Undersøgelse afslører, hvordan midtskibsfisken opretholder sit timelange parringskald

Forskere ved University of Pennsylvania har opdaget, hvordan Stillehavets midtskibsfisk kan nynne uafbrudt i op til en time for at tiltrække potentielle kammerater. Studiet, som er vist på forsiden af ​​januar 2018-udgaven af Journal of General Physiology , forklarer, hvordan muskelfibrene omkring fiskens svømmeblære kan opretholde de høje sammentrækningshastigheder - op til 100 gange i sekundet - der er nødvendige for at frembringe dyrets karakteristiske kald.

Det kan være svært at finde en mage i havets mørke og overskyede vand, så hannerne fra flere fiskearter har udviklet evnen til at udsende høje kald, der kan tiltrække potentielle kvindelige partnere til deres rede. Disse parringskald genereres af superhurtige muskelfibre, der omgiver fiskenes svømmeblærer og gennemgår hurtige cyklusser af sammentrækning og afslapning for at få disse gasfyldte organer til at vibrere.

Han atlantisk tudsefisk, for eksempel, trække sig sammen og slappe af deres svømmeblæremuskler op til 100-200 gange i sekundet for at producere korte, gentagne "bådfløjte"-kald afbrudt med relativt lange perioder med stilhed. Type I-hanner af Stillehavets midtskibsfisk ( Porichthys notatus ) er endnu mere bemærkelsesværdige, producerer en kontinuerlig parringsbrum i så lang tid som en time (du kan høre et kort udsnit i videoen nedenfor). Med en hastighed på 100 sammentrækninger og afspændinger i sekundet, midtskibssvømmeblæremusklen kan derfor trække sig sammen med så mange som 360, 000 gange i løbet af et timelangt opkald. "Midtskibssvømmeblæremusklen genererer flere sammentrækninger i timen end nogen anden kendt hvirveldyrmuskel, forklarer Lawrence C. Rome, Professor i biologi ved University of Pennsylvania.

Muskelsammentrækninger udløses af calciumioner, der frigives fra intracellulære lagersteder til muskelfibres cytoplasma som reaktion på nerveimpulser. Typisk, disse calciumioner pumpes derefter tilbage til lageret, lader musklen slappe af, før den modtager yderligere nerveimpulser, men fisks svømmeblære muskler trækker sig for hurtigt sammen til, at denne pumpefase kan afsluttes, før den næste sammentrækning begynder.

Atlanterhavstudsefisken løser dette problem, delvis, ved at producere store mængder af et protein kaldet parvalbumin, der kan fjerne overskydende calcium fra muskelcytoplasmaet. Disse calciumioner kan derefter langsomt pumpes tilbage til lageret i de stille perioder, der præger tudsefiskens kald.

Pacific midshipman producerer ikke så meget parvalbumin, imidlertid, og, selvom det gjorde, fiskens kontinuerlige kald ville snart overvælde proteinets calciumbindingskapacitet. "Spørgsmålet er så tilbage:Hvordan håndterer midtskibsmanden sit calcium under sine kontinuerlige opkald?" spørger Rom.

Rom og kolleger målte derfor mængden af ​​calcium frigivet og pumpet af midshipman svømmeblære muskler, mens de gentagne gange trækker sig sammen og slapper af. Forskerne fandt ud af, at som i Atlanterhavstudsefisken, midshipman-musklerne trækker sig kun sammen én gang pr. nerveimpuls. Dette står i kontrast til naturens mest ekstreme tilfælde af gentagne muskelaktioner, de højfrekvente flyvemuskler hos bier og andre insekter, som trækker sig sammen flere gange som svar på en enkelt impuls.

Afgørende, imidlertid, midshipman-muskler frigiver cirka otte gange mindre calcium end paddefiskmuskler som reaktion på enkelte nerveimpulser. Dermed, at opretholde et timelangt parringsopkald, midshipman-musklen frigiver, og efterfølgende pumper, kun to gange så meget calcium, som tudsefisken bruger til at lave intermitterende opkald i samme tidsrum.

"Den lille mængde calcium, der frigives pr. stimulus, er nøgleelementet, der tillader calciumpumperne i midshipman-svømmeblæremusklen at holde trit over lange perioder med højfrekvent stimulation, " forklarer Rom. Desuden, fordi calciumpumpning kræver energi, de lave niveauer af calciumfrigivelse sænker også de metaboliske krav til at lave en kontinuerlig, timelangt parringskald.

Rom og kolleger fandt også ud af, at gennemsnitlig, proteinerne, der pumper calcium ud af cytoplasmaet og ind i lageret, fungerer hurtigere i midshipman-musklerne end deres ækvivalenter i tudsefisk. "Kombinationen af ​​hurtig calciumpumpning og lille calciumfrigivelse tillader midtskibsmanden at opretholde den korrekte balance af calciumioner under sit langvarige parringskald, " siger Rom. Men tilføjer han, det er stadig at se, hvordan så lave calciumniveauer får svømmeblæremusklen til at trække sig sammen med tilstrækkelig kraft til at generere midtskibsmandens karakteristiske brummen.