A denevérek “radarja”, a gekkók szupertapadós tappancsai, vagy az angolnák sokkolója csak néhány kiemelkedő példa azon evolúciós innovációk közül, amelyeket az emberi kreativitás is csak a közelmúltban volt képes úgy-ahogy lemásolni.
Az aktuális poszt szempontjából az angolnák különleges elektromos szerve lesz érdekes, mert ez mind sejtbiológiai szempontból, mind a működését tekintve méltán tarthat igényt a figyelemre és csodálatra.
A testfal két oldalán elhelyezkedő elektromos szerv kb. olyan pozícióban helyezkedik el, ahol más halakban izomkötegeket találunk. Ami nem véletlen, hiszen az elektromos szervet felépítő ún. elektrociták valójában módosult izomsejtek. Olyan sejtek, amelyek továbbra is az idegrendszer kontrollja alatt állnak, de amikor az őket beidegző idegsejtekről átterjed rájuk az ingerület, az nem izomösszehúzódást vált ki (azt nem is tudna, mert nincsenek meg bennük azok a molekulák, amelyek ehhez kellenek), hanem körülbelül 150 mV feszültség létrejöttét.
Ez a feszültség úgy jön létre, hogy nyugalmi helyzetben mind a sejt beidegzett hátsó, mind az azzal ellentétes, redőzött, elülső oldalán egy – 90 mV-nyi nyugalmi potenciál detektálható a sejt belseje és külseje között, de ha megérkezik az ingerület, akkor a hátsó (és csak a hátsó) membránban feszültségfüggő ion-csatornák nyílnak meg, amelyen keresztül pozitív töltésű nátrium-ionok áramlanak a sejtbe és így ott egy +60 mV-os akciós potenciál alakul ki. Mivel a sejt elején mindez nem következik be, az elektrocitában egy 0.15 V-os feszültség jön létre.
Ez önmagában nem sok, de a testfal hosszában az egymás mögött elhelyezkedő sok ezer elektrocita együttes tüzelése, hasonlóan egy klasszikus Volta-oszlophoz, összességében egy jóval nagyobb feszültséget, akár 600V-ot is eredményezhet. Ez pedig, már bőven elegendő az eredményes vadászathoz.
Hosszú ideig az volt a kialakult nézet, hogy a nagy feszültség közvetlenül az izmokat bénítja le, de pár hete a Science-ben jelent meg egy cikk, ami finom szólva is aláásta ezt a állítást. A cikket jegyző Ken Catania (és egy gyors zárójel elejéig: ma már olyan ritka az ilyen tényleg egyetlen szerzős cikk egy ilyen újságban, mint a fehér holló) nagysebességű kamerákkal felfegyverkezve próbálta felmérni, miképp is vadásznak az elektromos angolnák. Kísérleteihez egy ideig élő halakat használt, majd olyan hal-preparátumokat, amelyekben az agyat elroncsolta, és a kifeszített testből (lásd alábbi ábrán vázlatosan), pontosan annak összehúzódásából (fish tension), mérte le, milyen erővel hat az áldozaton az angolna sokkja (EOD = electronic organ discharge, vagyis az elektromos szerv kisülése).
Azt eldöntendő, hogy közvetlenül az izmokra hat-e az impulzus, egyes preparátumokat kuraréval, a nyílméregbékák jellegzetes méreganyagával injektált, amely meggátolja az idegi impulzusok átterjedését az izomsejtekre (vagy, esetünkben, az azokból származó elektrocitákra). A meglepő eredmény az volt, hogy a méreg hatására megszűnt az összehúzódás. Vagyis, az elektromos impulzus nem közvetlenül az izomokon hat, hanem az azokat beidegző motoros idegeken.
Más szavakkal, az angolna, mint egy marionett-bábos, az áldozat “huzalozásával” játszik, az összehúzódást kiváltó neuronokat stimulálja, és ezen keresztül váltja ki áldozata görcsbe rándulását (ami egy olyan megtorpanást vált ki a menekülő áldozatból, ami elegendő ahhoz, hogy az angolna közben becserkéssze őt).
Catania másik nagyon érdekes megfigyelése az volt, hogy amikor az angolna áldozat után kutat, nem az aktív vadászáskor megfigyelhető sokk-sorozatot bocsátja ki, hanem dupla impulzusokat (doublet) produkál. Ennek a szerepe sokáig kérdéses volt, de aztán a nagysebességű kamerák meghozták a választ: ezek a dupletek ugyanis arra jók, hogy a rejtőzködő, mozdulatlan halakban egy-egy spontán összerándulást produkáljon, amelyek révén a leendő préda lényegében elárulja jelenlétét és búvóhelyét is. (Az alábbi képen a középső sorban az látható, hogy mikor bocsát ki az angolna impulzusokat, legalul pedig a közben készült felvétel megfelelő pillanatainak kimerevített kockái láthatók, ahol piros háttérszín arra utal, hogy az angolna közben épp impulzust bocsájt ki.)
Catania munkájától függetlenül, pár hónappal ezelőtt egy olyan cikk is kijött, ahol különböző elektromos halak elektromos szervében kifejeződő géneket vetettek össze, ami azt az érdekes képet mutatta, hogy ebben az esetben is jól működött a konvergens evolúció, és összességében nagyon hasonló módon érte el sok különböző faj, hogy “elektromos” elektrocitái legyenek: az izomsejteiket megnövelték egy növekedésifaktor-útvonal (IGF) bekapcsolásával, kikapcsolták az izmok összehúzódásáért felelős aktin és miozin gének átíródását, megnövelték az ion-csatornákat kódoló gének expresszióját, és a szerv “szigetelését” extra kollagén segítségével oldották meg.
Hill, R. W., Wyse, G. A. and Anderson, M. (2008) Animal physiology. Sunderland, MA: Sinauer Associates.
Gallant JR, Traeger LL, Volkening JD, Moffett H, Chen PH, et al. (2014) Genomic basis for the convergent evolution of electric organs. Science 344:1522-5.
Catania K (2014) The shocking predatory strike of the electric eel. Science 346:1231-4.