電気魚のゲノムは進化がどのように繰り返されるかを明らかにする

濁りに沿って アマゾン川の底では、デンキウナギと呼ばれる曲がりくねった魚が、不注意なカエルやその他の小さな獲物を求めて暗がりを探し回っています。 泳ぐと、魚は 600 ボルトの電気パルスを 2 回放出して、気絶させたり殺したりします。 この高電圧の狩猟戦術は独特ですが、他のいくつかの魚種も電気を使用します。それらは、泥だらけで動きの遅い海を航行するとき、およびモールス信号に似た穏やかな衝撃を介して同種の他の種と通信するときに、より弱い電圧を生成して感知します.

通常、いくつかの種が電気を生成するという珍しい能力を共有しているのは、それらが密接に関連しているからです。 しかし、南アメリカとアフリカの川に生息する電気魚は、6 つの異なる分類グループにまたがり、それら以外にも 3 つの海洋系統の電気魚が存在します。 チャールズ・ダーウィンでさえ、彼らの電気的能力の新規性と、それらの奇妙な分類学的および地理的分布の両方について熟考しました。 上で 種の起源、 書き込み、「これらの驚異的な臓器がどのような段階で作られたかを想像することは不可能です」 – 一度だけでなく、繰り返し.

あ 最近の論文 に発表されました 科学の進歩 この進化の謎を解明するのに役立ちます。 「ほとんどの生物学者がそうであるように、私たちはダーウィンを追跡しているだけです」と彼は言いました。 ハロルド・ザコン、テキサス大学オースティン校の統合生物学者であり、研究の共同主任著者です。 テキサスの彼のチームとミシガン州立大学の同僚は、ゲノムの手がかりをつなぎ合わせることで、およそ 1 億 2000 万年の進化と 1,600 マイルの海によって分離された電気魚の系統で、非常によく似た多くの電気器官がどのように発生したかを明らかにしました。 結局のところ、電気オルガンを進化させる方法は複数ありますが、自然には頼りになるいくつかのお気に入りのトリックがあります。

ザコンのグループが研究している南アメリカとアフリカの魚は、体の大部分に沿って伸びる特殊な電気器官からザップを取得します。 臓器内の電気細胞と呼ばれる改変された筋細胞は、ナトリウムイオン勾配を作り出します。 電気細胞の膜にあるナトリウムゲートタンパク質が開くと、バースト電流が発生します。 「これは、想像できる最も単純な信号に関するものです」と Zakon 氏は述べています。

筋肉では、これらの電気信号は細胞を通り抜けて細胞間を流れ、運動のために収縮するのを助けますが、電気器官では電圧は外側に向けられます. 各ショックの強さは、一度に発火する電気細胞の数によって異なります。 ほとんどの電気魚は一度に数発しか発火しませんが、電気ウナギは非常に多くの電気細胞を詰め込んでいるため、小さな獲物を殺すのに十分な強力な電圧を解き放つことができます.

新作ではザコン、彼の元研究技術者サラ・ラポタン（現 博士候補 ユタ大学で) と彼の他の同僚は、魚のゲノムの歴史をたどることによって、これらの電気器官の進化の重要な側面を再構築しました。

それは 3 億 2000 万から 4 億年前に始まり、硬骨魚に分類されるすべての魚の祖先が、そのゲノム全体を複製するまれな遺伝子事故を生き延びたときに始まりました。 全ゲノム重複はしばしば脊椎動物にとって致命的です。 しかし、それらはゲノム内のすべての重複コピーを作成するため、重複によって、これまで利用されていなかった遺伝的可能性が開かれる可能性もあります。 「突然、あなたはたった1つの新しい遺伝子ではなく、まったく新しい経路を作る能力を持っています. ギャビン・コナントノースカロライナ州立大学のシステム生物学者で、この研究には関与していません。