У скатов и акул есть способность улавливать разницу, даже очень небольшую, в электрических полях. Это умение обеспечивает специальный орган чувств – ампулы Лоренцини, которые находятся на голове рыб.
Хотя анатомически эти органы хорошо описаны, как они работают на молекулярном уровне оставалось неизвестным. В одном из номеров Nature рассказывается о ключевых каналах, которые обеспечивают биофизические свойства ампул Лоренцини.
Контекст
С середины 1970-х годов было известно, что для восприятия электрического поля скатам нужны два направленных потока ионов через мембрану, кальция и калия. Эти потоки связаны друг с другом: поток ионов кальция активирует поток ионов калия; за счет этой цепи слабые электрические сигналы из среды многократно увеличиваются. Но как совместить данные электрофизиологии с молекулярной биологией – что за каналы-молекулы пропускают эти ионы? Или, если перефразировать совсем конкретно, почему скаты могут детектировать изменения в напряжении электрического поля, а мы – нет?
Исследователи из университета Калифорнии Сан-Франциско выделили ампулы Лоренцини, и, выяснив, какие гены в них экспрессируются больше всего, нашли эти два канала, пропускающие кальций и калий. Достаточно очень небольшого изменения напряжения, чтобы кальциевый канал CaV1.3 у скатов открылся и начал пропускать ионы кальция внутрь клетки. Самое интересное, что и у мышей, и у человека есть ген этого кальциевого канала CaV1.3. Только чтобы заставить открыться этот кальциевый канал у мыши надо гораздо более высокое напряжение. Ученые показали, что причина в таких больших отличиях в физиологии – небольшие отличия в строении белка, всего несколько аминокислот.
На уровне генов и эволюции существует несколько способов приобретения нового свойства (в данном случае способность улавливать электрические поля). Самый энергоемкий из них – это не изобретать новый ген, а адаптировать уже имеющийся к определенной функции (зачем изобретать что-то принципиально новое, когда можно использовать старые разработки?). Адаптация кальциевого рецептора для электрорецепции у скатов – прекрасный пример такого эволюционного хода.
Текст: Дарья Овсянникова