказал Джейсон Галлант, доцент кафедры интегративной биологии Мичиганского государственного университета. и исследователь проекта. «Мы обнаружили то, что на первый взгляд может показаться идиосинкразией биологии электрических рыб, что всегда интересно, но не имеет широкого применения. Из-за ослабленных эволюционных ограничений на этот важный калиевый канал у электрических рыб, которым не нужно следуют тем же правилам, которые обычно навязываются нервной системой или мышцами, манипуляции естественного отбора выявили физическое «правило», которое, как мы подозреваем, управляет калиевыми каналами в более широком смысле."