Учёные поняли, как акулы и скаты чувствуют электричество

Изменения интенсивности потока ионов через клеточные мембраны позволяют чувствительным клеткам рыб регистрировать даже очень слабые электромагнитные поля.

Американские учёные выяснили молекулярный механизм работы ампул Лоренцини — органа, который позволяет акулам и некоторым другим рыбам чувствовать малейшие колебания электрических полей. Сообщение об этом опубликовано в журнале Nature.

Хрящевые рыбы, такие как акулы и скаты, способны находить добычу даже по слабым изменениям напряжённости электромагнитного поля, которые создаёт активность нервов и мышц потенциальной жертвы, включая сердцебиение. Для такой пассивной электрорецепции у них имеется специальный чувствительный орган — ампулы Лоренцини, похожие на длинные, заполненные слизью каналы, которые уходят с поверхности в глубину тела, расширяясь на концах. Дэвиду Джулиусу (David Julius) и его коллегам из Калифорнийского университета в Сан-Франциско удалось выяснить, как именно эти ампулы "чувствуют" электричество.

Изучив клетки, извлечённые из ампул Лоренцини небольших ежовых скатов (Leucoraja erinacea), учёные обнаружили, что через их мембраны проходит постоянный поток ионов. Он создаётся скоординированной работой двух транспортных белков: один из них, ионный канал CaV1.3, закачивает в клетку ионы кальция, другой, калиевый канал ВК, — выводит из неё калий. В результате на мембране возникает осциллирующее напряжение, колебания которого чрезвычайно чувствительны к воздействию внешних электромагнитных полей. Изменения в этих осцилляциях заставляют чувствительную клетку выделять нейротрансмиттеры и передавать сигнал дальше.

Генетические эксперименты подтвердили, что гены этих белков (кальциевого ионного канала CaV1.3 и калиевого ВК) активно экспрессируются в клетках ампул Лоренцини. Учёные показали, что они несут ряд мутаций, которые отличают их от аналогов, имеющихся у млекопитающих, и делают клетки более чувствительными для восприятия электрических сигналов. Химическое блокирование активности этих белков у скатов делало их нечувствительными к колебаниям напряжения, создаваемого скрытым в аквариуме источником.