Cómo las rayas y los tiburones usan la electricidad para detectar a sus presas
Raya teñida de azul alciánUCSF/JULIUS LABLos tiburones, las rayas y las rayas pueden detectar fluctuaciones diminutas en los campos eléctricos (señales tan sutiles como un pez pequeño que respira en las inmediaciones) y confiar en células electrosensoriales especializadas para navegar y cazar presas escondidas en la arena. Pero cómo estos peces elasmobranquios separan la señal del ruido ha desconcertado a los científicos durante mucho tiempo. En un entorno lleno de diminutos impulsos eléctricos, ¿cómo se dirige la raya a su presa?
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En un estudio publicado esta semana (marzo 6) en Nature, investigadores de la Universidad de California, San Francisco (UCSF), han analizado las células electrosensoriales de la pequeña raya (Leucoraja erinacea). Descubrieron que los canales de calcio activados por voltaje dentro de estas células parecen funcionar en conjunto con los canales de potasio activados por calcio, ambos sintonizados específicamente en el pequeño patín para captar señales eléctricas débiles.
“Hemos aclarado una base molecular…
Estos sistemas sensoriales no se tratan solo de moléculas, sino también de las propiedades anatómicas del sistema, añadió el coautor David Julius, presidente del departamento de fisiología de la UCSF. En todos los sistemas sensoriales, los órganos evolucionan brillantemente para hacer lo que hacen. El sistema eléctrico de estos patines no es una excepción.
Cada vez que un pez respira, el agua de mar entra en contacto con la membrana mucosa del animal y genera un pequeño campo eléctrico. Las rayas y otros peces elasmobranquios evolucionaron para captar estos destellos eléctricos y usarlos para encontrar presas ocultas, navegar en aguas traicioneras y evitar peces indeseables.
Cómo las rayas hacen uso de estos campos eléctricos y la anatomía de sus órganos sensoriales, han sido bastante bien estudiados. Se sabe desde hace casi 40 años que dos corrientes de iones, una corriente de calcio y una corriente de potasio activada por calcio, son responsables de la actividad eléctrica de los electrorreceptores de tiburones y rayas, Harold Zakon, profesor de la Universidad de Texas en Austin, que no estaba involucrados en el estudio, escribió en un correo electrónico. Pero lo que no se sabía era cómo los electrorreceptores podían detectar voltajes tan diminutos en el agua.
Bellono y sus colegas fueron los primeros en aislar células electrosensoriales de pequeños órganos ampulares de patines. Estos son experimentos difíciles, dijo Julius. Las células de estos órganos ampulares son muy pequeñas y difíciles de extraer. El aspecto técnico de esto fue bastante desafiante. Luego, los investigadores midieron las corrientes iónicas dentro de las células en respuesta a diferentes estímulos eléctricos. Descubrimos que había estas dos corrientes principales, una corriente de calcio y una corriente de potasio, acopladas entre sí, dijo Bellono, y señaló que estas corrientes amplifican pequeñas señales eléctricas. Luego, el equipo llevó a cabo experimentos de expresión génica para confirmar la presencia de canales especializados de calcio y potasio dentro de las células. Estábamos tratando de cerrar la brecha entre la genética y la fisiología, dijo Julius.
En un experimento final, los investigadores usaron drogas para bloquear estos canales en varios especímenes de rayas y compararon sus habilidades de caza con las de los animales silvestres. tipo patines. Luego, el equipo escondió aparatos eléctricos debajo de la arena en un tanque de patines y observó cómo los patines de tipo salvaje se dirigían a la señal mientras que los patines modificados no. En un mundo perfecto usarías la genética, como en ratones, y eliminarías los genes de interés y preguntarías si has perturbado este comportamiento, dijo Julius. En los patines no podemos hacer esto, así que usamos la siguiente mejor opción para bloquear la farmacología de los canales iónicos.
Este estudio fue técnicamente excelente y examinó el problema desde el comportamiento hasta los niveles biofísicos y moleculares, escribió Zakon. Fue un ejemplo brillante de cómo analizar un problema.
Christopher Braun de Hunter College en la ciudad de Nueva York estuvo de acuerdo. Es realmente interesante, porque muestra un mecanismo de sintonización que ajusta la sensibilidad de esas células electrorreceptoras a los estímulos que le importan al animal, dijo. Los mecanismos iónicos que describe el artículo dejan muy claro cómo las células pueden sintonizarse específicamente con aquellos estímulos que son ecológicamente relevantes.
Braun añadió que su propio trabajo se centra en cómo los animales clasifican los estímulos y diferencian entre sus propios estímulos. descargas eléctricas y la de otros animales. Esa diferencia a menudo se basa en la frecuencia, dijo Braun. Los mecanismos celulares descritos en este documento proporcionan una forma de muy bajo nivel para que el cerebro solo reciba información que es importante para él y no se distraiga con otra información.
Los próximos pasos, según Zakon, son muestree otros animales que pueden sentir la electricidad e investigue si estos canales relativamente simples median funciones similares en otras especies. Otras especies de peces, e incluso algunos mamíferos como el ornitorrinco, han desarrollado electrorreceptores de forma independiente, escribió. El próximo paso emocionante en este trabajo sería examinar los electrorreceptores en otras especies para ver si desarrollaron los mismos o diferentes mecanismos de sensibilidad.
NW Bellono et al., Bases moleculares de la electrorrecepción de vertebrados ancestrales, Nature, doi:10.1038/nature21401, 2017.
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