Найдено объяснение необычайной чувствительности рыб к электричеству

Многие рыбы, в особенности акулы и скаты, обладают специальными органами под названием ампулы Лоренцини, чувствительными к мельчайшим электрическим возбуждениям. Несмотря на известную уже десятки лет анатомию этих органов, биологические основы их функционирования оставались неизвестными. Американская группа биологов заявляет о решении этой проблемы в опубликованной в Nature статье.

«Скаты и акулы обладают одной из наиболее чувствительных электрорецепторных систем в животном мире, — говорит главный автор работы, профессор Дэвид Джулиус из Калифорнийского университета в Сан-Франциско. — Понимание работы этих органов сравнимо с пониманием чувствительности к свету белков в глазах. Это открывает целое новое измерение ощущений окружающего мира».

Исследователи выделили электросенсорные клетки из органов ежового ската (Leucoraja erinacea) и нашли два ионных тока: чувствительный к напряжению кальциевый ток, который перекачивает в клетки ионы кальция в ответ на электрическое возбуждение, и калиевый ток, меняющий нормальные электрические свойства клетки. Эти токи взаимодействуют, создавая электрические колебания в клеточных мембранах, которые исключительно чувствительны к внешним электрическим возмущениям. Эти колебания действуют подобно усилителю, позволяя скату воспринимать крохотные искажения, порождаемые электрическим полем тела жертвы.

Опыты по экспрессии генов подтвердили принадлежность ионных каналов, обеспечивающих электрорецепцию, двум конкретным подтипам кальциевых и калиевых каналов — CaV1.3 и BK соответственно. В эксперименте с культурой крысиных клеток авторы внесли точечные изменения в гены похожих ионных каналов грызуна и убедились, что они стали работать подобно ионным каналам в соответствующих клетках ската. Также ученые убедились в поведенческой важности электрорецепции. В резервуаре со спрятанным под песком электрическим источником нормальные скаты проводили много времени, исследуя область, откуда исходил сигнал, в то время как скаты, чьи ионные каналы были химически заблокированы, не проявляли интереса к источнику электрических возмущений.

Открытия важны не только в контексте физиологии рыб, так как система электрорецепции эволюционно связана со слуховой системой млекопитающих: есть много сходств между чувствительными к напряжению клетками и волосковыми клетками внутреннего уха. «Варианты того же самого ионного канала с немного другими электрическими свойствами играют важную роль в нашем ухе,» — поясняет соавтор Николас Беллоно.