Исследователи определили гены, помогающие форели находить путь домой
Радужная форель, проведя несколько лет в море и преодолев сотни миль, весной без карт и GPS находит дорогу обратно в реки и ручьи, где родилась, для нереста.
В исследовании, опубликованном 26 апреля 2017 года в Biology Letters, ученые определили гены, которые позволяют рыбе совершать этот необыкновенный навигационный подвиг с помощью магнитного поля Земли.
Магнитное поле Земли, генерируемое потоком расплавленного металла в ядре, варьируется от 25 микротесла у экватора до 65 микротесла у полюсов — что более чем в сто раз слабее магнита на холодильнике.
Многие виды животных могут обнаруживать такие слабые поля и использовать их для навигации. Это чувство, называемое магниторецепцией, впервые обнаруженное у птиц в 1960-х годах, с тех пор было задокументировано у животных от пчел и саламандр до морских черепах.
Однако, несмотря на более чем полувековые исследования, лежащие в его основе молекулярные и клеточные механизмы остаются загадкой.
Чтобы выяснить генетическую основу, постдок Боб Фитак, профессор биологии Сёнке Йонсен и их коллеги из Университета Дьюка исследовали изменения в экспрессии генов в геноме радужной форели при нарушении ее магнитного чувства.
В аквариуме в подвале кампуса они случайным образом вылавливали рыб по одной из резервуара в контейнер и помещали его внутрь катушки провода. Катушка была подключена к конденсатору, который разряжал электрический ток, создавая мгновенный магнитный импульс внутри катушки, примерно в 10 раз слабее поля, генерируемого аппаратом МРТ в больнице.
Затем исследователи секвенировали все транскрипты РНК в мозге 10 обработанных рыб и 10 контрольных, чтобы выяснить, какие гены включались и выключались в ответ на магнитный импульс.
Нарушение внутреннего компаса рыбы магнитным импульсом вызвало изменения в 181 из примерно 40 000 изученных генов.
В частности, в мозге обработанных рыб наблюдалась повышенная экспрессия генов, участвующих в производстве ферритина — белка, который хранит и транспортирует железо внутри клеток. Также у них наблюдались изменения в генах, участвующих в развитии зрительного нерва.
«Результаты позволяют предположить, что система обнаружения основана на железе, которое может быть связано с глазами или находиться внутри них», — сказал Йонсен.
Выводы согласуются с идеей, впервые предложенной почти 40 лет назад, о том, что в телах животных есть крошечные магнитные частицы железосодержащего соединения — магнетита. Считается, что частицы магнетита действуют как микроскопические стрелки компаса, передавая информацию нервной системе, напрягая или скручивая рецепторы в клетках при попытке выровняться с магнитным полем Земли.
«Можно представить их как мини-магниты, которые клетки тела могут чувствовать», — сказал Фитак.
Магнетит был обнаружен в клювах птиц, мозге морских черепах, брюшках медоносных пчел и носовых проходах радужной форели. Другие исследования даже обнаружили крошечные количества магнетита в человеческом мозге, но недавние работы предполагают, что большая его часть поступает из-за загрязнения воздуха, а не образуется естественным путем, и неясно, дают ли они людям подсознательное магнитное чувство.
Исследователи предполагают, что связывающий железо белок ферритин может участвовать в восстановлении, когда компас рыбы на основе магнетита нарушен или поврежден.
Далее они планируют провести аналогичные эксперименты с другими тканями, например, сетчаткой, и дополнительными видами, которые живут в океане, но каждую весну возвращаются в свои пресноводные места вылупления для нереста, например, с американским шэдом.
«Ученые не знают, какие белки могут быть вовлечены в магниторецепцию на основе магнетита, но теперь у нас есть гены-кандидаты для работы», — сказал Фитак.