Электрические угри и скаты получили способность генерировать ток благодаря изменениям на коротком участке одного из генов, выяснили американские ученые. Исследование опубликовано в Science Advances. Существует более 300 видов электрических рыб. Ток используется ими в самых разных целях: для охоты, защиты от хищников, обмена сигналами. Способностью генерировать электричество обладают и морские, и пресноводные рыбы. Причем разряды вторых мощнее, так как пресная вода хуже проводит электричество, а значит, и энергии требуется больше. Например, угри, живущие в Амазонке, могу генерировать разряд напряжением более 500 вольт. Чтобы создать электрические органы, эволюция воспользовалась особенностью генетики водных обитателей. У всех рыб есть дублированные версии одного и того же гена, который производит натриевые каналы – специальные белки, заставляющие мышцы сокращаться. У электрических рыб один дубликат такого гена отключается в мышцах и включается в других клетках. Таким образом, крошечные "двигатели" перепрофилируются для производства электрических сигналов, в результате чего возникает новый орган. В ходе нового исследования ученые из Университета Техаса в Остине и Мичиганского государственного университета нашли короткий участок этого гена длиной около 20 букв, который контролирует, в какой клетке экспрессируется ген. Как выяснилось, у электрических рыб эта контрольная область либо изменена, либо полностью отсутствует.

Электрические рыбы живут в Африке и Южной Америке. Ученые обнаружили, что у африканской группы в контрольной области произошли мутации, в то время как у южноамериканской она была полностью утрачена. В результате электрические органы появились у рыб с разных континентов за счет потери экспрессии гена натриевого канала в мышцах — хотя и двумя разными путями.

По словам исследователей, значение их открытия выходит далеко за рамки эволюции электрических рыб. Ведь описанная контрольная область есть у большинства позвоночных, включая человека. Теперь предстоит выяснить, насколько велика вариация этого участка гена у здоровых людей и могут ли какие-то мутации в нем привести к заболеваниям.

Биологи выяснили, что когда электрические угри сталкиваются с особенно крупной добычей, они располагают свое тело так, чтобы подвергнуть ее в два раза более сильному удару током, чем обычно.

Электрический угорьОб этом говорится в статье американского биолога Кеннета Катаниа из Университета Вандербильта, опубликованной в журнале Current Biology.

Долгое время считалось, что электрические угри – это достаточно примитивные животные, чья охотничья тактика сводится к парализации добычи. Однако Катаниа, посвятив этим животным несколько лет исследований, установил, что их поведение гораздо сложнее. Так, в предыдущей работе он показал, что угри не парализуют своих жертв, а посредством электрических сигналов подключаются к их нервной системе, чтобы заставить добычу плыть себе в рот.

На этот раз Кеннет установил, что когда электрические угри сталкиваются с особенно крупными рыбами, они применяют особый прием, позволяющий увеличить мощность электрического удара. Угри придерживают добычу ртом и обкручивают вокруг нее свое тело так, чтобы их хвост оказался напротив собственной головы.

Благодаря такой позе отрицательный полюс генерируемого угрями электрического поля (он находится в районе хвоста), сближается с положительным полюсом, расположенным у головы. До этого считалось, что максимальное напряжение, которое могут создать угри, составляет около 600 Вольт, однако измерения показали, что за счет закручивания тела они генерируют в два раза более мощные разряды.

В другой статье, опубликованной в конце октября, Катаниа установил, что электрические сигналы также помогают угрям определять координаты быстро движущейся добычи.

Подробнее: infox.ru

Биологи выяснили, что два очень необычных штамма микробов научились запасать энергию крайне непривычным способом для живых организмов – они выращивают в себе микроскопические кристаллы магнетита и "накачивают" их электронами, таким образом превращая их в биобатарейки, которыми пользуются другие бактерии, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

"У подобных микробов может быть масса применений в геохимической промышленности. К примеру, сегодня химики пытаются приспособить магнетит для очистки воды от токсичных металлов путем их восстановления и поглощения. Наши бактерии смогут поглощать подобные кристаллы магнетита, восстанавливать их и тем самым улучшать их способность по очистке воды", — пояснил Андреас Капплер (Andreas Kappler) из Тюбингенского университета (Германия).

Капплер и его коллеги открыли новый вид "электрических" бактерий и нашли своеобразные биоаккумуляторы внутри них, изучая образцы микробов, живущих в почве и грунтовой воде. Наблюдая за их жизнью в светлое и темное время суток, им удалось раскрыть пример крайне необычного и своеобразного сотрудничества между двумя видами микробов, Rhodopseudomonas palustris и Geobacter sulfurreducens.

Второй вид бактерий хорошо известен биологам из-за их необычных свойств: они питаются окислами железа и углеводородами, а также способны притягиваться к металлическим поверхностям и частицам. Некоторые ученые предлагают использовать особо прожорливые штаммы Geobacter sulfurreducens в "живой батарейке" — бактерии будут окислять активное вещество в топливных ячейках и передавать освободившиеся электроны в электрическую цепь.

Как обнаружили Капплер и его коллеги, когда в среде с ними появляются менее известные бактерии Rhodopseudomonas palustris, возникает интересный круговорот веществ. В темное время суток Geobacter sulfurreducens поедают растворенные в воде ионы железа и восстанавливают их, понижая степень окисления с +3 до +2, выбрасывая полученные "отходы" в виде частиц магнетита.

В свою очередь, днем Rhodopseudomonas palustris поглощают восстановленное железо и повторно окисляют его, используя подобные кристаллы в качестве своеобразных "батареек". Подобный симбиоз и круговорот соединений железа позволяет микробам практически бесконечно пользоваться ими, расходуя только органику, воду, углекислоту и другие распространенные в природе вещества в процессе жизнедеятельности.

Подобные сообщества микробов, помимо очистки вод от тяжелых металлов и прочих загрязнителей, в принципе можно использовать и для более сложных задач – снабжения электроэнергией различных наноприборов и прочих устройств. Однако для этого потребуются еще месяцы, если не годы исследований, заключают ученые.

Источник: РИА Новости

В водах Амазонии живут два вида электрических рыб, которых часто путают между собой, до того они похожи. Рыб зовут Brachyhypopomus walteri и Brachyhypopomus bennetti; это родственники, использующие электрические сигналы для общения и ориентации на местности. Внешне они, повторим, очень похожи, эволюционно принадлежат к одному роду, но при этом между ними есть одно важное различие: Brachyhypopomus walteri использует переменный ток, а Brachyhypopomus bennetti — постоянный.

B. walteri с переменным током и длинным хвостом (вверху) и B. bennetti с постоянным током и коротким хвостом (внизу) (фото John P. Sullivan / Cornell University Museum of Vertebrates). Разнятся и электрические органы рыб: как пишут в ZooKeys зоологи из Корнеллского университета (США), у Brachyhypopomus bennetti электрический орган заметно больше, чем у Brachyhypopomus walteri. Кроме того, у «постоянного» Brachyhypopomus bennetti хвост короткий и толстый, а у «переменного» Brachyhypopomus walteri — длинный и тонкий.

Большинство электрических рыб используют переменный ток: считается, он помогает ещё и маскироваться от хищников. Меняющиеся импульсы делают электрических рыб невидимыми для тех, кто мог бы найти их по постоянному полю. Постоянный ток встречается у рыб гораздо реже: помимо Brachyhypopomus bennetti, им пользуется электрический угорь. Но все прочие Brachyhypopomus, кроме Brachyhypopomus bennetti, работают с переменным током. 

В 1999 году была выдвинута гипотеза о том, что в данном случае имеет место так называемая бейтсовская мимикрия, когда безобидный вид копирует некоторые черты опасного, как, например, мухи-журчалки имитируют внешность ос. Мощность разряда электрического угря достаточно велика, чтобы оглушить и жертву, и потенциального врага (при этом угорь способен «прощупывать» окрестности с помощью слабых разрядов), так что мимикрия под угря была бы вполне целесообразной.

Однако Джон Салливан и его коллеги полагают, что тут может быть другая причина. Там, где живут «постоянноточные» B. bennetti, от хищников спрятаться довольно сложно, и почти все рыбы, которых удалось поймать зоологам, имели на своих хвостах, так сказать, следы контакта с врагом. Хотя повреждённый хвост постепенно регенерирует, такие повреждения могли бы сильно осложнить жизнь B. bennetti, пользуйся они переменным током и будь у них длинный хвост.

У рыб с переменным током за вторую фазу отвечает хвост, и если его повредить, то электролокация и общение друг с другом станут невозможны. 

Получается, что B. bennetti попросту выбрали более надёжный генератор, который производит постоянный ток, но который зато нельзя повредить, схватив рыбу за хвост.

Впрочем, авторы работы не исключают, что тут могут работать оба объяснения: и то, что генератор переменного тока проще защитить от хищника, и то, что B. bennetti таким образом мимикрирует под опасного электрического угря.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА