Elektriska fiskgenom avslöjar hur evolutionen upprepar sig

Längs det skumma botten av Amazonfloden, serpentinfiskar som kallas elektriska ålar letar igenom dysterheten efter oförsiktiga grodor eller andra små byten. När en simmar förbi släpper fisken lös två 600-volts pulser av el för att bedöva eller döda den. Denna högspänningsjakttaktik är utmärkande, men en handfull andra fiskarter använder också elektricitet: de genererar och känner av svagare spänningar när de navigerar genom leriga, långsamt rörliga vatten och när de kommunicerar med andra av deras arter genom milda stötar som liknar morsekod. .

Normalt när flera arter delar en så ovanlig förmåga som att generera elektricitet, beror det på att de är nära släkt. Men den elektriska fisken i floderna i Sydamerika och Afrika spänner över sex distinkta taxonomiska grupper, och det finns tre andra marina linjer av elektrisk fisk bortom dem. Till och med Charles Darwin funderade över både nyheten i deras elektriska förmågor och den märkliga taxonomiska och geografiska fördelningen av dem i Arternas ursprung, skrivande“Det är omöjligt att föreställa sig med vilka steg dessa underbara organ har producerats” – inte bara en gång, utan upprepade gånger.

A färsk tidning publiceras i Vetenskapens framsteg hjälper till att reda ut detta evolutionära mysterium. “Vi följer egentligen bara upp Darwin, som de flesta biologer gör,” sa Harold Zakon, en integrativ biolog vid University of Texas, Austin och co – senior författare till studien. Genom att sammanföra genomiska ledtrådar upptäckte hans team i Texas och kollegor vid Michigan State University hur ett antal slående lika elektriska organ uppstod i elektriska fisklinjer åtskilda av ungefär 120 miljoner år av evolution och 1 600 miles av havet. Som det visar sig finns det mer än ett sätt att utveckla en elektrisk orgel, men naturen har några favoritknep att falla tillbaka på.

De sydamerikanska och afrikanska fiskarna som Zakons grupp studerar får sin zap från specialiserade elektriska organ som sträcker sig längs stora delar av kroppen. Modifierade muskelceller som kallas elektrocyter i organen skapar natriumjongradienter. När natrium-gate-proteiner i elektrocyternas membran öppnas, producerar detta en strömutbrott. “Det är ungefär den enklaste signal du kan föreställa dig,” sa Zakon.

I muskler flödar dessa elektriska signaler genom och mellan celler för att hjälpa dem att dra ihop sig för rörelser, men i de elektriska organen riktas spänningen utåt. Styrkan på varje stöt beror på hur många elektrocyter som avfyras på en gång. De flesta elektriska fiskar skjuter bara några få åt gången, men eftersom elektriska ålar packar ett ovanligt stort antal elektriska celler, kan de släppa lös spänningar som är kraftfulla nog att döda små byten.

I det nya verket, Zakon, hans tidigare forskningstekniker Sarah LaPotin (nu en doktorand vid University of Utah) och hans andra kollegor rekonstruerade en nyckelaspekt av utvecklingen av dessa elektriska organ genom att spåra fiskarnas genomiska historia.

Det började för mellan 320 miljoner och 400 miljoner år sedan, när förfadern till alla fiskar som klassificerades som teleostar överlevde en sällsynt genetisk olycka som duplicerade hela dess arvsmassa. Helgenomduplikationer är ofta dödliga för ryggradsdjur. Men eftersom de skapar överflödiga kopior av allt i arvsmassan, kan duplikationer också öppna upp tidigare outnyttjade genetiska möjligheter. “Plötsligt har du kapacitet att skapa en helt ny väg, istället för bara en ny gen,” sa Gavin Conanten systembiolog vid North Carolina State University som inte var involverad i studien.

Harold Zakon, en integrativ biolog vid University of Texas, Austin, var en av ledarna för den nya studien av elektrisk fisks evolution. “Vi följer egentligen bara upp Darwin, som de flesta biologer gör,” sa han.Foto: Lynne McAnelly/Quanta Magazine

Leave a Comment

Your email address will not be published.