Как акулы и скаты чувствуют электричество

Два типа ионных каналов в электрочувствительных клетках позволяют скатам и акулам чувствовать даже малейшие изменения внешнего электрического поля.

Акулы и скаты могут чуять добычу по слабым электрическим сигналам, которые испускает ее тело. Можно сказать, они в буквальном смысле слышат сердцебиение жертвы – но только слышат они его не слуховым аппаратом, а специальным органом, который улавливает следы генерируемых сердечной мышцей электрических импульсов.

Электросенсоры у акул и скатов нашли давно, и в целом было известно, как они устроены, но что за биологические реакции там происходят, долгое время оставалось загадкой.

Загадку разъясняют исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско – в своей статье, опубликованной в Nature, они описывают функционирование клеток ампулярного (электрочувствительного) органа ежового ската. Этот орган состоит из множества ампуловидных клеток (ампул Лоренцини), погруженных в желеобразную среду. Мы знаем, что любые рецепторные клетки, что бы они не чувствовали, реагируют на раздражитель перегруппировкой ионов на клеточной мембране – в результате такой перегруппировки возникает электрохимический импульс, отправляющийся в мозг. У электросенсоров все устроено в общем так же: у них есть белки, которые под действием внешнего электрического поля создают поток ионов кальция.

Но электрическое поле, генерируемое живым организмом, слишком слабое, чтобы создать сигнальный импульс. Поэтому в клетках электрических органов скатов и акул есть еще и калиевый канал, чувствительный к кальцию. Получается следующая последовательность событий: внешнее электрическое поле вызывает небольшой поток кальция, в ответ на который срабатывает калиевый канал, и вот как раз масштабное перемещение калия, образно говоря, рождает электрическое чувство. Работая вместе, оба канала работают как умножители сигнала: ощущение из внешней среды многократно усиливается в электросенсорном органе.

Гены, кодирующие оба канала, есть и у других животных, но у хрящевых рыб (а, скорее всего, механизм электрического чувства аналогичным образом работает у всех акул и скатов) эти гены настроены по-особому: белок кальциевого канала получается слишком чувствителен даже к небольшим изменениям внешнего электрического поля, а калиевый канал генерирует колебания калиевого потока в ответ на кальций. Исследователи изменили мышиные «канальные» гены так, чтобы они стали похожи на гены ската – и мышиные клетки стали электрочувствительными. Если же у самих скатов с помощью специальных веществ блокировали ионные каналы, то рыбы утрачивали электрическое чувство – они переставали реагировать на источник электрического поля, спрятанный на дне аквариума.

Считается, что у слуховых рецепторов зверей есть достаточно много общего с электрорецепторами хрящевых рыб, так что, изучая скатов с акулами, мы, возможно, узнаем что-то новое и о том, откуда у нас берутся проблемы со слухом.