Egy véletlenszerű génduplikáció eredményezi az állatokban az eddig ismert legnagyobb mértékű elektromos kisülést, azonban ez sem működik ugyanúgy minden hal esetében.
Az elektromos halak fura lények. A Pikacsúhoz hasonló tulajdonságokkal rendelkező állatok olyan speciális szervekkel rendelkeznek, amelyek képesek elektromos teret generálni. A különböző fajok más és más mennyiségű elektromos energiát termelnek, az ezt eredményező folyamatokról pedig a Massive Science számolt be.
Közös kezdet
Az egyik legismertebb erős elektromosságú hal az elektromos angolna, ami erős kisülésekkel ejti el a zsákmányát, vagy védi meg magát a nagyobb ragadozóktól. A gyenge elektromosságú halak jellemzően 1 voltnál kisebb feszültséget képesek generálni. Az ebbe a kategóriába tartozó halak, mint például az apteronotidae (fekete szellemkéshal) a kisülések segítségével érzékelik a környezetüket, vagy kommunikálnak egymással a sötétben.
A legtöbb esetben az elektromos szerv biztosítja az elektromosságot. Ez a speciális szerv módosult izmokból és idegsejtekből épül fel, ezek segítségével termeli a bioelektromos mezőt. A nátriumcsatornák apró, szorosan egymás mellett lévő kamrák, amelyek szabályozzák, hogy a pozitív töltésű nátriumok bekerüljenek a sejtekbe, ez pedig elektromosságot eredményez. Az evolúció folytán az elektromos halak nátriumcsatornái az izomból az elektromos szervbe kerültek, ezzel lehetővé téve, hogy az izmok mozgatásától függetlenül állítsanak elő elektromosságot. Az elektromos halak evolúciójának jelentős szakasza volt ez, amely mindent gént duplikált. Ez azt jelenti, hogy az ősi halak minden egyes génjéből készült egy második példány is.
De a genetika önmagában nem ad magyarázatot az elektromos halak jelátviteli nyelvének sokszínűségére. Egyes halak ugyanis rövid impulzusokat küldenek hosszú szünetekkel, hasonlóan a haditengerészeti hajókhoz. Más fajok veszély esetén hatalmas, halálos erősségű elektromosságot bocsátanak ki. A fekete szellemkéshal nagyon kíváncsi, gyors mozgású állat, ami folyamatos elektromos kisüléseket generál. Elektromos szerve az izom helyett a gerincvelőből fejlődött ki, mely az agy utasítása nélkül is képes elektromos jeleket generálni.
Több mutáció, több elektromosság?
Amerikai kutatók a génszekvenálás módszerét kombinálták az evolúciós elemzésekkel és biofizikai kísérletekkel, hogy megtalálják az elektromosságért felelős géneket. Abból indultak ki, hogy a szellemkéshal szervezetében módosult az elektromos szerv. Mivel az evolúció alatt az összes elektromos hal átesett a génduplikáció folyamatán, valószínűsíthető, hogy a szellemkéshal egy másik, az úgynevezett scn4ab nátriumcsatorna-gént is duplikálhatta. A tudósok feltételezése szerint a frissen duplikált gén expressziója a gerincvelőben valamikor az elmúlt 2 millió évben kezdődhetett. A második duplikáció során létrejövő extra gén nagyjából a 20-45 százalékát teszi ki a szellemkéshal elektromos szervében lévő nátriumcsatornáknak. Ez az első példa arra, hogy a gén nem az izomszövetben jelenik meg.
De nem csak ettől különleges a fekete szellemkéshal. A nátriumcsatorna fehérjét alkotó részeinek is megváltozott a sorrendje. Az ilyen aminosav-változások komoly hatással lehetnek a fehérjék funkcióira.
A szellemkéshal szervezetében valójában annyi mutáció figyelhető meg, hogy a kutatók kizártnak tartják ezek véletlenszerűségét. A természetes kiválasztással általában eltűnnek a génkészletből a káros mutációk, lehetővé téve, hogy a következő generációkban csak a hasznos tulajdonságokat reprodukálják az állatok. Annak megállapításához, hogy a nátriumcsatorna aminosav-szekvenciájának változásai megváltoztatták-e a fehérje működését, a kutatók emberi nátriumcsatornát módosítottak, majd a génexpresszió egy béka sejtjében történt meg. Ezzel a modellel számos tesztet el tudtak végezni, megvizsgálva, hogy a változások hogyan befolyásolják a sejt elektromosságát. A megfigyelés szerint a csatorna egyre gyengébb lett – pontosan úgy, ahogy az a szellemkéshalakra jellemző.
A gének duplikációja ritka, de rendkívül nagy hatással van az evolúciós folyamatokban. A szellemkéshal láthatóan két ilyen változáson is átesett: az egyik következtében képes elektromosságot generálni, míg a másik mutációval még az elektromos halak közül is kitűnt. Ez pedig csak egy újabb példa arra, hogy mennyire kiszámíthatatlan és csodálatos az evolúció.
