帶電的魚類是如何進(jìn)化出電器官的？ _魚類

帶電的魚類是如何進(jìn)化出電器官的？
（）據(jù)cnBeta：帶電的魚類，如電鰻，由于它們的電器官，可以按物種、性別，甚至按個(gè)體來區(qū)分其他電魚，這也使它們能夠發(fā)送和接收類似于鳥鳴的信息。最近發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上的研究描述了輕微的基因改變?nèi)绾问箮щ姷聂~類進(jìn)化出電器官的。這一發(fā)現(xiàn)也可以幫助研究人員確定導(dǎo)致各種人類疾病的基因突變。
為了讓魚獲得電器官，進(jìn)化必須利用一種基因異常。每條魚都有同一基因的兩個(gè)副本，該基因創(chuàng)造了鈉離子通道，其功能是微型肌肉馬達(dá) 。帶電的魚類關(guān)閉了肌肉中鈉通道基因的一個(gè)副本，并在其他細(xì)胞中打開它，從而進(jìn)化出電器官。通常導(dǎo)致肌肉收縮的小電機(jī)被轉(zhuǎn)化為電信號(hào)發(fā)生器，一個(gè)全新的器官被創(chuàng)造出來了。
得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校神經(jīng)科學(xué)和綜合生物學(xué)教授、該研究的通訊作者Harold Zakon說：“這很令人興奮，因?yàn)槲覀兛梢钥吹交虻囊粋€(gè)小變化可以完全改變它的表達(dá)位置。”
密歇根州立大學(xué)和得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究人員在新論文中報(bào)告了他們的發(fā)現(xiàn)，他們發(fā)現(xiàn)了這個(gè)鈉通道基因的一個(gè)大約20個(gè)字母長(zhǎng)的短節(jié)，可以調(diào)節(jié)該基因在特定細(xì)胞的表達(dá) 。他們驗(yàn)證了這一控制區(qū)域在電魚中要么被改變，要么完全沒有。正因?yàn)槿绱耍瑑蓚€(gè)鈉通道基因中的一個(gè)在電魚的肌肉中被禁用。然而，其影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電魚的發(fā)展。
Zakon說：“這個(gè)控制區(qū)域存在于大多數(shù)脊椎動(dòng)物中，包括人類。因此，就人類健康而言，下一步將是在人類基因數(shù)據(jù)庫(kù)中檢查這個(gè)區(qū)域，看看正常人有多少變異，以及這個(gè)區(qū)域的一些缺失或突變是否會(huì)導(dǎo)致鈉通道的表達(dá)降低，從而可能導(dǎo)致疾病。”
該研究的第一作者是Sarah LaPotin，在研究時(shí)是Zakon實(shí)驗(yàn)室的研究技術(shù)人員，目前是猶他大學(xué)的博士生。除Zakon外，該研究的其他資深作者是得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的分子生物科學(xué)教授Johann Eberhart和密歇根州立大學(xué)綜合生物學(xué)副教授Jason Gallant 。
Zakon說，在電器官進(jìn)化之前，必須關(guān)閉肌肉中的鈉通道基因。Zakon說：“如果它們?cè)诩∪夂碗娖鞴僦卸即蜷_了這個(gè)基因，那么所有發(fā)生在電器官中的鈉通道的新東西也會(huì)在肌肉中發(fā)生。因此，重要的是將該基因的表達(dá)隔離到電器官中，在那里它可以在不傷害肌肉的情況下進(jìn)行進(jìn)化。”
世界上有兩組電魚，一組在非洲，另一組在南美。研究人員發(fā)現(xiàn)，非洲的電魚在控制區(qū)發(fā)生了突變，而南美的電魚則完全失去了控制區(qū) 。兩個(gè)研究小組都得出了發(fā)展電器官的相同解決方案--失去了肌肉中鈉通道基因的表達(dá)--盡管是通過兩種不同的途徑。
“如果你把生命的磁帶倒回去播放，它是以同樣的方式回放，還是會(huì)找到新的方式前進(jìn)？進(jìn)化會(huì)以同樣的方式反復(fù)進(jìn)行嗎？”Gallant說，他培育了來自南美的電魚，這些電魚被用于研究的一部分。“電魚讓我們嘗試回答這個(gè)問題，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)反復(fù)進(jìn)化出這些令人難以置信的特征。我們?cè)谶@篇論文中搖擺不定，試圖了解這些鈉通道基因是如何在電魚中反復(fù)丟失的。這確實(shí)是一項(xiàng)合作努力。”
研究人員希望回答的下一個(gè)問題之一是控制區(qū)是如何進(jìn)化到開啟電器官中的鈉通道的。