Molekulární data a morfologická analýza ukazují, že električtí úhoři jsou tři různé druhy, nikoli jeden, uvádí Nature Communications. Jeden z těchto tří typů Electrophorus voltai, je schopen dodat výboj 860 voltů, což z něj činí nejvýkonnější známý generátor bioelektrické energie.
Elektrický úhoř (electrophorus electricus) je kostnatá ryba, která je pouze vzdáleným příbuzným skutečných úhořů a je tak pojmenována kvůli své vnější podobnosti s nimi. Má speciální elektrické orgány, které produkují dosti silný (podle starých údajů až 650 voltů) nebo slabý (asi 10 voltů) výboj. První se používá k omráčení obětí, druhý se používá k výměně signálů mezi jednotlivci a navigaci v rozbouřené vodě.
Carl Linné popsal elektrického úhoře před 250 lety. Vzhledem k tomu, že električtí úhoři žijí v povodí Amazonky, byli evropským výzkumníkům dlouhou dobu nedostupní. Věřilo se, že svým způsobem Elektrofor pouze jeden druh, a ten je již znám.
Carlos David de Santana a jeho kolegové z Národního přírodovědného muzea ve Washingtonu zkoumali 107 elektrických úhořů sesbíraných z různých částí rybího areálu. Porovnávali morfologii hlavy a jejích jednotlivých struktur, řadu genů mitochondriální DNA a (pouze u 94 jedinců) řadu genů jaderné DNA. Odborníci porovnávali sekvence těchto genů se sekvencemi blízkých příbuzných elektrických úhořů – gymnotických ryb Gymnotus carapo, G. choco, G. cylindricus, G. pantherinus, Hypopomus artedi и Sternopygus macrurus.
Nejprve výzkumníci zjišťovali míru výskytu substitucí jednotlivých nukleotidů v genech IOC (I podjednotka cytochromoxidázy), ND4, ATPase 6/8 (6 a 8 podjednotek ATP syntázy), stejně jako geny kódující 12S rRNA a 16S rRNA (všechny tyto geny jsou mitochondriální).
Ukázalo se, že úhoři se dělí do tří skupin na základě tvaru hlavy a lebky, preferovaných oblastí jejich biotopu a jednonukleotidových substitucí v genech mitochondriální a jaderné DNA. Tvoří dvě evoluční větve, které se rozštěpily v pozdním miocénu. Dále se v pliocénu jedna z větví rozdělila na další dvě. Každá větev představuje samostatný druh. Existují tedy tři druhy elektrických úhořů, nejen jeden. kromě electrophorus electricus je nutné vybrat jeho nejbližšího příbuzného Elektrofor voltai a zástupce sousední pobočky Electrophorus varii.
Vědci byli schopni oddělit elektrické úhoře podle síly jejich elektrických výbojů. Ukázalo se, že zástupci druhu produkují největší stres Elektrofor voltai, dosahuje 860 voltů. Tato hodnota dělá E. voltai nejvýkonnější v současnosti známý zdroj bioelektřiny. U Electrophorus varii rána je slabší – až 572 voltů. Konečně napětí, které „normální“ generuje electrophorus electricus, je maximálně 480 voltů. Autoři doufají, že další srovnání genomů elektrických úhořů mezi sebou a s jinými rybami objasní původ a vývoj výkonných elektrických orgánů těchto ryb.
O dva roky dříve Kenneth C. Catania z Vanderbilt University studoval elektrický výboj způsobený rybami rodu Elektrofor. Zvíře dalo elektrický šok do ruky samotného výzkumníka, ale to bylo zamýšleno. Vědec změřil sílu elektrického proudu, který se objeví v lidském těle při zásahu elektrickým úhořem. Catania zjistila, že to bylo o něco více než 40 miliampérů.
Světlana Yastrebová
Našli jste překlep? Vyberte fragment a stiskněte Ctrl + Enter.
Pavouci Mimetid lákají další pavouky do pasti s lešením z pavučin
Takové záchytné sítě nebyly dosud známy u žádného druhu.
Středoameričtí pavouci Gelanor siquirres loví jiné pavouky pomocí neobvyklých lapacích sítí. Tito dravci připevňují k rostlinám nebo k zemi několik nelepivých vláken. Pavouci jiných druhů se snaží použít tyto nitě jako rám k vybudování vlastních lapacích sítí a přitáhnout pozornost G. siquirres, kteří rychle slezou ze svého úkrytu na spodní straně listu a sežerou je. Jak je uvedeno v článku pro časopis Animal Behavior, tento způsob lovu nebyl dosud znám u žádného druhu pavouka. Velikost a tvar pastí, které pavouci staví, závisí na tom, jakou kořist loví a za jakých podmínek. Například pro rod Scoloderus jsou charakteristické rybářské sítě se značně zvětšenou horní částí, které jsou ideální pro chytání molů. Madagaskarští zástupci rodu Damastes vytvářejí pasti na žáby z listů a pavučin. A pavouci Wendilgarda galapagensis z tichomořského ostrova Cocos tkají tři různé typy lapacích sítí určených k lovu nad vodou, blízko povrchu země a vysoko nad ní. Tým arachnologů vedený Gilbertem Barrantesem z Kostarické univerzity popsal dosud neznámý design sítí na odchyt pavouků. Na podzim roku 2016 se výzkumníci během jednoho večera v přírodní rezervaci Tirimbina v Kostarice setkali s jedním samcem a pěti samicemi pavouků Gelanor siquirres z čeledi Mimetidae. V té době byl druh znám od jediné samice a byl prakticky neprozkoumaný. Všech pět jedinců G. Siquirre, které Barrantes a jeho kolegové našli, byli poblíž jejich záchytných sítí. To umožnilo výzkumníkům zjistit, jak loví. Ukázalo se, že tito pavouci si na spodním povrchu listů 1,6–2 metry nad zemí staví úkryt z několika vláken. Vychází z ní od jedné do šesti dlouhých nelepivých nití, které jsou připevněny k zemi nebo vegetaci. Jejich délka dosahuje od 0,5 do 2 metrů a úhel mezi nimi a povrchem země se pohybuje od 15 do 90 stupňů. Autoři navrhují, že při stavbě sítě pavouci buď sestoupí na zem a připevní k ní vlákna sítě, nebo jejich konce vypustí do vzduchu, aby se zachytili o sousední rostliny. Na třech webových závitech samce G. siquirres, vědci viděli tři tenčí horizontální vlákna. Patřili k pavoukům jiných druhů, kteří hledali vhodné místo pro rybářskou síť, vypouštěli do vzduchu vlákna pavučin a zkoumali substrát, ke kterému byli připevněni. Jedna z těchto nití se přímo před očima autorů připojila k niti samce G. siquirres. Poté se po něm procházel pavouk, jehož druh se nepodařilo určit. Když tkadlec koulí dosáhne vlákna G. siquirres, rychle sestoupil a po krátkém pronásledování hosta chytil a kousnutím ochromil nebo zabil. Po tomto G. siquirres spolu s kořistí stoupali do úkrytu na spodní straně listu. Barrantes et al také pozorovali, jak dospělá žena G. siquirres stoupá podél své vlastní nelepivé nitě a drží v chelicerech pavouka jiného druhu. Aby se ujistili, že pozorovali G lov. siquirres, vědci umístili uloveného pavouka tkajícího koule na jedno z vláken jiného jedince tohoto druhu. Majitel sítě okamžitě slezl dolů a málem se dostal k pavoukovi zasazenému vedle něj – ale v tu chvíli je oba vyplašil spadlý list. Podle autorů v následujících letech pozorovali podobné chování G. siquirres ještě třikrát, pokaždé po setmění. Výzkumníci naznačují, že ty, které postavil G. siquirres stavby jsou pastí pro ostatní pavouky, kteří si pomocí pavučin vypouštěných do vzduchu hledají místo pro vlastní odchytové sítě. Potenciální oběti poté, co jsou jejich vlákna připojena k vláknům G. siquirres, jděte prozkoumat substrát pro stavbu nebo zpevněte jejich síť. V důsledku toho se dotýkají G závitu. siquirres, přilákat jeho pozornost a stát se jeho kořistí. Takové lovecké adaptace nebyly známy u žádného jiného druhu. Je pravděpodobné, že neobvyklé sítě umožňují G. siquirre využívají bohatý zdroj potravy, který je však dostupný jen na několik hodin denně – četní pavouci, kteří za soumraku a po setmění aktivně hledají místo k lovu. Je zajímavé, že další zástupci čeledi mimetidů také loví pavouky – ale místo toho, aby je lákali, zpravidla lezou do odchytových sítí jiných lidí a zabíjejí jejich majitele. Existují další příklady neobvyklého chování mezi pavouky ze Střední Ameriky. Trechalea extensa se tedy v případě nebezpečí potápí pod vodu. Zde jsou schopni strávit více než půl hodiny přijímáním kyslíku z tenkého filmu vzduchu kolem vlastního těla.
Elektrický úhoř (electrophorus electricus) využívá elektrické výboje jako metodu agresivní obrany. K tomu se vynoří polovinou těla z vody a „píchne“ zvíře, které je pro něj potenciálně nebezpečné. Americký vědec si na vlastní kůži vyzkoušel, jaké napětí, proud a výkon při takovém dopadu vzniká. Práce vyšla v r Current Biology.
Použití elektrických impulsů rybami není neobvyklé. Mnoho druhů ryb má speciální elektrické orgány, které slouží k prostorové orientaci, obraně, lovu a komunikaci. Celkem asi 250 druhů ryb dokáže vytvořit elektrické výboje, ale pouze dva druhy – úhoř elektrický a rejnok elektrický – dokážou produkovat elektrický výboj, který může ve vodě paralyzovat člověka nebo velké zvíře. Úhoř využívá elektrické výboje jako metodu agresivní obrany. K tomu provede hod, vynoří se asi polovinou těla z vody a dotkne se útočníka hlavou. V tomto případě vzniká potenciální rozdíl mezi hlavou a ocasem ryby, což vede k vytvoření uzavřeného elektrického obvodu a toku proudu tělem oběti. V celé staleté historii setkávání lidí s elektrickými úhoři je však jen málo známých případů utonutí člověka nebo koně při ochrnutí elektrickým proudem a ani jedna zdokumentovaná smrt přímo elektrickým proudem.
Americký vědec Kenneth Catania se ve své nové studii rozhodl změřit, jaké napětí vytváří elektrický úhoř při úderu a jaké množství elektrického proudu generuje v lidském těle. Vědec prováděl všechny experimenty na sobě.
Pro své experimenty biolog použil docela mladého elektrického úhoře dlouhého asi 40 centimetrů. Nejprve pomocí ampérmetru, voltmetru a několika odporů změřil vědec elektromotorickou sílu a vnitřní odpor úhoře, které byly 198 voltů a 960 ohmů. Poté byl z údajů o vodivosti vody při pokojové teplotě vypočten odpor vody na délku těla úhoře (asi 400 Ohmů). Poté biolog pomocí voltmetru a dielektrické desky změřil úbytek napětí na části úhoře vyčnívajícího z vody během útoku (127 voltů) a zjistil jeho odpor (asi 2400 ohmů).
Po změření všech předběžných údajů přešel vědec k experimentům na sobě. Biolog použil jako objekt k útoku vlastní ruku s dlaní spuštěnou do vody. Aby se vyhnul podvodnímu kontaktu úhoře s rukou, vložil dlaň do nádoby z dielektrického materiálu, potažené na obou stranách vodivou vrstvou. Pomocí takového zařízení vědec změřil závislost proudu, který proteče rukou po útoku úhoře, na čase.
Maximální naměřený proud byl asi 43 miliampérů. A protože znal všechny údaje ze sestaveného elektrického obvodu z úhoře, jeho ruky a vody, vypočítal odpor ruky (asi 2100 Ohmů) a špičkový výkon elektrického výboje (3,9 Wattů). I když je měřený proud poměrně malý, rozhodně výrazně překračuje práh citlivosti nociceptorů a je dostatečný k vybuzení reflexu stažení ruky. Vědec zároveň poznamenává, že starší jedinci mají větší délku, která může přesáhnout 1 metr, a mohou vytvořit větší potenciální rozdíl, ale obvykle se vynořují z vody do nižší výšky.
Tato studie není první, kterou Kenneth Catania provedl za účelem vyhodnocení elektrického šoku úhoře. Nedávno například studoval časovou závislost frekvence a amplitudy elektrických výbojů, které úhoři produkují při obraně. Předtím však prováděl své experimenty na figurínách a speciálních modelových objektech. Bylo to poprvé, co k tomu použil vlastní ruce.
Alexandr Dubov
Našli jste překlep? Vyberte fragment a stiskněte Ctrl + Enter.
Gen nahé krysy prodlužoval život myší a chránil je před rakovinou
Zvyšuje syntézu vysokomolekulární kyseliny hyaluronové
Američtí a ruští vědci zjistili, že transgenní myši se zvýšenou expresí genu syntázy kyseliny hyaluronové z nahých krys jsou méně náchylné ke spontánní a indukované rakovině, žijí déle a zůstávají déle zdravé. Kromě toho mají tato zvířata výrazně sníženou míru zánětu v různých tkáních. Zpráva o práci byla zveřejněna v časopise Nature. Krysy nahé (Heterocephalus glaber) vynikají mezi hlodavci extrémně vysokou délkou života (v zajetí – více než 40 let). Navíc jejich receptory vnitřního ucha a inhibiční mechanismy v nervovém systému jsou slabší, ale buněčné stárnutí je zpomaleno a imunitní paměť kratší (proto mají více naivních lymfocytů, aby reagovaly na nové infekce). Jedním z hlavních rozdílů mezi nahými krysami a jinými savci je to, že prakticky neonemocní rakovinou. Jak bylo ukázáno dříve, je to způsobeno vysokým obsahem kyseliny hyaluronové s vysokou molekulovou hmotností v jejich tkáních. Tento glykosaminoglykan tvoří základ extracelulární matrix, podílí se na proliferaci a migraci buněk a ovlivňuje i progresi nádorů a jeho vlastnosti závisí na molekulové hmotnosti – vysoká molekulová hmotnost má ochranné vlastnosti, nízká molekulová hmotnost – naopak. Krysy nahé produkují kyselinu hyaluronovou s extrémně vysokou molekulovou hmotností (více než 6,1 megadaltonů), která poskytuje silnou cytoprotekci. Aby vědci z University of Rochester, Harvard Medical School, UCLA a Moskevské státní univerzity otestovali, zda má podobný účinek u jiných živočišných druhů, vytvořili transgenní myši poháněné zvýšenou expresí nahého krtka. potkaní gen syntázy kyseliny hyaluronové 2 (nmrHas2). U samic a samců těchto zvířat byly pozorovány zvýšené hladiny kyseliny hyaluronové o vysoké molekulové hmotnosti ve svalech, srdci, ledvinách a tenkém střevě; nízké – v játrech a slezině, které jej využívají. Byl však nižší než u krys nahých, což je pravděpodobně způsobeno vyšší aktivitou hyaluronidázy u myší. Pozorování v kohortách 80–90 zvířat ukázala, že myši exprimující transgen nmrHas2 zemřely na spontánní rakovinu méně často než normální myši (57 oproti 70 procentům). Tento rozdíl byl ještě výraznější u starších zvířat (nad 27 měsíců věku) – 49 oproti 83 procentům. V experimentu chemické indukce karcinogeneze kůže aplikací 7,12-dimethylbenzanthracenu (DMBA) a forbol-12-myristát-13-acetátu (TPA) byl počet papilomů ve 21. týdnu u transgenních myší téměř poloviční než v roce normální myši. Náchylnost k rakovině nezávisela na pohlaví zvířat. Tělesná hmotnost zvířat z obou skupin se během života nelišila. Ve stejné době myši exprimující nmrHas2 žily déle než normální myši – jejich střední délka života byla o 4,4 procenta delší a jejich maximální délka života byla o 12,2 procenta delší. U samic byl větší rozdíl ve střední délce života (o devět procent), zatímco u samců byl větší rozdíl v maximální délce života (o 16 procent). Odhad epigenetického věku ze vzorců metylace DNA v játrech ve věku 24 měsíců ukázal, že u transgenních myší je přibližně o 0,2 roku mladší než chronologický věk. Zvířata z hlavní skupiny nejen žila déle, ale také zůstala déle zdravá. Prokázali pomalejší nárůst integrálního indexu křehkosti, který se vypočítává na základě 31 fyziologických ukazatelů, než u kontrolní skupiny a ve stáří si zachovali pohyblivost a koordinaci pohybů v testu rotarod. U transgenních samic byl navíc zpomalen rozvoj osteoporózy. Analýza transkriptomů různých orgánů a tkání starších myší exprimujících nmrHas2 odhalila rysy charakteristické pro mladá zvířata a sníženou úroveň zánětu souvisejícího s věkem. Molekulární studie prokázaly, že kyselina hyaluronová s vysokou molekulovou hmotností má protizánětlivé a imunoregulační účinky a také chrání buňky před oxidačním stresem. Kromě toho stimuluje bariérovou funkci střevního epitelu, zachovává střevní kmenové buňky a udržuje optimální složení střevní mikroflóry, což dále pomáhá snižovat záněty související s věkem. Kyselina hyaluronová s vysokou molekulovou hmotností produkovaná transgenem nmrHas2 tak prodloužila život myší a udržela jejich zdraví ve stáří a potlačila zánětlivé reakce související s věkem. To znamená, že evoluční adaptace dlouhověkých zvířat, jako je krysa nahá, mohou být uměle reprodukována v jiných druzích – možná i u lidí – s přínosy pro jejich zdraví. Výsledky také naznačují potenciál pro klinické využití vysokomolekulární kyseliny hyaluronové pro léčbu věkem podmíněných zánětlivých onemocnění střev a dalších orgánů, uzavírají autoři práce. V roce 2016 vědci z Velké Británie, Německa a Jižní Afriky zjistili, že nízká citlivost na bolest nahých krtkovitých krys souvisí s mutací v genu jednoho z receptorů pro neurony vnímající bolest.
