27 июня 2014 года в журнале «Science» опубликована работа, в которой определены регуляторные молекулы, вовлеченные в генетические процессы преобразования мышечной ткани рыб в электрический орган.

Результаты позволили установить генетическую основу развития электрического органа. Эта анатомическая структура присутствует только у рыб и развивалась независимо у различных видов, от обитателей затопленных лесов Амазонки до жителей мрачных морских глубин.

Согласно исследованию, существует шесть линий рыб, все из которых развивались независимо. Тем не менее, они использовали одинаковые гены и клеточные пути развития электрического органа, который необходим для защиты, нападения, навигации и общения.

Соавтор работы, Линсдей Трегер (Lindsay Traeger) отмечает: «Удивительно, что в эволюционной истории шесть раз независимо возникла такая анатомическая структура, как электрический орган». Не смотря на это, пути эволюции органа остаются схожими.

Повсеместно существует шесть независимых линий электрических рыб. Их таксономическое разнообразие настолько велико, что Дарвин лично отметил этих рыб как крайнюю степень конвергентной эволюции. Данный тип эволюции включает неродственных животных, у которых независимо возникают схожие структуры, необходимые для приспособления к определенным условиям среды или экологическим нишам.

Электрические рыбы на протяжении нескольких тысяч лет приводят в изумление людей. Ещё Древние египтяне использовали морских скатов для примитивной электротерапии и лечения эпилепсии. Многие сведения о природе тока пришли от изучения электрических рыб. В Викторианскую эпоху организовывались встречи, в которых гостям предлагалось испытать на себе силу разрядов от электрических рыб.

Соавтор нового исследования, профессор Джеймс Альберт (James Albert), сказал: «Только позвоночные и только рыбы имеют такую удивительную особенность. Для её появления необходим проводник в виде водной среды».

Электрический орган используется рыбами в мутных и темных водах для общения с половым партнером, навигации, поиске добычи и защиты. Вероятно, загрязненные органикой и населенные опасными тварями воды Амазонки и её притоков особенно располагали к появлению электрических рыб, поэтому включают самую опасную из них — электрического угря. Как отмечает Джеймс Альберт, в действительности, это не совсем угорь. Он родственник сомов. Представители данного вида генерируют разряды напряжением 600 вольт, примерно по 100 вольт на каждые 30 см длины рыбы.

Особь длиной 180 см является самым страшным хищником в воде. Все внутренние органы угря располагаются в головной части, а остальные 90% тела это электрический орган.

В отношении коммуникации и навигации в темной среде, электрические сигналы работают подобно эхолокации летучих мышей. Угорь ночное животное и большую часть времени проводит на дне реки.

Все мышечные клетки обладают потенциалом. Простейшее сокращение мышц приводит к высвобождению небольшого количества электричества. Однако около 100 млн. лет назад у некоторых рыб началось усиление потенциала и переход миоцитов в, так называемые, электроциты. Это крупные, организованные в ряды, клетки способны генерировать гораздо более высокое напряжение, чем мышечные клетки.

Как объяснил Трегер: «Если вы лишите мышцы возможности сокращаться и изменять конформацию белков в клеточной мембране, все ионы, проходящие через мембрану, пойдут на генерацию электрического тока или положительного заряда.»

Расположение электроцитов в серию и их уникальная полярность позволяют суммировать напряжение подобно батарейкам, соединенным последовательно. Тело угря включает миллионы таких батареек, которые постоянно генерируют электричество.

Исследователи провели секвенирование генома Электрического угря. Кроме того, с использованием секвенирование РНК, авторы работы воспроизвели последовательность белка из клеток электрического органа и скелетных мышц трех разных линий электрических рыб. Сравнительный анализ продемонстрировал, в построение электрического органа вовлечены одни и теже генетические и клеточные механизмы.
——
J. R. Gallant, L. L. Traeger, J. D. Volkening, H. Moffett, P.-H. Chen, C. D. Novina, G. N. Phillips, R. Anand, G. B. Wells, M. Pinch, R. Guth, G. A. Unguez, J. S. Albert, H. H. Zakon, M. P. Samanta, M. R. Sussman. Genomic basis for the convergent evolution of electric organs. Science, 2014; 344 (6191): 1522.