Órgano eléctrico (pez)

En biología , el órgano eléctrico es un órgano que los peces eléctricos utilizan para generar un campo eléctrico . Los órganos eléctricos se derivan de tejido muscular modificado o, en algunos casos , de tejido nervioso , denominados electrocitos, y han evolucionado al menos seis veces entre los elasmobranquios y los teleósteos . Estos peces utilizan sus descargas eléctricas para la navegación , la comunicación, el apareamiento, la defensa y, en los peces con alta capacidad eléctrica, también para incapacitar a sus presas .

Los órganos eléctricos de dos peces altamente 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 ejemplo de evolución convergente en su obra de 1859, El origen de las especies . El estudio moderno comenzó con el trabajo de Hans Lissmann en 1951 sobre la electrorecepción y la electrogénesis en Gymnarchus niloticus .

En el antiguo Egipto se escribieron descripciones detalladas de las potentes descargas que podía producir el pez gato eléctrico . ^{[ 1 ]}

En la década de 1770, los órganos eléctricos de la raya torpedo y la anguila eléctrica fueron objeto de artículos de la Royal Society de John Walsh , ^{[ 2 ]} Hugh Williamson , ^{[ 3 ]} y John Hunter , quien descubrió lo que ahora se conoce como el 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 la raya torpedo en su libro de 1859, El origen de las especies, como un posible ejemplo de evolución convergente : «Pero si los órganos eléctricos se hubieran heredado de un antiguo progenitor provisto de esta manera, podríamos haber esperado que todos los peces eléctricos hubieran estado especialmente emparentados entre sí… Me inclino a creer que, de forma casi idéntica a como dos hombres a veces han dado con el mismo invento de forma independiente, así la selección natural , obrando para el bien de cada ser y aprovechando variaciones análogas, a veces ha modificado de forma muy similar dos partes en dos seres orgánicos». ^{[ 8 ]} En 1877, Carl Sachs estudió el pez y descubrió lo que ahora se conoce como el órgano de Sachs. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

Desde el siglo XX, los órganos eléctricos han sido objeto de un estudio exhaustivo, 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, los electrocitos de Torpedo californica se utilizaron en la primera secuenciación del receptor de acetilcolina por Noda y sus colegas en 1982, mientras que los electrocitos de Electrophorus sirvieron en la primera secuenciación del canal de sodio dependiente de voltaje por Noda y sus colegas en 1984. ^{[ 13 ]}

Los órganos eléctricos han evolucionado al menos seis veces en varios peces teleósteos y elasmobranquios . ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]} En particular, han evolucionado convergentemente en los grupos africanos Mormyridae y sudamericanos Gymnotidae de peces eléctricos. Los dos grupos están distantemente relacionados, 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 los teleósteos permitió la neofuncionalización del gen del canal de sodio dependiente de voltaje Scn4aa que produce descargas eléctricas. ^{[ 22 ] [ 23 ]} Las primeras investigaciones apuntaban a la convergencia entre linajes, pero las investigaciones genómicas más recientes son más matizadas. ^{[ 24 ]} La transcriptómica comparativa de los linajes Mormyroidea, Siluriformes y Gymnotiformes realizada por Liu (2019) concluyó que, si bien no existe una evolución paralela de transcriptomas completos de órganos eléctricos, hay un número significativo de genes que exhiben cambios paralelos en la expresión génica desde la función muscular hasta la función de los órganos eléctricos 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 se ha establecido completamente en la mayoría de los casos; sin embargo, se sabe que el órgano del género de bagres de agua dulce africanos Synodontis evolucionó a partir de músculos productores de sonido. ^{[ 26 ]}

Las descargas de órganos eléctricos (DOE) 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 DOE para comunicarse, mientras que las especies fuertemente eléctricas las usan para cazar o defenderse. ^{[ 28 ]} Sus señales eléctricas suelen ser simples y estereotipadas, y las mismas en cada ocasión. ^{[ 27 ]}

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

La capacidad de producir electricidad es fundamental en la novela de ciencia ficción de Naomi Alderman de 2016, El Poder . ^{[ 34 ]} En el libro, las mujeres desarrollan la capacidad de liberar descargas eléctricas desde sus dedos, lo suficientemente potentes como para aturdir o matar. ^{[ 35 ]} La novela hace referencia a la capacidad de peces como la anguila eléctrica para producir descargas potentes, cuya electricidad se genera en una tira o hebra especialmente modificada de músculo estriado a través de las clavículas de las chicas. ^{[ 36 ]}

El cuento de la poeta y escritora Anna Keeler, «En los brazos de una anguila eléctrica», imagina a una niña que, a diferencia de una anguila eléctrica, sí siente las descargas eléctricas que genera. Agitada y deprimida, muere quemada accidentalmente con su propia electricidad. ^{[ 37 ]}