Mokslo ir technologijų pasaulis

Elektrinės žuvys – labai jau keisti sutvėrimai. Tai yra tarsi pokemonai Pikaču, tik iš tiesų egzistuojantys: šios žuvys gali saugoti ir panaudoti elektrą. O tam jos turi specialius organus, gebančius sukurti didelius elektrinius laukus, rašo massivescience.com.

Skirtingos žuvų rūšys pasižymi skirtingais „elektriniais“ gebėjimais. Štai, pavyzdžiui, net ir į kino ekranus kartais patenkantys elektriniai unguriai elektra naudojasi kaip gynybine priemone ar medžioklės ginklu. Tuo tarpu ir akvariumuose ganėtinai dažnai sutinkamos juodosios vairauodegės peiliažuvės elektros išlydžiais naudojasi saikingiau – jie reikalingi tam, kad žuvys gebėtų pajusti savo aplinką ir bendrautų tarpusavyje dumbliname vandenyje.

Bet iš kur visa ši elektra atkeliauja?

Dažniausiai – iš raumenų. Didesnioji dalis elektrinių žuvų išlydžius generuoja per procesus, kurie vyksta ir normalių raumenų judesių atveju – pavyzdžiui, natrio kanalų atvėrimą. Natrio kanalai yra mažutės, itin griežtai reguliuojamos poros, nuo kurių priklauso, kaip teigiamo krūvio natris patenka į ląstelę, tuo pačiu sukurdamas elektros srovę. Tokių porų yra gausu praktiškai bet kurioje organizmo ląstelėje – ypač raumenų.

Evoliucijos eigoje žuvys prarado raumenų natrio kanalus, tačiau perkėlė šiuos kanalus į „elektrinius organus“, kurie leidžia sukurti žudančią, atbaidančią ar „aplinką skenuojančią“ elektros srovę net raumenėlio nepajudinus. Šis esminis skirtumas tarp elektrinių žuvų ir daugelio kitų gyvūnų atsirado dėl kadaise įvykusios genetinės anomalijos, padvigubinusios visus genus. Kitaip tariant, kažkada seniai seniai žuvų ląstelės netyčia nusprendė, kad DNR reikia gaminti dukart daugiau nei įprastai. Tokiu būdu šie gyvūnai įgijo evoliucinės laisvės eksperimentuoti. Įsivaizduokite, kad turite vieną automobilį kelionėms į darbą ir kitais reikalais, o kitą, identišką automobilį – meistravimui ir eksperimentavimui garaže.

Tačiau vien genų padvigubėjimas nepaaiškina elektrinių signalų. Kai kurios žuvys leidžia trumus elektrinius impulsus su ilgomis pauzėmis tarp jų – panašiai, kaip karo laivų sonarai. Kitos, kilus grėsmei, paleidžia milžinišką, mirtiną įtampą. Vairauodegės peiliažuvės (Apteronotidae) yra išskirtinai įdomūs sutvėrimai, nes generuoja neįtikėtinai greitus, nuolatinius išlydžius. Tačiau šios žuvelės išskirtinės ne tik elektros išlydžiu stiprumu bei dažnumu. Tai yra bemaž vienintelės žuvys, kurių elektriniai organai išsivystė ne iš raumenų, o iš nugaros smegenų. Ir jos vienintelės gali skleisti elektros signalus be jokios priklausomybės nuo smegenų.

Ši keistenybė sudomino ir daugybę mokslininkų. Pavyzdžiui, amerikiečiai atliko genų sekoskaitos evoliucinę analizę bei biofizikinius tyrimus ir išsiaiškino, kokie genai yra atsakingi už elektros impulsus. Norėdami sužinoti, kaip peiliažuvės gavo savo modifikuotus natrio kanalus, mokslininkai išsiaiškino, jog be genų dublikavimo, įprasto elektrinėms žuvims, Apteronotidae šeimos žuvys padvigubino ir antrąjį natrio kanalo geną (scn4ab). Mokslininkų vertinimu, naujai dublikuotas genas nugaros smegenų kanale pradėjo gaminti baltymus po dviejų milijonų metų – evoliuciniu mastu tai galima vadinti „akimirksniu“. Šio pakartotinio dublikavimo rezultatas – genas scn4ab1 – dabar sudaro nuo 20 iki 45 proc. visų peiliažuvės natrio kanalų ne raumenų audinyje.

Ir tai – ne vienintelė išskirtinė Apteronotidae žuvų savybė. Pasikeitė ir šių žuvų natrio kanalus sudarančių baltymų elementų – aminorūgščių – eiliškumas. Toks, atrodytų, minimalus baltymo struktūrinis pakitimas gali leisti itin stiprius funkcinius skirtumus. Pavyzdžiui, pakanka nedidelių skirtumų aminorūgščių sekoje, kad žmonės sirgtų cistine fibroze ar pjautuvine anemija.

Apteronotidae šeimos žuvų genomas mutavo kur kas dažniau nei galima tikėtis atsitiktinai. Šis atradimas sukėlė itin didelį evoliucinės biologijos ekspertų susidomėjimą. Natūrali atranka dažniausiai pašalina žalingas mutacijas iš genų fondo ir ateities kartoms leidžia paveldėti tik neutralias arba naudingas mutacijas.

Norėdami išsiaiškinti, ar amino rūgščių apsikeitimas natrio kanalą koduojančioje sekoje pakeitė kanalo funkciją, mokslininkai lygino jį su žmogaus natrio kanalu, kuris buvo modifikuotas ir gaminamas varlės ląstelėse (tai yra patogus gyvūnas darbui paboratorijose). Pasinaudoję šio gyvūno modeliu mokslininkai atliko keletą elektrofiziologinių bandymų, aiškindamiesi, kaip baltymo seka keičia elektrines sroves ląstelėje. Nustatyta, kad Apteronotidae žuvų natrio kanalų sekos pakeitimas iš esmės veikė tarsi tarpdurio kaištis – natrio kanalai pasyvioje būsenoje praleidinėjo daugiau natrio nei įprastai. O tai yra tiksliai toks pokytis, kokio reikia norint sukelti nuolatinę elektrinę srovę, būdingą šiai žuvų grupei.

Genomo dublikavimai evoliucijos eigoje nutinka labai retai, tačiau tai yra itin galinti evoliucijos pagalbininkai. Papildoma esminių genų kopija sukuria savotišką „draudimą“, kuris leidžia išlikti ir keistoms, visiškai nenaudingoms ar net žalingoms genų mutacijoms. Panašu, kad dviejų tokių padvigubinimų kombinacija pavertė Apteronotidae tokiomis žuvimis, kokios jos yra dabar. Pirmoji dublikacija, būdinga visoms elektrinėms žuvims, tapo bendrų elektrinių savybių atsiradimo priežastimi. Antroji genomo dublikacija tapo unikalaus elektrinio talento pagrindu. Ir tai – tik vienas iš pavyzdžių, kaip evoliucija žygiuoja visiškai neprognozuojamu keliu ir kokių stebuklų tame kelyje ji geba atrasti.