Genomy elektrických ryb odhalují, jak se evoluce opakuje

Genomy elektrických ryb odhalují, jak se evoluce opakuje

Po temném Na dně řeky Amazonky pátrají hadí ryby zvané električtí úhoři v šeru po neopatrných žábách nebo jiné malé kořisti. Když jeden plave kolem, ryba vypustí dva 600voltové pulsy elektřiny, aby ji omráčila nebo zabila. Tato taktika lovu pomocí vysokého napětí je charakteristická, ale několik dalších druhů ryb také používá elektřinu: generují a vnímají slabší napětí při plavbě bahnitými, pomalu se pohybujícími vodami a při komunikaci s ostatními svými druhy pomocí jemných otřesů podobných Morseově abecedě. .

Normálně, když několik druhů sdílí tak neobvyklou schopnost, jako je generování elektřiny, je to proto, že jsou úzce příbuzné. Ale elektrické ryby v řekách Jižní Ameriky a Afriky pokrývají šest odlišných taxonomických skupin a za nimi existují tři další mořské linie elektrických ryb. Dokonce i Charles Darwin uvažoval jak o novosti jejich elektrických schopností, tak o jejich podivném taxonomickém a geografickém rozšíření v Na Původ druhůpíše: „Je nemožné si představit, jakými kroky byly tyto úžasné orgány vyrobeny“ – nejen jednou, ale opakovaně.

Nedávný článek publikovaný v Vědecké pokroky pomáhá odhalit toto evoluční tajemství. “Ve skutečnosti jen sledujeme Darwina, jak to dělá většina biologů,” řekl Harold Zakon, integrativní biolog z University of Texas v Austinu a spoluautor studie. Poskládáním genomických vodítek jeho tým v Texasu a kolegové z Michigan State University odhalili, jak řada nápadně podobných elektrických orgánů vznikla v liniích elektrických ryb oddělených zhruba 120 miliony let evoluce a 1600 mil oceánu. Jak se ukázalo, existuje více než jeden způsob, jak vyvinout elektrické varhany, ale příroda má některé oblíbené triky, ke kterým se může vrátit.

Jihoamerické a africké ryby, které Zakonova skupina studuje, získávají chlup ze specializovaných elektrických orgánů rozprostírajících se podél velké části jejich těla. Modifikované svalové buňky zvané elektrocyty v orgánech vytvářejí gradienty sodíkových iontů. Když se proteiny sodíkové brány v membránách elektrocytů otevřou, dojde k výbuchu proudu. “Jde o ten nejjednodušší signál, jaký si dokážete představit,” řekl Zakon.

Ve svalech tyto elektrické signály protékají buňkami a mezi nimi, aby jim pomohly stahovat pohyby, ale v elektrických orgánech je napětí směrováno ven. Síla každého výboje závisí na tom, kolik elektrocytů vystřelí najednou. Většina elektrických ryb vystřelí pouze několik najednou, ale protože električtí úhoři obsahují neobvykle vysoký počet elektrických článků, mohou uvolnit napětí dostatečně silné, aby zabily malou kořist.

V nové práci Zakon, jeho bývalá výzkumná technička Sarah LaPotinová (nyní doktorandka na University of Utah) a jeho další kolegové zrekonstruovali klíčový aspekt evoluce těchto elektrických orgánů sledováním genomické historie ryb.

Začalo to před 320 miliony až 400 miliony let, kdy předchůdce všech ryb klasifikovaných jako teleosty přežil vzácnou genetickou nehodu, která duplikovala celý jeho genom. Duplikace celého genomu jsou pro obratlovce často smrtící. Ale protože vytvářejí nadbytečné kopie všeho v genomu, duplikace mohou také otevřít dříve nevyužité genetické možnosti. “Najednou máte schopnost vytvořit zcela novou dráhu, namísto pouhého jednoho nového genu,” řekl Gavin Conant, systémový biolog ze Státní univerzity v Severní Karolíně, který se na studii nepodílel.

Harold Zakon, integrační biolog z Texaské univerzity v Austinu, byl jedním z vůdců nové studie evoluce elektrických ryb. “Ve skutečnosti jen sledujeme Darwina, jak to dělá většina biologů,” řekl.Fotograf: Lynne McAnelly/Quanta Magazine

.

Leave a Reply

Your email address will not be published.