Jump to content

Ампулы Лоренцини

Это хорошая статья. Нажмите здесь для получения дополнительной информации.

Ампулы Лоренцини, обнаруженные у некоторых базальных групп рыб, представляют собой желеобразные каналы, соединяющие поры кожи с чувствительными луковицами. Они обнаруживают небольшую разницу в электрическом потенциале между двумя концами.

Ампулы Лоренцини ( sg.: ampulla ) электрорецепторы , органы чувств, способные улавливать электрические поля. Они образуют сеть заполненных слизью пор в коже хрящевых рыб ( акул , скатов , химер ) и прикорневых костистых рыб (например, камышовой рыбы ) . [1] осетр , [2] и двоякодышащая рыба . [1] Они связаны с механосенсорными органами боковой линии ранних позвоночных и произошли от них. Большинство костных рыб и наземных позвоночных утратили ампулы Лоренцини.

Ампулы были первоначально описаны Марчелло Мальпиги , а позднее получили точное описание итальянским врачом и ихтиологом Стефано Лоренцини в 1679 году, хотя их функция была неизвестна. [3] Электрофизиологические эксперименты 20-го века показали чувствительность к температуре , механическому давлению и, возможно, солености. В 1960 ампулы были идентифицированы как специализированные рецепторные органы для восприятия электрических полей . [4] [5] Одно из первых описаний калиевых каналов, активируемых кальцием, было основано на исследованиях ампулы Лоренцини у ската . [6]

Эволюция

[ редактировать ]

Ампулы Лоренцини физически связаны с механосенсорными органами боковой линии ранних позвоночных и произошли от них . Пассивная электрорецепция с использованием ампул является наследственной чертой позвоночных, то есть она присутствовала у их последнего общего предка. [7] Ампулы Лоренцини имеются у хрящевых рыб ( акул , скатов , химер ), двоякодышащих рыб , бичиров , целакантов , осетровых , веслоносов , водных саламандр , червяг . Ампулы Лоренцини, по-видимому, были утеряны на ранних этапах эволюции костистых рыб и четвероногих , хотя доказательства отсутствия во многих группах неполны и неудовлетворительны. [7]

Позвоночные животные

Анатомия

[ редактировать ]

Каждая ампула представляет собой пучок сенсорных клеток, содержащий множество нервных волокон в сенсорной луковице (эндампуле) в коллагеновой оболочке и заполненном гелем канале (ампулленганге), который открывается на поверхность через пору в коже. Гель представляет собой вещество на основе гликопротеина с таким же удельным сопротивлением, как морская вода, и электрическими свойствами, подобными полупроводнику . [8] [3] [9]

Поры сосредоточены в коже вокруг рыла и рта акул и скатов, а также на передней носовой створке, усике, околоушной складке и нижней губной борозде. [10] Размер канала обычно соответствует размеру тела животного, но количество ампул остается прежним. Каналы ампул Лоренцини могут быть пористыми и беспористыми. Непористые каналы не взаимодействуют с движением внешней жидкости, но выполняют функцию тактильных рецепторов, предотвращая взаимодействие с инородными частицами. [10]

Электрорецепция

[ редактировать ]
Как ампула Лоренцини обнаруживает электрическое поле

Ампулы улавливают электрические поля в воде, или, точнее, разность потенциалов между напряжением в порах кожи и напряжением в основании электрорецепторных клеток. [11] [12] [6]

Положительный стимул пор снижает скорость нервной активности, исходящей от электрорецепторных клеток, а отрицательный стимул пор увеличивает скорость. Каждая ампула содержит один слой рецепторных клеток, разделенных опорными клетками. Клетки соединены апикальными плотными соединениями, поэтому между ними не протекает ток. Апикальные поверхности рецепторных клеток имеют небольшую площадь поверхности с высокой концентрацией потенциалзависимых кальциевых каналов (которые запускают деполяризацию) и активируемых кальцием калиевых каналов (для последующей реполяризации). [13]

Поскольку стенка канала имеет очень высокое сопротивление, вся разница напряжений между порой канала и ампулой падает на рецепторный эпителий толщиной 50 микрон. Поскольку базальные мембраны рецепторных клеток имеют более низкое сопротивление, большая часть напряжения падает на возбудимых апикальных поверхностях, которые находятся у порога. Внутренний ток кальция через рецепторные клетки деполяризует базальные поверхности, вызывая большой потенциал действия — волну деполяризации, за которой следует реполяризация (как в нервном волокне). Это вызывает пресинаптическое высвобождение кальция и высвобождение возбуждающего медиатора в афферентные нервные волокна. Эти волокна передают в мозг рыбы информацию о размере обнаруженного электрического поля. [14]

Ампула содержит активируемые кальцием калиевые каналы с большой проводимостью ( ВК-каналы ). Акулы гораздо более чувствительны к электрическим полям, чем электрорецепторные пресноводные рыбы, да и вообще, чем любое другое животное, с порогом чувствительности всего 5 нВ/см. Коллагеновое желе, гидрогель , который заполняет каналы ампул, обладает одной из самых высоких способностей протонной проводимости среди любого биологического материала. Он содержит кератансульфат на 97% воды и имеет проводимость около 1,8 мСм/см. [14] [11] Все животные создают электрическое поле, вызванное мышечными сокращениями; электрорецепторные рыбы могут улавливать слабые электрические стимулы от мышечных сокращений добычи. [6]

У рыбы-пилы больше ампулярных пор, чем у любой другой хрящевой рыбы, и она считается специалистом по электрорецепции.У рыбы-пилы есть ампулы Лоренцини на голове, брюшной и спинной стороне рострума, ведущей к жабрам, а также на спинной стороне тела. [15]

Магниторецепция

[ редактировать ]

Ампулы Лоренцини также способствуют возможности получения геомагнитной информации. Поскольку магнитное и электрическое поля связаны, магниторецепция посредством электромагнитной индукции возможна в ампулах Лоренцини. Многие хрящевые рыбы реагируют на искусственно генерируемые магнитные поля в сочетании с пищевым вознаграждением, демонстрируя свои способности. Магниторецепция может объяснить способность акул и скатов формировать строгие схемы миграции и определять свое географическое положение. [16]

Датчик температуры

[ редактировать ]

В 2003 году считалось, что похожее на слизь вещество внутри трубок, возможно, действует как термоэлектрический полупроводник, преобразуя изменения температуры в электрический сигнал, который животное могло использовать для обнаружения температурных градиентов. [17] Исследование 2007 года, похоже, опровергло это. [18] Вопрос остался открытым, [19] а в 2023 году было предсказано, что ампулы Лоренцини у акул смогут улавливать разницу температур в 0,001 Кельвина (тысячная доля градуса). Искусственный датчик, использующий тот же принцип, способен обнаружить разницу в 0,01 Кельвина. [20]

См. также

[ редактировать ]
  • Кнолленорган - негомологичный тип электрорецепторов, обнаруженный у мормиридовых рыб.
  1. ^ Перейти обратно: а б Рот А., Чхарнтке Х. (октябрь 1976 г.). «Ультраструктура ампулярных электрорецепторов двоякодышащих рыб и брахиоптеригиев». Исследования клеток и тканей . 173 (1): 95–108. дои : 10.1007/BF00219268 . ПМИД   991235 . S2CID   2431185 .
  2. ^ Гиббс М.А., Норткатт Р.Г. (2004). «Развитие системы боковой линии лопатоноса». Мозг, поведение и эволюция . 64 (2): 70–84. дои : 10.1159/000079117 . ПМИД   15205543 . S2CID   24967528 .
  3. ^ Перейти обратно: а б Баранес, Ави; Фишельсон, Лев (6 января 1999 г.). «Распространение, морфология и цитология ампул Лоренцини у оманской акулы Iago omanensis (Triakidae) из залива Акаба, Красное море» . Анатомическая запись . 251 (251: 417–430): 417–430. doi : 10.1002/(SICI)1097-0185(199808)251:4<417::AID-AR1>3.0.CO;2-P . ПМИД   9713980 . S2CID   46064651 . Проверено 21 марта 2022 г.
  4. ^ Мюррей Р.В. (сентябрь 1960 г.). «Электрическая чувствительность ампул Лоренцини» . Природа 187 (4741): 957. Бибкод : 1960Nature.187..957M . дои : 10.1038/ 187957a0 ПМИД   13727039 .
  5. ^ Мюррей Р.В. (март 1962 г.). «Реакция ампул Лоренцини пластиножаберных на электрическую стимуляцию». Журнал экспериментальной биологии . 39 : 119–28. дои : 10.1242/jeb.39.1.119 . ПМИД   14477490 .
  6. ^ Перейти обратно: а б с Филдс РД (август 2007 г.). «Электрическое чутье акулы». Научный американец . 297 (2): 74–81. Бибкод : 2007SciAm.297b..74F . doi : 10.1038/scientificamerican0807-74 . JSTOR   26069417 . ПМИД   17894175 .
  7. ^ Перейти обратно: а б Буллок Т.Г., Бодзник Д.А., Норткатт Р.Г. (1983). «Филогенетическое распределение электрорецепции: доказательства конвергентной эволюции сенсорной модальности примитивных позвоночных» (PDF) . Обзоры исследований мозга . 6 (1): 25–46. дои : 10.1016/0165-0173(83)90003-6 . hdl : 2027.42/25137 . ПМИД   6616267 . S2CID   15603518 .
  8. ^ Филдс Р.Д., Филдс К.Д., Филдс MC (октябрь 2007 г.). «Полупроводниковый гель в органах чувств акулы?» . Письма по неврологии . 426 (3): 166–70. дои : 10.1016/j.neulet.2007.08.064 . ПМК   2211453 . ПМИД   17904741 .
  9. ^ Вурингер Б.Е., Тиббетс И.Р., Уайтхед Д.Л. (01 февраля 2009 г.). «Ультраструктура ампул Aptychotrema rostrata (Rhinobatidae)» Зооморфология . 128 (1): 45–52. дои : 10.1007/s00435-008-0073-5 . ISSN   1432-234X . S2CID   25440327 .
  10. ^ Перейти обратно: а б Винтер-Янсон М., Вурингер Б.Е., Сеймур Дж.Э. (2012). «Электрорецептивные и механорецептивные анатомические специализации эполетной акулы (Hemiscyllium ocellatum)» . ПЛОС Один . 7 (11): е49857. Бибкод : 2012PLoSO...749857W . дои : 10.1371/journal.pone.0049857 . ПМЦ   3511481 . ПМИД   23226226 .
  11. ^ Перейти обратно: а б Кинг Б, Ху Ю, Лонг Дж. А. (май 2018 г.). «Электрорецепция у ранних позвоночных: исследование, данные и новая информация» . Палеонтология . 61 (3): 325–58. дои : 10.1111/пала.12346 .
  12. ^ Ньютон К.С., Гилл А.Б., Кадзюра С.М. (июль 2019 г.). «Электрорецепция у морских рыб: хондрихтианы» . Журнал биологии рыб . 95 (1): 135–154. дои : 10.1111/jfb.14068 . ПМИД   31169300 .
  13. ^ Клузин В.Т., Беннетт М.В. (февраль 1977 г.). «Активируемая кальцием проводимость в электрорецепторах коньков: эксперименты с токовыми зажимами» . Журнал общей физиологии . 69 (2): 121–43. дои : 10.1085/jgp.69.2.121 . ПМК   2215012 . ПМИД   190338 .
  14. ^ Перейти обратно: а б Беллоно Н.В., Лейтч Д.Б., Юлиус Д. (июнь 2018 г.). «Молекулярная настройка электрорецепции у акул и скатов» . Природа . 558 (7708): 122–126. Бибкод : 2018Natur.558..122B . дои : 10.1038/s41586-018-0160-9 . ПМК   6101975 . ПМИД   29849147 .
  15. ^ Вурингер Б.Е., Певерелл С.С., Сеймур Дж., Сквайр Л., Кадзюра С.М., Коллин С.П. (2011). «Сенсорные системы рыб-пил. 1. Ампулы Лоренцини». Мозг, поведение и эволюция . 78 (2): 139–49. дои : 10.1159/000329515 . ПМИД   21829004 . S2CID   16357946 .
  16. ^ Ньютон К.К., Кадзюра С.М. (29 сентября 2020 г.). «Желтый скат (Urobatis jamaicensis) может различать геомагнитные сигналы, необходимые для составления двухкоординатной магнитной карты». Морская биология . 167 (10): 151. дои : 10.1007/s00227-020-03763-1 . S2CID   224948807 .
  17. ^ Браун БР (30 января 2003 г.). «Измерение температуры без ионных каналов» . Природа . 421 (6922): 495–495. дои : 10.1038/421495a . ISSN   0028-0836 .
  18. ^ Филдс Р.Д., Филдс К.Д., Филдс MC (22 октября 2007 г.). «Полупроводниковый гель в органах чувств акулы?» . Письма по неврологии . 426 (3): 166–170. дои : 10.1016/j.neulet.2007.08.064 . ISSN   0304-3940 . ПМК   2211453 . ПМИД   17904741 .
  19. ^ Браун БР (март 2010 г.). «Температурный отклик электросенсоров и тепловые напряжения в электролитах» . Журнал биологической физики . 36 (2): 121–134. дои : 10.1007/s10867-009-9174-8 . ПМЦ   2825305 . ПМИД   19760113 .
  20. ^ Чжан Ю, Е Д, Ли М, Чжан Икс, Ди С, Ван С (12 января 2023 г.). «Твердотельная ионизация позволила сверхчувствительно обнаруживать тепловые следы с разрешением 0,001 К в глубоком море» . Природные коммуникации . 14 (1). дои : 10.1038/s41467-022-35682-8 . ISSN   2041-1723 . ПМЦ   9837202 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 184101e5fd4cd595a1388cab06025087__1720260240
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/18/87/184101e5fd4cd595a1388cab06025087.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Ampullae of Lorenzini - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)