生物通报道：长久以来，人们都知道有一些特定的鱼类，拥有生物电细胞，能发电，还能感受电。但是这些生物电细胞的精细工作机理还是个谜。
本周加州旧金山研究机构（UCSF）发表在Nature杂志上的一篇文章，通过分析一种小型鳐鱼Leucoraja erinacea（属浅水品种，一般生活在90米深的海水中，最大约60cm长）的电感细胞，发现，这些细胞中的电压门控钙离子通道与钙激活钾通道协同工作，两个通道共同负责调节小型鳐鱼感知微弱电信号。
阿利生兰整块染色法染色的鳐鱼
鲨鱼（软骨鱼），鳐鱼（skates或称Rajiformes，鲨鱼近亲，软骨鱼，生活在寒冷的海域，一般生活在深海），魟鱼（ray或称Myliobatiformes，鲨鱼近亲，软骨鱼，生活在暖和的海域或出现在热带江河入海口处，一般生活在浅水），能够检测附近的电场信号，比如小鱼的细微呼吸。在黑暗的海底，视力无法发挥，嗅觉有时也是有限的，通过特定的生物电感细胞来定位，就可以轻而易举地发现隐藏在泥沙中或者黑暗里的猎物。
鳐鱼
魟鱼
人类也可以感受到相对较强的电流，但这些鱼类可以感知到人类感觉不到的电流。事实上，近年来经过科学证实，很多动物都具备“电感受（electroreception）”功能——比如，单孔目的鸭嘴兽、小龙虾、海豚、甚至蜜蜂。
1678年意大利有个叫洛仑兹尼的解剖学家，他发现在鲨鱼的头部前端有好多斑点状的孔，这些孔大多集中在嘴边，黑黑的，看起来像没刮过的胡楂。他将这些体孔切开，发现每个体孔都是一个透明的管子，里面充满了几晶状的胶质，后人将这个器官命名为“洛仑兹尼壶腹”（ ampullae of Lorenzini）。遗憾的是洛仑兹尼和他以后许多科学家都没能研究出这个器官究竟有什么用处。一代又一代的科学家并没有放弃对鲨鱼洛仑兹尼壶腹的研究，直到洛仑兹尼发现“壶腹”300年后，也就是1970年，现代科学家利用现代仪器设备终于发现了迷惑了300年的疑问——该结构可用于感知电流。
一晃又是十几年，文章的共同作者Nicholas Bellono是UCSF的博士后，他说，我们已经阐明了电感受的分子基础，至少在小型鳐鱼这个品种上，我们了解了这些生物能够灵敏地察觉周围电场的机制。这项机制的通用程度我们虽然还不知晓，但是这确实是第一次我们解答了“究竟哪些分子参与了生物的电感受”这个旷世已久的问题。
洛仑兹尼壶腹（ampullae of Lorenzini）解剖结构图。图中束状的电感细胞负责检测周围的电场，并发送信号给大脑。
UCSF生理学系主任，本文的共同作者David Julius说，这感觉系统不仅仅关系到分子，还关系到其解剖学性质，在所有的感觉系统中，器官的进化都是为了完成它们的职责，这些鳐鱼的电系统也不例外。
当鱼呼吸时，海水接触到动物的黏液膜，并产生一个小的电场。鳐鱼和其他板腮鱼类的进化出感知这些电场的能力，并通过它来发现隐藏的猎物，反过来，在危险的水域，躲避捕食者。
虽然并没有参与该项研究，德州奥斯丁大学教授Harold Zakon表示，鳐鱼的感觉器官，在解剖学上，以及行为学上都已经得到了相当好的研究。仅40年来（自1970年），我们已经了解到钙离子电流和钙激活钾离子电流能够介导鲨鱼的电活动以及鲨鱼的电感受。但是，我们并不知道电感受器具体是如何工作的，即如何在水中检测到如此微小的电流。
Bellono和他的同事首次分离了小型鳐鱼壶腹器官上的电感受细胞。这并不如听起来这么容易，这些壶腹器官的细胞非常小，十分难分离，这在技术方面是相当具有挑战性的。研究人员然后测量了不同电刺激下，细胞内的离子电流。他们发现有两种主要的电流，钙离子电流和钾离子电流，互相耦合。值得注意的是，这些电流能够将电信号放大。随后，研究小组进行了基因表达实验，来确认细胞内钙和钾离子通道的存在。他们的研究策略，实际上在试图填补遗传学和生理学之间的空白。
最后，研究人员还通过药物来阻断这些通道，然后与野生型比较狩猎能力。他们将电发射设备埋藏在沙子里，野生型的鳐鱼能够准确瞄准信号，而阻断型鳐鱼不会。
Julius说，在遗传学研究中，通常研究人员会把感兴趣的基因敲掉，然后观察行为，但是我们不能这样做，所以我们利用了药理学来阻断离子通道。
Zakon教授表示，这项研究的技术是十分出色的，对“分子水平研究动物行为”这一课题，他们的研究方法是一个精彩的示范。
纽约亨特学院的Christopher Braun表示同意，这项研究真的很有趣，因为它向我们展现了一种协调机制，直接地将电感细胞的电感受能力，与动物关心的生物刺激联系了起来。本文所描述的离子机制清楚地说明了，细胞是如何被特异性地协调到与生态学有关的刺激物中的。我一直在研究动物是如何分选刺激，区分自己的放电和其他动物的放电。这种差异通常基于自己和其他动物电的频率不同。本文描述的细胞机制展现了，大脑初级筛选方式——只接收对其有利的信号，而不会被其他信息干扰。
Zakon说，他们下一步的计划是调查其他能够感知微弱生物电的物种，是否也存在这些相对简单的通道来介导类似的功能。比如其他鱼雷，甚至是拥有独立进化的电感受器的鸭嘴兽。在未来，更令人激动的研究是通过比较不同物种的电感受器来看看它们在灵敏度方面是否相同。（欧阳沐）
文章标题：Molecular basis of ancestral vertebrate electroreception
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