En biología , el órgano eléctrico es un órgano común a todos los peces eléctricos que se utilizan para crear un campo eléctrico . El órgano eléctrico se deriva de tejido nervioso o muscular modificado. [1] La descarga eléctrica de este órgano se utiliza para la navegación , la comunicación, el apareamiento, la defensa y, a veces, también para la incapacitación de presas . [2] [3]
Historia de la investigación
En la década de 1770, los órganos eléctricos del torpedo y la anguila eléctrica fueron objeto de artículos de la Royal Society de Hunter, Walsh y Williamson. Parecen haber influido en el pensamiento de Luigi Galvani y Alessandro Volta , los fundadores de la electrofisiología y la electroquímica. [4]
En el siglo XIX, Charles Darwin discutió el órgano eléctrico en su Origen de las especies como un ejemplo probable de evolución convergente : "Pero si los órganos eléctricos hubieran sido heredados de un antiguo progenitor así proporcionado, podríamos haber esperado que todos los peces eléctricos hubieran sido han estado especialmente relacionados entre sí ... Me inclino a creer que casi de la misma manera que dos hombres a veces han dado con la misma invención de forma independiente, así la selección natural , trabajando por el bien de cada ser y aprovechándose de variaciones análogas, ha a veces modificó casi de la misma manera dos partes en dos seres orgánicos ". [5]
Desde el siglo XX, los órganos eléctricos han recibido un estudio extenso, por ejemplo , el artículo pionero de Hans Lissmann de 1951 [6] y su revisión de su función y evolución en 1958. [7] Más recientemente, los electrocitos de Torpedo californica se utilizaron en la primera secuenciación del receptor de acetilcolina por Noda y sus colegas en 1982, mientras que los electrocitos Electrophorus sirvieron en la primera secuenciación del canal de sodio dependiente de voltaje por Noda y sus colegas en 1984. [8]
Evolución
Los órganos eléctricos han evolucionado al menos seis veces en varios peces teleósteos y elasmobranquios . [9] [10] [11] [12] En particular, han evolucionado de manera convergente en los grupos de peces eléctricos Mormyridae africanos y Gymnotidae sudamericanos . Los dos grupos están relacionados lejanamente, ya que compartían un ancestro común antes de que el supercontinente Gondwana se dividiera en los continentes americano y africano, lo que provocó la divergencia de los dos grupos. Un evento de duplicación del genoma completo en el linaje de teleósteos permitió la neofuncionalización del gen Scn4aa del canal de sodio dependiente de voltaje, que produce descargas eléctricas. [13] [14]
Aunque investigaciones anteriores apuntaban a la convergencia del desarrollo genético exacto de los mismos genes y vías de desarrollo y celulares para producir un órgano eléctrico en los diferentes linajes, la investigación genómica más reciente ha demostrado tener más matices. [15] La transcriptómica comparativa de los linajes Mormyroidea, Siluriformes y Gymnotiformes realizada por Liu (2019) concluyó que, aunque no existe una evolución paralela de todos los transcriptomas de órganos eléctricos entre diferentes linajes, hay un número significativo de genes que exhiben genes paralelos. cambios de expresión a nivel de vías y funciones biológicas. Aunque los órganos eléctricos de estos diversos linajes pueden haber resultado de diferentes alteraciones genéticas, los genes que cambiaron de expresión durante la evolución del músculo esquelético a órganos de descarga probablemente eran genes con funciones similares dentro de sus respectivos organismos. Estos resultados solidifican la hipótesis de que no son genes diferentes sino funciones biológicas conservadas las que juegan un papel crucial en la convergencia de este fenotipo complejo en particular. [16] A pesar de que diferentes genes están involucrados en el proceso de desarrollo del órgano eléctrico, el resultado final se obtuvo a través de vías y funciones biológicas similares a gran escala.
Los electrocitos se derivan del músculo esquelético en todos los clados excepto Apteronotus (América Latina), donde las células se derivan del tejido neural. [8]
La función original del órgano eléctrico no se ha establecido por completo, aunque ha habido investigaciones prometedoras sobre el género Synodontis del bagre africano de agua dulce. [17] Esta investigación ilustra que los OE miogénicos simples de Synodontis se derivaron de músculos que anteriormente realizaban una función de generación de sonido.
Electrocitos
Los electrocitos , electroplacas o electroplaxes son células que utilizan las anguilas eléctricas , las rayas y otros peces para la electrogénesis . [8] En algunas especies tienen forma de cigarro; en otros, son células planas en forma de disco. [8] anguilas eléctricas tienen varios miles de estas células apiladas, cada uno produciendo 0,15 V. Las células funcionan por bombeo positivas de sodio y de potasio iones fuera de la célula a través de proteínas de transporte accionados por el trifosfato de adenosina (ATP). Postsinápticamente , los electrocitos funcionan de manera muy similar a las células musculares . Tienen receptores nicotínicos de acetilcolina . A pesar del origen compartido de las células del músculo esquelético y los electrocitos en los órganos eléctricos miogénicos, los órganos eléctricos y el músculo esquelético siguen siendo distintos tanto en morfología como en fisiología. Algunas formas clave en las que estas células difieren incluyen el tamaño (los electrocitos son mucho más grandes) y la falta de maquinaria contraíble por parte de los electrocitos.
La pila de electrocitos se ha comparado durante mucho tiempo con una pila voltaica , e incluso puede haber inspirado la invención de la batería , ya que Alessandro Volta ya señaló la analogía . [4] Si bien el órgano eléctrico es estructuralmente similar a una batería, su ciclo de funcionamiento es más parecido al de un generador de Marx , ya que los elementos individuales se cargan lentamente en paralelo y luego se descargan repentina y casi simultáneamente en serie para producir un pulso de alto voltaje. .
Disparo
Para descargar los electrocitos en el momento correcto, la anguila eléctrica utiliza su núcleo marcapasos , un núcleo de neuronas marcapasos . Cuando una anguila eléctrica detecta a su presa, las neuronas del marcapasos se activan y posteriormente se libera acetilcolina de las neuronas electromotoras a los electrocitos. Los electrocitos disparan un potencial de acción utilizando los canales de sodio activados por voltaje en uno o ambos lados del electrocito, dependiendo de la complejidad del órgano eléctrico en esa especie. Si el electrocito tiene canales de sodio en ambos lados, la despolarización causada por la activación de potenciales de acción en un lado del electrocito puede hacer que los canales de sodio en el otro lado del electrocito también se disparen. [18]
Localización
En la mayoría de los peces, los órganos eléctricos están orientados para disparar a lo largo del cuerpo, generalmente a lo largo de la cola y dentro de la musculatura del pez, con órganos eléctricos accesorios más pequeños en la cabeza. Sin embargo hay algunas excepciones; en los observadores de estrellas y en los rayos, los órganos eléctricos están orientados a lo largo del eje dorsoventral (arriba-abajo). En el rayo de torpedo eléctrico , el órgano está cerca de los músculos pectorales y las branquias (vea la imagen). Los órganos eléctricos del astrónomo se encuentran entre la boca y el ojo. En el bagre eléctrico, los órganos se encuentran justo debajo de la piel y recubren la mayor parte del cuerpo como una vaina.
Descarga de órganos eléctricos
La descarga de órganos eléctricos es el campo eléctrico generado por los órganos de los animales, incluidos los peces eléctricos. En algunos casos, la descarga eléctrica es fuerte y se utiliza para protegerse de los depredadores; en otros casos es débil y se usa para navegación y comunicación. [19] Las descargas eléctricas de órganos de los peces débilmente eléctricas pueden clasificarse en términos generales como descargas de tipo de onda o de tipo de pulso. Las descargas de tipo ola son periódicas cuasi-sinusoidales, mientras que las descargas de tipo pulso son muy variables en su duración con intervalos de pausa más largos. [20] La comunicación a través de descargas eléctricas de órganos ocurre cuando un pez usa sus propios electrorreceptores para detectar las señales eléctricas de un pez cercano. [21] Los peces eléctricos navegan detectando distorsiones en su campo eléctrico utilizando sus electrorreceptores cutáneos. [22] [23] [24] Las descargas eléctricas de órganos influyen en la elección de pareja en peces débilmente eléctricos, ya que se ha demostrado que las hembras se sienten atraídas por las características de descarga eléctrica de los machos conespecíficos. [3]
Ver también
- Biología en la ficción # Fisiología
Referencias
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