Como um peixe elétrico consegue sua carga?

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Peixes elétricos são criaturas estranhas. Esses Pikachus da vida real,o personagem Pokémon fofo que pode armazenar eletricidade, na verdade têm órgãos especializados que podem criar grandes campos elétricos.

Diferentes espécies produzem diferentes quantidades de eletricidade: peixes fortemente elétricos, como a infame enguia elétrica, usam suas descargas poderosas para atordoar presas ou se defender de predadores, enquanto peixes fracamente elétricos, como o peixe-faca fantasma da família Apteronotidae, usam descargas mais suaves para sentir seu ambiente ou se comunicar em águas turvas ou escuras.

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Na maioria dos casos, os órgãos fantásticos que ajudam esses peixes a sobreviver evoluíram dos músculos. A maioria dos peixes elétricos cria seus sinais cooptando processos normais envolvidos no movimento muscular, como as descargas elétricas dos canais de sódio.

Os canais de sódio são poros minúsculos e rigidamente controlados que controlam como os íons de sódio carregados positivamente entram nas células, criando uma corrente. À medida que evoluíam, os peixes elétricos perdiam um canal de sódio em seus músculos, movendo-o para seu órgão elétrico, permitindo que descarregassem eletricidade e enviassem sinais sem causar contração muscular.

Essa mudança crucial é um dos muitos resquícios de um soluço genético no início da história evolutiva dos peixes que duplicou todos os genes. Isso quer dizer que, em algum ponto, os peixes antigos fizeram uma segunda cópia de cada gene de seu genoma. Isso deu aos peixes DNA extra para brincar e alterar, como ter um carro sobressalente na garagem para mexer.

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Mas a genética sozinha não explica a diversidade das linguagens de sinalização elétrica em peixes elétricos. Alguns peixes enviam breves pulsos de eletricidade, com longas pausas entre eles, semelhantes ao sonar em navios da marinha. Outros descarregam tensões enormes e letais quando ameaçados. Os peixes-faca-fantasma (Apteronotidae) são particularmente curiosos, gerando uma descarga elétrica contínua e incrivelmente rápida.

Mas seu sistema sobrecarregado não é a única coisa incomum sobre esses peixes, seu órgão elétrico evoluiu de sua medula espinhal em vez de seus músculos e pode gerar sinais espontaneamente, sem qualquer entrada do cérebro.

… enormes tensões letais …

Intrigado com essa estranheza entre as esquisitices, um grupo de pesquisadores americanos combinou sequenciamento de genes, análise evolutiva e experimentos biofísicos para encontrar os genes responsáveis. Querendo saber como o knifefish pode ter modificado seus canais de sódio, os pesquisadores descobriram que, além do evento de duplicação do genoma comum a todos os peixes elétricos, os Apteronotidae também duplicaram um segundo gene do canal de sódio (scn4ab).

Os pesquisadores estimaram que o gene recém-duplicado começou a se expressar na medula espinhal em dois milhões de anos, um ritmo alucinante em termos evolutivos. Um gene extra vindo dessa segunda duplicação, scn4ab1, agora faz de 20 a 45 por cento de todos os canais de sódio no órgão elétrico do peixe-faca. Este é o primeiro exemplo de um gene do canal de sódio muscular que aparece em um tecido não muscular.

Mas não foi a única coisa que tornou os Apteronotidae únicos. A ordem dos “blocos de construção” dos aminoácidos que constituem a proteína do canal de sódio também mudou. Essas modificações de aminoácidos podem ter efeitos dramáticos na função de uma proteína. Por exemplo, pequenas mudanças nas sequências de aminoácidos são responsáveis ​​pela fibrose cística e anemia falciforme em humanos.

Na verdade, os apteronotídeos tinham muito mais mutações do que o esperado por acaso. Uma descoberta como essa é realmente excitante para os biólogos evolucionistas.

A seleção natural geralmente elimina mutações prejudiciais do pool genético, permitindo que apenas mutações inofensivas ou benéficas se reproduzam na próxima geração.

Como descobrir sua funcionalidade

Para descobrir se as mudanças na sequência de aminoácidos do canal de sódio mudaram o funcionamento da proteína, a equipe pegou um canal de sódio humano, modificou-o e expressou-o em células de sapo (que são fáceis de mexer no laboratório).

Usando esse modelo de canal, eles puderam executar uma série de testes eletrofisiológicos, que exploraram como as mudanças afetavam as correntes elétricas de uma célula. Eles descobriram que as substituições de Apteronotidae agiam essencialmente como um batente de porta, tornando o canal mais vazado que o normal, exatamente o que você precisa para criar a corrente elétrica contínua característica desse grupo de peixes.

Os eventos de duplicação do genoma são raros, mas extremamente poderosos, assistentes da evolução.

Os eventos de duplicação do genoma são raros, mas extremamente poderosos, assistentes da evolução. Ter cópias extras de genes-chave pode criar uma “rede de segurança” que permite que modificações estranhas, inúteis ou mesmo prejudiciais persistam.

Aparentemente, o Apteronotidae se beneficiou de duas dessas duplicações. O primeiro, compartilhado com todos os peixes elétricos, deu origem às suas habilidades elétricas únicas. Mais tarde, uma segunda duplicação do genoma levou ao seu talento elétrico extremo. É apenas o exemplo mais recente do caminho sinuoso e imprevisível da evolução – e as maravilhas que podem se desenvolver ao longo do caminho.

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Traduzido e editado por equipe Isto é Interessante

Fonte: Massive science

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