Elektrik organı (biyoloji) - Electric organ (biology)
In biyoloji , elektrik organı herkese bir organ yaygındır elektrikli balık bir yaratma amacıyla kullanılan elektrik alanı . Elektrik organı, değiştirilmiş sinir veya kas dokusundan elde edilir. Bu organdan gelen elektrik boşalması, navigasyon , iletişim, çiftleşme, savunma ve bazen de avın etkisiz hale getirilmesi için kullanılır .
Araştırma geçmişi
1770'lerde torpido ve elektrikli yılan balığının elektrik organları Hunter, Walsh ve Williamson tarafından Royal Society makalelerinin konusuydu . Elektrofizyoloji ve elektrokimyanın kurucuları olan Luigi Galvani ve Alessandro Volta'nın düşüncelerini etkilemiş görünüyorlar .
19. yüzyılda Charles Darwin , Türlerin Kökeni'nde yakınsak evrimin olası bir örneği olarak elektrik organını tartıştı : "Fakat elektrik organları, bu şekilde sağlanan eski bir atadan miras alınmış olsaydı, tüm elektrikli balıkların birbirleriyle özel olarak ilişkiliydiler… İki insanın bazen bağımsız olarak aynı buluşa sahip olmaları gibi, neredeyse aynı şekilde, böylece doğal seçilimin , her bir varlığın iyiliği için çalışan ve benzer varyasyonlardan yararlanan, olduğuna inanmaya meyilliyim. bazen iki organik varlıkta iki parçaya hemen hemen aynı şekilde değiştirilir".
20. yüzyılın bu yana, elektrik organları örneğin için, kapsamlı bir çalışma aldık Hans Lissmann Daha yakın 'ın öncü 1951 kağıt ve onların işlev ve 1958 yılında evrim inceleme, Torpedo californica Electrocytes ilk sıralama kullanılmıştır asetilkolin reseptör Noda tarafından ve meslektaşları tarafından 1982'de, Electrophorus elektrositleri ise 1984'te Noda ve meslektaşları tarafından voltaj kapılı sodyum kanalının ilk dizilişinde görev yaptı .
Evrim
Elektrik organları çeşitli teleost ve elasmobranch balıklarında en az altı kez evrimleşmiştir . Özellikle, Afrika Mormyridae ve Güney Amerika Gymnotidae elektrikli balık gruplarında yakınsak bir şekilde evrimleşmişlerdir . Süper kıta Gondwana'nın Amerika ve Afrika kıtalarına ayrılmasından önce ortak bir ata paylaştıklarından, iki grup uzaktan ilişkilidir ve bu da iki grubun ayrışmasına yol açar. Teleost soyundaki bir tam genom çoğaltma olayı , elektrik deşarjları üreten voltaj kapılı sodyum kanalı geni Scn4aa'nın işlevsizleştirilmesine izin verdi .
Önceki araştırmalar, aynı genlerin tam genetik gelişiminin ve farklı soylarda bir elektrik organı yapmak için gelişimsel ve hücresel yolların yakınsamasına işaret etmesine rağmen, daha yeni genomik araştırmaların daha nüanslı olduğu kanıtlanmıştır. Liu (2019) tarafından yürütülen Mormyroidea, Siluriformes ve Gymnotiformes soylarının karşılaştırmalı transkriptomikleri, farklı soylar arasında elektrik organlarının tüm transkriptomlarının paralel evrimi olmamasına rağmen, paralel gen ekspresyonu değişiklikleri sergileyen önemli sayıda gen olduğu sonucuna varmıştır. yolların ve biyolojik fonksiyonların seviyesi. Bu çeşitli soylardan elektrik organları farklı genetik değişikliklerden kaynaklanmış olsa da, iskelet kasından boşaltım organlarına evrim sırasında ifadesini değiştiren genler, muhtemelen kendi organizmalarında benzer işlevlere sahip genlerdi. Bu sonuçlar, bu özel karmaşık fenotipin yakınsamasında çok önemli bir rol oynayanın farklı genler değil, korunmuş biyolojik fonksiyonlar olduğu hipotezini sağlamlaştırıyor. Elektrik organının gelişim sürecinde farklı genlerin yer almasına rağmen, nihai sonuç, benzer bütün ölçekli yollar ve biyolojik işlevler yoluyla elde edildi.
Elektrositler , hücrelerin nöral dokudan türetildiği Apteronotus (Latin Amerika) hariç tüm dallardaki iskelet kasından elde edilir.
Afrika tatlı su yayın balığı cinsi Synodontis ile ilgili umut verici araştırmalar olmasına rağmen, elektrik organının orijinal işlevi tam olarak kurulmamıştır. Bu araştırma, Synodontis'in basit miyojenik elektrik organlarının daha önce bir ses üretme işlevi gerçekleştiren kaslardan türetildiğini göstermektedir.
Elektrositler
Elektrositler , elektroplaklar veya elektroplaklar , elektrikli yılan balıkları , ışınlar ve diğer balıklar tarafından elektrojenez için kullanılan hücrelerdir . Bazı türlerde puro şeklindedirler; diğerlerinde ise düz disk benzeri hücrelerdir. Elektrikli yılan balıkları, her biri 0,15 V üreten bu hücrelerden birkaç bin tanesine sahiptir. Hücreler, adenosin trifosfat (ATP) tarafından desteklenen taşıma proteinleri aracılığıyla pozitif sodyum ve potasyum iyonlarını hücreden dışarı pompalayarak işlev görür . Postsinaptik olarak , elektrositler kas hücreleri gibi çalışır . Onlar sahip nikotinik asetilkolin reseptörlerini . Miyojenik elektrik organlarındaki iskelet kası hücrelerinin ve elektrositlerin ortak kökenine rağmen, elektrik organları ve iskelet kası hem morfoloji hem de fizyolojide farklı kalır. Bu hücrelerin farklılık gösterdiği bazı temel yollar arasında büyüklük (elektrositler çok daha büyüktür) ve elektrositlerin herhangi bir büzülebilir mekanizmasının olmaması sayılabilir.
Elektrosit yığını uzun zamandır bir volta yığınına benzetilmiştir ve hatta analoji Alessandro Volta tarafından zaten belirtildiğinden pilin icadına ilham vermiş olabilir . Elektrik organı yapısal olarak bir pile benzer olsa da, çalışma döngüsü daha çok bir Marx jeneratörü gibidir , çünkü bireysel elemanlar yavaş yavaş paralel olarak yüklenir , daha sonra yüksek voltaj darbesi üretmek için aniden ve neredeyse aynı anda seri olarak deşarj edilir .
ateşleme
Elektrositleri doğru zamanda boşaltmak için elektrikli yılan balığı, kalp pili nöronlarının bir çekirdeği olan kalp pili çekirdeğini kullanır . Elektrikli yılan balığı avını gördüğünde, kalp pili nöronları ateşlenir ve ardından elektromotor nöronlardan elektrositlere asetilkolin salınır. Elektrositler, o türdeki elektrik organının karmaşıklığına bağlı olarak, elektrositin bir veya iki tarafındaki voltaj kapılı sodyum kanallarını kullanarak bir aksiyon potansiyeli ateşler . Elektrositin her iki tarafında sodyum kanalları varsa, elektrolitin bir tarafında ateşleme aksiyon potansiyellerinin neden olduğu depolarizasyon, elektrolitin diğer tarafındaki sodyum kanallarının da ateşlenmesine neden olabilir.
Konum
Çoğu balıkta, elektrik organları vücudun uzunluğu boyunca ateşlenmeye yönlendirilir, genellikle kuyruk uzunluğu boyunca ve balığın kasları içinde uzanır ve kafada daha küçük yardımcı elektrik organları bulunur. Ancak bazı istisnalar vardır; içinde stargazers ve ışınları elektrik organları dorsolomber ventral (yukarı-aşağı) ekseni boyunca yönlendirilmiştir. Elektrikli torpido ışınında organ göğüs kaslarına ve solungaçlara yakındır (resme bakın). Yıldız gözlemcisinin elektrik organları ağız ve göz arasında bulunur. Elektrikli yayın balıklarında, organlar derinin hemen altında bulunur ve vücudun çoğunu bir kılıf gibi kaplar.
Elektrik organ deşarjı
Elektrik organ deşarjı , elektrikli balıklar da dahil olmak üzere hayvanların organları tarafından üretilen elektrik alanıdır. Bazı durumlarda elektrik boşalması güçlüdür ve yırtıcılardan korunmak için kullanılır; diğer durumlarda zayıftır ve navigasyon ve iletişim için kullanılır. Zayıf elektrikli balıkların elektrik organ deşarjları, genel olarak dalga tipi veya darbe tipi deşarjlar olarak kategorize edilebilir. Dalga tipi deşarjlar periyodik yarı sinüzoidaldir, darbe tipi deşarjlar ise daha uzun duraklama aralıkları ile süreleri açısından oldukça değişkendir. Bir balık, yakındaki bir balığın elektrik sinyallerini algılamak için kendi elektroreseptörlerini kullandığında, elektrik organı deşarjları yoluyla iletişim gerçekleşir . Elektrikli balıklar, kutanöz elektroreseptörlerini kullanarak elektrik alanlarındaki bozulmaları tespit ederek yön bulurlar. Dişilerin kendi türdeş erkeklerin elektrik boşalması özelliklerine çekildiği gösterilmiş olduğundan, elektrik organı boşalmaları, zayıf elektrikli balıklarda eş seçimini etkiler.