动物电通信等精密功能从何而来? 神经科学揭秘鲨鱼放电原理

英国《自然》杂志近日发表的一篇神经科学论文称,美国科学家团队揭秘了负责鲨鱼和鳐鱼电信号检测细胞的独特生理特性。这些研究结果表明了感官系统是如何通过独特的分子和生物物理修饰,从而适应动物的生活方式或生态位的。

长久以来人们都知道,有一些特定的鱼类——譬如鲨鱼、鳐鱼和魟鱼,拥有专门的电感应器官,能发电还能感受到电场。它们属于古代软骨脊椎动物,其电感应器官能够检测微弱的电场,并将这些信息传递给中枢神经系统。鲨鱼和鳐鱼使用类似的低阈值电压门控钙离子通道,加上不同的专门调节的钾离子通道来调控这种活动,借此来检测电信号。区别是鲨鱼使用这种能力来捕食,而鳐鱼则用它来相互沟通。

但是,人们并不清楚这种电信号是如何进行细胞检测的,换句话说,这些生物电细胞的精细工作机理依然是个谜。

鉴于此,美国加州大学旧金山分校研究人员戴维·朱里尤斯及其同事选择网纹猫鲨与猬白鳐为实验对象,尝试阐明这一功能的分子基础。研究团队的分析表明,网纹猫鲨的电感应细胞表达特化的电压门控钾离子通道,这些通道会发出大规模重复性的膜电涌,以响应小而短暂的电刺激;而与之相比,猬白鳐则使用钙激活钾离子通道产生小而可调的膜电压振荡,引起刺激依赖性囊泡释放。

这一研究促进人们理解了分子如何参与生物电感应这个旷日已久的问题,或有助于填补遗传学和生理学之间的空白。研究人员认为,这些独立的分子适应,或可促进鲨鱼利用类似开关的阈值电感应探测器进行捕食,而使鳐鱼具备了电通信这种精密的功能。

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