Órgão elétrico (biologia) - Electric organ (biology)

Um raio elétrico ( Torpediniformes ) mostrando a localização do órgão elétrico e eletrócitos empilhados dentro dele

Em biologia , o órgão elétrico é um órgão comum a todos os peixes elétricos, usado com o propósito de criar um campo elétrico . O órgão elétrico é derivado de tecido nervoso ou muscular modificado. A descarga elétrica deste órgão é utilizada para navegação , comunicação, acasalamento, defesa e também às vezes para incapacitação de presas .

História da pesquisa

Na década de 1770, os órgãos elétricos do torpedo e da enguia elétrica foram objeto de artigos da Royal Society de Hunter, Walsh e Williamson. Eles parecem ter influenciado o pensamento de Luigi Galvani e Alessandro Volta - os fundadores da eletrofisiologia e eletroquímica.

No século 19, Charles Darwin discutiu o órgão elétrico em sua Origem das Espécies como um exemplo provável de evolução convergente : "Mas se os órgãos elétricos tivessem sido herdados de um antigo progenitor assim fornecido, poderíamos esperar que todos os peixes elétricos teriam foram especialmente relacionados um com o outro ... Estou inclinado a acreditar que quase da mesma forma que dois homens às vezes encontraram a mesma invenção de forma independente, então a seleção natural , trabalhando para o bem de cada ser e tirando vantagem de variações análogas, às vezes modificado quase da mesma maneira duas partes em dois seres orgânicos ".

Desde o século 20, órgãos elétricos têm recebido estudos extensivos, por exemplo, o artigo pioneiro de Hans Lissmann de 1951 e sua revisão de sua função e evolução em 1958. Mais recentemente, eletrócitos de Torpedo californica foram usados ​​no primeiro sequenciamento do receptor de acetilcolina por Noda e colegas em 1982, enquanto os eletrócitos de Electrophorus serviram no primeiro sequenciamento do canal de sódio controlado por voltagem por Noda e colegas em 1984.

Evolução

Órgãos elétricos evoluíram pelo menos seis vezes em vários peixes teleósteos e elasmobrânquios . Notavelmente, eles evoluíram convergentemente nos grupos de peixes elétricos Mormyridae africanos e Gymnotidae sul-americanos . Os dois grupos são remotamente relacionados, pois compartilhavam um ancestral comum antes do supercontinente Gondwana se dividir nos continentes americano e africano, levando à divergência dos dois grupos. Um evento de duplicação do genoma inteiro na linhagem dos teleósteos permitiu a neofuncionalização do gene do canal de sódio controlado por voltagem Scn4aa, que produz descargas elétricas.

Embora pesquisas anteriores apontassem para a convergência do desenvolvimento genético exato dos mesmos genes e vias de desenvolvimento e celulares para formar um órgão elétrico nas diferentes linhagens, pesquisas genômicas mais recentes provaram ser mais nuançadas. A transcriptômica comparativa das linhagens Mormyroidea, Siluriformes e Gymnotiformes conduzida por Liu (2019) concluiu que embora não haja evolução paralela de todos os transcriptomas de órgãos elétricos entre as diferentes linhagens, há um número significativo de genes que exibem mudanças paralelas de expressão gênica em o nível de vias e funções biológicas. Mesmo que órgãos elétricos dessas diversas linhagens possam ter resultado de diferentes alterações genéticas, os genes que mudaram de expressão durante a evolução do músculo esquelético para órgãos de descarga eram provavelmente genes com funções semelhantes dentro de seus respectivos organismos. Esses resultados solidificam a hipótese de que não são genes diferentes, mas funções biológicas conservadas, que desempenham um papel crucial na convergência desse fenótipo complexo particular. Apesar de diferentes genes estarem envolvidos no processo de desenvolvimento do órgão elétrico, o resultado final foi obtido por meio de vias em toda a escala e funções biológicas semelhantes.

Os eletrócitos são derivados do músculo esquelético em todos os clados, exceto Apteronotus (América Latina), onde as células são derivadas de tecido neural.

A função original do órgão elétrico não foi totalmente estabelecida, embora existam pesquisas promissoras sobre o gênero Synodontis de bagres de água doce africanos. Esta pesquisa ilustra que os órgãos elétricos miogênicos simples de Synodontis eram derivados de músculos que anteriormente desempenhavam uma função de geração de som.

Eletrócitos

Eletrócitos descarregando

Eletrócitos , eletroplaques ou eletroplaxes são células usadas por enguias elétricas , raias e outros peixes para eletrogênese . Em algumas espécies, eles têm a forma de charuto; em outros, são células semelhantes a discos achatados. As enguias elétricas têm vários milhares dessas células empilhadas, cada uma produzindo 0,15 V. As células funcionam bombeando íons de sódio e potássio positivos para fora da célula por meio de proteínas de transporte alimentadas por trifosfato de adenosina (ATP). No pós-sináptico , os eletrócitos funcionam de maneira muito semelhante às células musculares . Eles têm receptores nicotínicos de acetilcolina . Apesar da origem comum das células do músculo esquelético e eletrócitos nos órgãos elétricos miogênicos, os órgãos elétricos e o músculo esquelético permanecem distintos tanto na morfologia quanto na fisiologia. Algumas das principais diferenças entre essas células incluem o tamanho (os eletrócitos são muito maiores) e a falta de qualquer maquinário contraível por parte dos eletrócitos.

A pilha de eletrócitos há muito é comparada a uma pilha voltaica , e pode até ter inspirado a invenção da pilha , uma vez que a analogia já foi observada por Alessandro Volta . Embora o órgão elétrico seja estruturalmente semelhante a uma bateria, seu ciclo de operação é mais parecido com um gerador de Marx , em que os elementos individuais são carregados lentamente em paralelo , e então repentinamente e quase simultaneamente descarregados em série para produzir um pulso de alta voltagem.

Demissão

Para descarregar os eletrócitos no momento correto, a enguia elétrica usa seu núcleo de marca-passo , um núcleo de neurônios de marca-passo . Quando uma enguia elétrica avista sua presa, os neurônios do marca-passo disparam e a acetilcolina é subsequentemente liberada dos neurônios eletromotores para os eletrócitos. Os eletrócitos disparam um potencial de ação usando os canais de sódio dependentes de voltagem em um ou ambos os lados do eletrócito, dependendo da complexidade do órgão elétrico nessa espécie. Se o eletrócito tiver canais de sódio em ambos os lados, a despolarização causada pelo disparo dos potenciais de ação em um lado do eletrócito pode fazer com que os canais de sódio do outro lado do eletrócito também disparem.

Localização

Na maioria dos peixes, os órgãos elétricos são orientados para disparar ao longo do corpo, geralmente ao longo da cauda e dentro da musculatura do peixe, com órgãos elétricos acessórios menores na cabeça. No entanto, existem algumas exceções; nos astrônomos e nos raios, os órgãos elétricos são orientados ao longo do eixo dorsoventral (de cima para baixo). No raio de torpedo elétrico , o órgão fica próximo aos músculos peitorais e às guelras (veja a imagem). Os órgãos elétricos do stargazer ficam entre a boca e o olho. No bagre elétrico, os órgãos estão localizados logo abaixo da pele e envolvem a maior parte do corpo como uma bainha.

Descarga de órgão elétrico

A descarga elétrica de órgãos é o campo elétrico gerado pelos órgãos de animais, incluindo peixes elétricos. Em alguns casos, a descarga elétrica é forte e é usada para proteção contra predadores; em outros casos, é fraco e é usado para navegação e comunicação. Descargas elétricas de órgãos de peixes fracamente elétricos podem ser amplamente categorizadas como descargas do tipo onda ou do tipo pulso. As descargas do tipo onda são quase sinusoidais periódicas, enquanto as descargas do tipo pulso são altamente variáveis ​​em sua duração, com intervalos de pausa mais longos. A comunicação por meio de descargas elétricas de órgãos ocorre quando um peixe usa seus próprios eletrorreceptores para detectar os sinais elétricos de um peixe próximo. Peixes elétricos navegam detectando distorções em seu campo elétrico usando seus eletrorreceptores cutâneos. Descargas elétricas de órgãos influenciam a escolha de parceiros em peixes fracamente elétricos, já que as fêmeas demonstraram ser atraídas pelas características de descargas elétricas de machos da mesma espécie.

Veja também

Referências