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Órgano eléctrico (pez)

Un rayo eléctrico ( Torpediniformes ) que muestra la ubicación de los órganos eléctricos pares en la cabeza y los electrocitos apilados en su interior.

En biología , el órgano eléctrico es un órgano que utiliza un pez eléctrico para crear un campo eléctrico . Los órganos eléctricos se derivan de músculo modificado o, en algunos casos, tejido nervioso , llamados electrocitos, y han evolucionado al menos seis veces entre los elasmobranquios y teleósteos . Estos peces utilizan sus descargas eléctricas para la navegación , la comunicación, el apareamiento, la defensa y, en los peces fuertemente eléctricos, también para la incapacitación de sus presas .

Los órganos eléctricos de dos peces fuertemente eléctricos, la raya torpedo y la anguila eléctrica, fueron estudiados por primera vez en la década de 1770 por John Walsh , Hugh Williamson y John Hunter . Charles Darwin los utilizó como un ejemplo de evolución convergente en su libro de 1859 Sobre el origen de las especies . El estudio moderno comenzó con el estudio de 1951 de Hans Lissmann sobre la electrorecepción y electrogénesis en Gymnarchus niloticus .

Historia de la investigación

En el antiguo Egipto se escribieron descripciones detalladas de las poderosas descargas que podía dar el bagre eléctrico . [1]

En la década de 1770, los órganos eléctricos de la raya torpedo y de la anguila eléctrica fueron objeto de artículos de la Royal Society escritos por John Walsh , [2] Hugh Williamson , [3] y John Hunter , quienes descubrieron lo que ahora se llama órgano de Hunter. [4] [5] Estos parecen haber influido en el pensamiento de Luigi Galvani y Alessandro Volta , los fundadores de la electrofisiología y la electroquímica. [6] [7]

En el siglo XIX, Charles Darwin analizó los órganos eléctricos de la anguila eléctrica y del rayo torpedo en su libro de 1859 Sobre el origen de las especies como un ejemplo probable de evolución convergente : "Pero si los órganos eléctricos hubieran sido heredados de un antiguo progenitor así Si hubiera sido así, podríamos haber esperado que todos los peces eléctricos hubieran estado especialmente relacionados entre sí... Me inclino a creer que casi de la misma manera que dos hombres a veces han dado con el mismo invento de forma independiente, así también la selección natural , trabajando para el bien de cada ser y aprovechando variaciones análogas, ha modificado a veces casi de la misma manera dos partes en dos seres orgánicos". [8] En 1877, Carl Sachs estudió los peces y descubrió lo que ahora se llama órgano de Sachs. [9] [10]

Los tres órganos eléctricos de la anguila eléctrica (el órgano principal, el órgano de Sachs y el órgano de Hunter ) ocupan gran parte de su cuerpo, como se descubrió en la década de 1770 . Pueden descargar débilmente para electrolocalización , como en otros gimnósidos , y fuertemente para aturdir a sus presas.

Desde el siglo XX, los órganos eléctricos han sido objeto de amplios estudios, por ejemplo, en el artículo pionero de Hans Lissmann de 1951 sobre Gymnarchus [11] y su revisión de su función y evolución en 1958. [12] Más recientemente, se utilizaron electrocitos de Torpedo californica. en la primera secuenciación del receptor de acetilcolina realizada por Noda y colegas en 1982, mientras que los electrocitos Electrophorus sirvieron en la primera secuenciación del canal de sodio dependiente de voltaje realizada por Noda y colegas en 1984. [13]

Anatomía

Ubicación del órgano

En la mayoría de los peces eléctricos , 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, como en el pez nariz de elefante y otros Mormyridae . [14] Sin embargo, en dos grupos marinos , los observadores de estrellas y los rayos torpederos , los órganos eléctricos están orientados a lo largo del eje dorsoventral (arriba-abajo). En la raya torpedo, el órgano está cerca de los músculos pectorales y las branquias. [15] Los órganos eléctricos del observador de estrellas se encuentran detrás de los ojos. [16] En el bagre eléctrico, los órganos están ubicados justo debajo de la piel y envuelven la mayor parte del cuerpo como una vaina. [1]

Estructura de órganos

Los órganos eléctricos están compuestos por pilas de células especializadas que generan electricidad. [13] Estos se denominan electrocitos, electroplacas o electroplaxes. En algunas especies tienen forma de cigarro; en otros, son células planas en forma de disco. Las anguilas eléctricas tienen pilas de varios miles de estas células, cada una de las cuales produce 0,15 V. Las células funcionan bombeando iones de sodio y potasio a través de sus membranas celulares a través de proteínas de transporte, consumiendo trifosfato de adenosina (ATP) en el proceso. Postsinápticamente , los electrocitos funcionan de manera muy similar a las células musculares , despolarizándose con una entrada de iones de sodio y repolarizándose posteriormente con una salida de iones de potasio; pero los electrocitos son mucho más grandes y no se contraen. Tienen receptores nicotínicos de acetilcolina . [13]

La pila de electrocitos se ha comparado durante mucho tiempo con una pila voltaica , y es posible que incluso haya inspirado la invención de la batería en 1800 , ya que la analogía ya fue notada por Alessandro Volta. [6] [17]

Anatomía de la anguila eléctrica: el primer detalle muestra órganos eléctricos, formados por pilas de electrocitos. El segundo detalle muestra una célula individual con canales iónicos y bombas a través de la membrana celular ; Los botones terminales de una célula nerviosa liberan neurotransmisores para desencadenar la actividad eléctrica. El detalle final muestra cadenas de proteínas enrolladas de un canal iónico.

Evolución

Los órganos eléctricos han evolucionado al menos seis veces en varios peces teleósteos y elasmobranquios . [18] [19] [20] [21] 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 compartieron un ancestro común antes de que el supercontinente Gondwana se dividiera en los continentes americano y africano, lo que llevó a la divergencia de los dos grupos. Un evento de duplicación de todo el genoma en el linaje de teleósteos permitió la neofuncionalización del gen del canal de sodio dependiente de voltaje Scn4aa, que produce descargas eléctricas. [22] [23] Las primeras investigaciones apuntaron a la convergencia entre linajes, pero la investigación genómica más reciente tiene más matices. [24] La transcriptómica comparativa de los linajes Mormyroidea, Siluriformes y Gymnotiformes realizada por Liu (2019) concluyó que, aunque no existe una evolución paralela de transcriptomas completos de órganos eléctricos, existe una cantidad significativa de genes que exhiben cambios paralelos en la expresión genética del músculo. función a la función del órgano eléctrico a nivel de vías. [25]

Los órganos eléctricos de todos los peces eléctricos derivan del músculo esquelético , un tejido eléctricamente excitable , excepto en Apteronotus (Latinoamérica), donde las células derivan del tejido neural . [13] La función original del órgano eléctrico no ha sido completamente establecida en la mayoría de los casos; Sin embargo, se sabe que el órgano del género Synodontis del bagre africano de agua dulce evolucionó a partir de músculos productores de sonido. [26]

Los electrocitos evolucionaron a partir de un tejido excitable existente, el músculo esquelético . [13] Los electrocitos se ensamblan en pilas para crear voltajes más grandes (y en múltiples pilas para crear corrientes más grandes , no se muestran). Los peces eléctricos pueden tener descargas bifásicas (como se muestra) o descargas de otro tipo.

Descarga de órganos eléctricos

Las descargas eléctricas de los órganos (EOD) necesitan variar con el tiempo para la electrolocalización , ya sea con pulsos, como en los Mormyridae, o con ondas, como en los Torpediniformes y Gymnarchus , el pez cuchillo africano. [27] [28] [29] Muchos peces eléctricos también usan EOD para comunicarse, mientras que las especies fuertemente eléctricas los usan para cazar o defenderse. [28] Sus señales eléctricas son a menudo simples y estereotipadas, y las mismas en cada ocasión. [27]

La descarga eléctrica de los órganos está controlada por el núcleo de comando medular , un núcleo de neuronas marcapasos en el cerebro. Las neuronas electromotoras liberan acetilcolina a los electrocitos. Los electrocitos disparan un potencial de acción utilizando sus canales de sodio dependientes de voltaje en un lado o, en algunas especies, en ambos lados. [30]

En ficción

La capacidad de producir electricidad es fundamental en la novela de ciencia ficción de Naomi Alderman de 2016 , The Power . [33] En el libro, las mujeres desarrollan la capacidad de liberar descargas eléctricas de sus dedos, lo suficientemente poderosas como para aturdir o matar. [34] La novela hace referencia a la capacidad de peces como la anguila eléctrica para dar descargas poderosas, generando la electricidad en una tira o madeja de músculo estriado especialmente modificada a lo largo de las clavículas de las niñas. [35]

El cuento de la poeta y autora Anna Keeler "En los brazos de una anguila eléctrica" ​​imagina a una niña que, a diferencia de una anguila eléctrica, siente las descargas eléctricas que genera. Agitada y deprimida, sin querer se quema hasta morir con su propia electricidad. [36]

Ver también

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con el órgano eléctrico .

Referencias

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