遺傳研究人員解決電魚的謎團(tuán)
由威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的邁克爾·蘇斯曼教授領(lǐng)導(dǎo)的一項新研究表明,六種電子魚系 - 魚雷,魚餌,蛾科,Euteleostei,鯰形目和Gymnotiformes(所有這些都獨(dú)立進(jìn)化) - 使用了基本相同的基因和發(fā)育和細(xì)胞。制作用于防御,捕食,導(dǎo)航和通信的電子器官的途徑。
電魚長期以來一直令人著迷。古埃及人使用魚雷,一種電子海洋射線,以早期的電療方式治療癲癇。
本杰明富蘭克林和其他先驅(qū)科學(xué)家對電力學(xué)習(xí)的大部分內(nèi)容來自對電魚的研究。在維多利亞時代,舉辦派對,客人可以組成連鎖店,體驗電動魚的沖擊。
在世界范圍內(nèi),有六大類電動魚有數(shù)百種。查爾斯達(dá)爾文本人將電魚稱為趨同進(jìn)化的主要例子,其中不相關(guān)的動物獨(dú)立地發(fā)展出類似的特征以適應(yīng)特定的環(huán)境或生態(tài)位。
魚類使用電子器官與配偶交流,導(dǎo)航,擊暈獵物并作為令人震驚的防御,這可能是亞馬遜及其支流泥濘的電動魚類的原因,包括電鰻(Electrophorus electricus)。
鰻魚不是真正的鰻魚,而是與鯰魚更密切相關(guān)的魚,電鰻會產(chǎn)生高達(dá)600伏的震動電場,每英尺魚約100伏。
所有肌肉細(xì)胞都有電位。肌肉的簡單收縮會釋放少量電流。但是至少1億年前,一些魚開始通過肌肉細(xì)胞從另一種稱為電細(xì)胞的細(xì)胞中進(jìn)化而擴(kuò)大了這種潛力,更大的細(xì)胞按順序組織并且能夠產(chǎn)生比用于使肌肉工作的電壓高得多的電壓。
這項研究在“科學(xué)”雜志上發(fā)表,揭示了用于進(jìn)化這種復(fù)雜電子器官的基因藍(lán)圖。
“我們研究的令人驚訝的結(jié)果是,電子魚似乎使用相同的遺傳工具箱來構(gòu)建它們的電子器官,盡管它們是獨(dú)立進(jìn)化的,”研究第一作者,密歇根州立大學(xué)的Jason Gallant博士說。
為了得出他們的結(jié)論,Sussman教授,Gallant博士和他們的同事匯集了電鰻的完整基因組和從三個電動魚系中構(gòu)建電器官和骨骼肌的基因序列。
“一只6英尺長的鰻魚是水中的頂級掠食者,實質(zhì)上是一只內(nèi)置5.5英尺牛蹄的青蛙。由于所有內(nèi)臟器官都靠近臉部,其余90%的魚幾乎都是電子器官,“蘇斯曼教授說。
“所述的在系列對準(zhǔn)electrocytes和每個小區(qū)的獨(dú)特極性允許電壓的總和,很像串聯(lián)堆疊在一個手電筒電池。電鰻體包含數(shù)百萬個這樣的“手電筒”,它們一起工作并同時發(fā)射電子放電。“
本研究的合著者,威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的研究生Lindsay Traeger補(bǔ)充說:“如果你消除肌細(xì)胞收縮的能力并改變細(xì)胞膜中蛋白質(zhì)的分布,那么現(xiàn)在它們都是將離子推過膜以產(chǎn)生大量正電荷。“
“只有脊椎動物才能進(jìn)化,只有魚類才能進(jìn)化。你需要水作為指揮,“路易斯安那大學(xué)的詹姆斯艾伯特教授說。
“我們的研究展示了大自然的創(chuàng)造力和簡約性,使用相同的遺傳和發(fā)展工具,在廣泛不同的環(huán)境中發(fā)明適應(yīng)性特征時間。通過了解大自然如何做到這一點,我們可以用其他有機(jī)體的肌肉來操縱這個過程,并且在不久的將來,也許可以使用合成生物學(xué)的工具來創(chuàng)建電子細(xì)胞,用于在人體內(nèi)的仿生設(shè)備中產(chǎn)生電能或用于我們尚未想到的用途,“Susmann教授總結(jié)道。
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