מֵידָע

15.9I: איברים חשמליים ואלקטרורצפטורים - ביולוגיה

15.9I: איברים חשמליים ואלקטרורצפטורים - ביולוגיה


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

בזמן מנוחה, החלק הפנימי של כל אלקטרוציט, כמו תא עצב או שריר, טעון שלילי ביחס לשני המשטחים החיצוניים. הפוטנציאל הוא בערך 0.08 וולט, אבל בגלל שהמטענים מתחלפים, לא זורם זרם. כאשר דחף עצבי מגיע לפני השטח האחורי, זרימת יוני הנתרן הופכת לרגע את המטען בדיוק כפי שהיא עושה בפוטנציאל הפעולה של עצבים ושרירים. (ברוב הדגים, אלקטרוציטים הם, למעשה, תאי שריר שעברו שינוי.) למרות שהמשטח האחורי כעת שלילי, המשטח הקדמי נשאר חיובי. המטענים כעת מחזקים זה את זה וזרם זורם בדיוק כפי שהוא עובר דרך סוללה חשמלית כשהתאים מחווטים ב"סדרה".

עם כמה אלפי האלקטרוציטים שלו, הצלופח החשמלי הדרום אמריקאי (אלקטרופורוס אלקטרוס) מייצר מתחים עד 600 וולט. הזרימה (אמפר) של הזרם מספיקה (0.25-0.5 אמפר) כדי להמם, אם לא להרוג, אדם. ניתן לחזור על דופק הזרם כמה מאות פעמים בכל שנייה.

איברים חשמליים רבי עוצמה כמו אלה של צלופח חשמלי משמשים ככלי נשק להלם טרף כמו גם טורפים פוטנציאליים.

המנגנון

בגיליון 5 בדצמבר 2014 של מַדָע, קנת קטניה מתאר את הניסויים שלו שחשפו כיצד הצלופח החשמלי לוכד את טרפו.

תוך כדי חקר סביבתו, הצלופח פולט סדרה מתמשכת של נָמוּך- פריקות מתח. מעת לעת הוא קוטע את אלה עם פריקה של 2 או 3 גָבוֹהַ-פולסי מתח. אלה גורמים לטרף קרוב, למשל. דג, להתעוות. תוך שבריר שנייה (20-40 אלפיות השנייה) מזיהוי העווית, הצלופחת משחררת מטח (~400 לשנייה) של פריקות מתח גבוה המהומות את הטרף ומאפשרות לצלופח ללכוד אותו.

למרבה הפלא, הן תגובת העווית והן הקיבוע מופעלים על ידי הנוירונים המוטוריים של הטרף עצמו. זוג פולסים גורם להתכווצות קצרה בעוד מטח של פריקות גורם טֶטָנוּס.

למרות שפוטנציאל הפעולה בנוירונים המוטוריים של הטרף לא נמדדו ישירות, שתי עדויות תומכות במנגנון זה.

  1. התגובות נותרו שלמות גם כאשר המוח וחוט השדרה של הטרף הושמדו ובכך ביטלה את האפשרות שהטרף נשען על רפלקס תנועתי →cns→cns→.
  2. Curare, שחוסם את העברת פוטנציאל הפעולה על פני הצומת הנוירו-שרירי אכן חסם את תגובות הטרף.

אז ציד על ידי הצלופח החשמלי כרוך בפעימה ראשונית של 2 או 3 פולסים חזקים כדי - במילותיו של קטאניה - לענות על השאלה "האם אתה טרף חי?". אם התשובה היא "כן", הטרף המום במהירות ומוכן לאכילה.

איברים חשמליים חלשים

האיברים החשמליים של דגים רבים חלשים מכדי להיות כלי נשק. במקום זאת הם משמשים כמכשירי איתות.

דגים רבים, מלבד הצלופח החשמלי, פולטים רכבת רציפה של אותות חשמליים על מנת לזהות עצמים במים סביבם. המערכת מפעילה משהו כמו מכ"ם תת-ימי ודורשת שלדגים יהיו גם קולטני אלקטרו (שממוקמים בעור). נוכחותם של עצמים במים מעוותת את השדות החשמליים שנוצרו על ידי הדגים, ושינוי זה מזוהה על ידי הקולטנים האלקטרוניים.

דגים חשמליים משתמשים במערכת המשדר והמקלט שלהם עבור פונקציות כגון

  • ניווט במים עכורים ו/או בלילה
  • איתור בני זוג פוטנציאליים
  • הגנה על הטריטוריה שלהם מפני יריבים מאותו המין
  • משיכת בני מיניהם לבתי ספר

קליטה חשמלית

העורכים שלנו יבדקו את מה שהגשת ויחליטו אם לשנות את המאמר.

קליטה חשמלית, היכולת לזהות שדות אלקטרוסטטיים חלשים באופן טבעי בסביבה. אלקטרוספציה נמצאת במספר מינים של בעלי חוליות, כולל חברים בשתי שושלות נפרדות של טלאוסטים (קבוצה של דגי סנפיר) ומונוטרמים (יונקים מטילים ביצים). דבורי בומבוס מסוגלות גם לזהות שדות חשמליים חלשים. בבעלי חוליות קליטת חשמל מתאפשרת באמצעות קיומם של איברים אלקטרורצפטורים רגישים בעור.

קליטה חשמלית מאפשרת זיהוי של טרף או מקורות מזון וחפצים אחרים ומשמשת על ידי מינים מסוימים כאמצעי לתקשורת חברתית. באופן כללי, לבעלי חיים יבשתיים יש שימוש מועט לקליטת חשמל, מכיוון שההתנגדות הגבוהה של האוויר מגבילה את זרימת הזרם החשמלי. לפיכך, לבני אדם חסרים קולטנים, אולם באמצעות גירוי חסר אבחנה של סיבי עצב תחושתיים ומוטוריים, בני אדם מסוגלים לזהות זרמים חשמליים חזקים (למשל, מסוללות או מגנרטורים סטטיים) הנובעים ממגע ישיר עם מקור חשמלי או ממגע עקיף עם מוליך. בינוני כגון מים.


AskNature

חלק ממערכות החיים משתמשות באותות חשמליים או מגנטיים כדרך לקבל מידע מסביבתן. שדות מגנטיים וחשמליים יכולים לעזור למערכות חיים כאלה לקבוע כיוון, גובה או מיקום, ושדות חשמליים עוזרים גם למערכות חיות למצוא מערכות חיים אחרות. זיהוי ופירוש אותות חשמליים ומגנטיים דורש טכניקות מיוחדות. לדוגמה, חיידקים השוכנים בבוץ משתמשים בגבישים המורכבים ממגנטיט כדי לחוש גיאומגנטיות, מה שעוזר לכוון את החיידקים להתחפר עמוק יותר לתוך הבוץ.

Class Agnatha ("ללא לסתות"), Class Chondrichthyes ("דג סחוס"), Superclass Osteichthyes ("דגי עצמות"): כרישים, צלופחים, חטיף, דג.

הדגים הם קבוצה מגוונת, הכוללת מספר כיתות בתוך Phylum Animalia. המעמדות הידועים ביותר הם Chonrichthyes, שיש בו כרישים וקרניים, ו-Superclass Osteichthyes, שבו יש את כל הדגים הגרמיים כמו בקלה וטונה. בניגוד לבעלי חוליות אחרים, דגים חיים רק במים. הם משתמשים בהתאמות מיוחדות כמו סנפירים, זימים ושלפוחית ​​שחייה כדי לשרוד. רובם אקטותרמיים, כלומר טמפרטורת הגוף שלהם תלויה בטמפרטורת המים סביבם. יותר ממחצית מכלל החולייתנים הם דגים. הם נמצאים מתחתית הים ועד אגמי הרים גבוהים.

חוטמו של כריש לבן גדול מזהה זרמים חשמליים זעירים המיוצרים על ידי טרף באמצעות איברים רגישים לאלקטרוניקה הנקראים אמפולות של לורנציני.

כל האורגניזמים החיים יוצרים שדות חשמליים סביב גופם, אך רק חלק מהאורגניזמים מסוגלים לחוש אותם. Elasmobranchii, הכולל כרישים, קרניים וגלגיליות, היא קבוצה אחת של בעלי חיים שיש להם קולטנים חשמליים המאפשרים להם לזהות שדות חשמליים. דגים אלה משתמשים ביכולתם לתפוס גירויים חשמליים כדי לחדד את הטרף החי, לאחר שחושים הריח והראייה שלהם סייעו להם בחיפוש הראשוני.

אלקטרורצפטור אלסמוברנץ', הנקרא גם אמפולה של לורנציני (על שם המדען שתיאר אותם לראשונה), מורכב מתעלה צינורית ומבודדת המחברת נקבובית על פני העור לשק עגול פנימי (אמפולה). התעלה והאמפולה מלאות בג'ל המוליך בקלות זרמים חשמליים מהמים מחוץ לנקבוביות לתאי קולטן בתוך דופן האמפולה. תאי קולטנים אלה מעוררים על ידי הזרם החשמלי ושולחים אותות דרך עצבים למוח, המשלב את האותות המגיעים מקולטנים מופעלים שונים כדי ליצור "תמונה" שלמה של השדה החשמלי החיצוני.

אמפולות של לורנציני נמצאות סביב הראש בכרישים ועל פני השטח של סנפירי החזה המורחבים בגלגיליות וקרני. הנקבוביות גלויות לעין בלתי מזוינת על פני העור, ונראות כנקודות קטנות.

למד עוד על האופן שבו האמפולות של לורנציני פועלות בכרישים ודגי אלסמוברנץ' אחרים בסרטון זה של KQED Deep Look.

תוכן זה מסומן כ-“Google Youtube” משתמש בקובצי Cookie שבחרת להשאיר מושבתים. לחץ כאן כדי לפתוח את ההעדפות שלך ולקבל עוגיות..


Electrolocation ו-Electrocommunication☆

מסלולים מרכזיים לקליטת חשמל

אלקטרורצפטורים מקרינים לגרעין מדולרי היפרטרופי, האונה האלקטרוסנסורית (ELL) (איור 3). ה-ELL הוא מבנה שכבות עם שכבות נפרדות לקלט אלקטרורצפטור, אינטרנוירונים, נוירוני הקרנה עיקריים וקלט משוב/יורד. אלקטרורצפטורים מסתיימים בצורה טופוגרפית במספר מפות ב-ELL של דגים מורמירים וגימנוטיפורמים כאחד - שלוש מפות במורמירידים וארבע מפות בדגים גימנוטיפורמים. בשני סוגי הדגים החשמליים, מפה אחת מוקדשת לקולטני האלקטרו האמפולריים ומשאירה שתי מפות (מורמירידים) ושלוש (דגים גימנוטיפורמיים) בהתאמה כדי לעבד את קלט ה-EA האחראי לאקטרו-מיקום. בהמשך אני מתמקד בשלוש המפות של דג הגימנוטיפורם מסוג גל, Apteronotus leptorhynchus מכיוון שהניתוחים המפורטים ביותר עד כה זמינים עבור ELL שלה.

איור 3 . סכימה פשוטה של ​​מסלולים עצביים עיקריים של דג גימנוטיפורם ישנם מסלולים דומים בדגים מורמירידים, אך ישנם מסלולים מורכבים נוספים הקשורים לפריקה הנלווית לאזורים תחושתיים שאינם מומחשים כאן. מסלולים אלקטרו-חושיים עולים מוצגים באדום, מסלולי משוב בכחול ומסלולים אלקטרו-מוטוריים בשחור. רק התחזיות הנגדיות הבולטות מסומנות. אלקטרורצפטורים מקרינים בצורה טופוגרפית על אונת הקו הצדדית האיפסילטרלית (ELL) נוכחותן של שלוש מפות אינה מצוינת כאן. המבנה של נוירון הקרנה עיקרי, התא הפירמידלי הבסיסי, מצוין גם שהדנדריט הבסיסי מקבל קלט אלקטרורצפטור. ה-ELL מקרין לגרעין הפרימיננטיאליס (nP) ול-midbrain torus semicircularis (TS). ה-TS בתורו מקרין באופן טופוגרפי אל הטקטום האופטי (TeO) לשליטה בתנועות הקשורות ללכידת טרף וניווט. ה-TS גם מקרין בצורה מפוזרת לגרעין האלקטרוסנסוריוס (nE), אזור דיאנצפלי המחלץ אותות תקשורת חשמליים ספציפיים למין. ה-nE מקרין לגרעין המקדים (PPn). ה-PPn מקבל גם קלט נוסף נרחב מאזורי היפותלמוס ואחרים במוח ומפעיל אותות תקשורת חשמליים על ידי אפנון הפעילות של גרעין הקוצב. ה-PPn מקרין לתאי גרעין הקוצב (PM) ב-PM גורם לפריקת האיברים החשמליים (EOD) הבסיסית (לא מווסתת). ראש הממשלה מקרין לנוירונים אלקטרו-מוטוריים בחוט השדרה, אלה מקרינים בתורם לאיבר החשמלי בזנב הדג כדי ליצור את השדה החשמלי שממריץ את הקולטנים האלקטרוניים. ה-nP מקבל גם קלט אלקטרו-חושי עולה (ELL) וגם משוב (TS). בתורו, היא מספקת תחזיות משוב ל-ELL אלה מסתיימות בעיקר על הדנדריטים האפיקיים של תאים פירמידליים של ELL. מסלולי המשוב הישיר והעקיף אינם מוצגים.

לשלושת המפות של ELL EA יש את אותו מבנה כולל אבל הגודל והכוונון הפונקציונלי משתנים בצורה מתואמת. מפה צנטרומדיאלית גדולה כוללת תאים עיקריים עם שדות קליטה קטנים (RFs) המותאמים לרזולוציה מרחבית גבוהה כפי שניתן לצפות, התאים העיקריים מכוונים ביו-פיזית ל-AMs בתדר נמוך הקשורים לאלקטרולוקציה. המפה הצדדית קטנה ולתאים העיקריים שלה יש RFs גדולים המותאמים לרזולוציה זמנית גבוהה כפי שניתן לצפות, תאים אלה מכוונים ל-AMs בתדר גבוה הקשור לאלקטרולוקציה. הנוכחות של מפות טופוגרפיות מרובות עם עקומות כוונון מרחביות ותדרים רלוונטית מאוד לניתוחים תיאורטיים עדכניים של השפעת עקומות כוונון על קידוד אוכלוסיה. בפרט, שלוש מפות ה-ELL מתחילות את תהליך המרת קלט ה-EA הגולמי לקוד דליל עבור תכונות תפיסתיות ספציפיות כגון ציוצים, מעטפות ותנועת אובייקט.

התאים העיקריים של כל שלוש המפות הם בעיקר תאים פירמידליים (מחשבים אישיים) עם דנדריטים בסיסיים וקודקודים כאחד. הדנדריטים הבסיסיים יכולים להזין אלקטרורצפטורים בכתם קטן של עור מסוגל לרגש את התאים הללו. הדנדריטים האפיקליים מקבלים משוב מסיבי/יורד שמאפנן בצורה מורכבת את מאפייני הקידוד הבסיסיים שמעניקים קלט EA. שליטה יורדת של עיבוד חושי היא נושא נפוץ בכל המערכות החושיות וההפרדה הברורה של קלט היזון ויורד לדנדריטים בסיסיים וקודקודים של מחשבים אישיים הפכה אותם למערכת מודל שימושית ביותר לחקירת תפקידה של אפנון כזה.

בתחום המרחבי, סוגים ספציפיים של אינטרנוירונים מעכבים משתתפים ביצירת שדות קולטי היקפים. לפיכך, למחשבים רבים יש שדות קליטה עם ארגון המרכז-סראונד דומה מאוד לזה המתואר עבור תאי הגנגליון ברשתית. יש דמיון מדהים עוד יותר בין הרשתית ל-ELL. אוכלוסיה אחת המוגדרת מורפולוגית של מחשבי ELL מקבילה מבחינה תפקודית לתאי גנגליון רשתית ON מרכז-OFF מקיפים (מרכז שדה קולט מגיב לאובייקטים מוליכים). אוכלוסייה מופרדת מופרדת מקבילה מבחינה תפקודית לתאי גנגליון רשתית OFF מרכז-ON מקיפים (מרכז שדה קולט מגיב ל אובייקטים לא מוליכים). הדיכוטומיה של תאי ON/OFF מחויבת בביופיזיקה ובמעגלים הן של ה-ELL והן של הרשתית, ונחשבה ליישם "קוד קו מסומן" לניגודיות מרחבית מקומית. לכן, זה היה בהלם, שגם ב-ELL וגם ברשתית, תנועה הפוכה של עצם מוליך (בהיר) יכולה לגרום למעבר מתגובת תא ON ל-OFF, ולהיפך להיפוך תנועה של עצם לא מוליך (כהה). הן החוש האלקטרו והן החזותי משתמשים במערך קולטנים דו מימדי כדי לחלץ מידע על המבנה התלת מימדי של סביבת החיה. גילוי מתג ההפעלה/כיבוי מציין תחילה ששני החושים צריכים ליישם את מתג ההפעלה/כיבוי עבור החישובים הנדרשים לחילוץ תנועת היפוך תלת-ממדית מתמונות דו-ממדיות. תוצאות אלו מעלות גם שאלות מרתקות אך קשות מאוד לגבי האופן שבו מעגלים במורד הזרם יכולים לשמור על ייצוג בלתי משתנה של עצמים נעים למרות מתג כזה בקידוד ניגודיות דינמי.

אפרנטים אלקטרורצפטורים מנצלים גלוטמט כמעביר עצבי, וכך גם רוב מסלולי המשוב/ירידה ל-ELL. גם קולטנים יונוטרופיים לגלוטמט מסוג AMPA וגם מסוג NMDA אותרו ב-ELL ובאזורים אחרים של מוח הדג החשמלי (הן גימנוטיפורם והן מורמיריד). קולטני ה-NMDA של דגים גימנוטיפורמים שוכפלו ונמצאו כמחשבי ELL משומרים מאוד מבטאים רמות גבוהות של קולטן NMDA. כפי שנדון להלן, קולטן זה עשוי להיות חשוב ביותר בפלסטיות אדפטיבית של תחזיות ירידה ומשוב ל-ELL. ההתמחות הדנדרטית של מחשבי ELL (דנדריטים בסיסיים ואפיקליים מקבלים תשומות שונות) גרמה לעבודה מקיפה על המתאם המולקולרי והביופיזי האפשרי של הבדלים אנטומיים אלה. ב-Gymnotiform ELL, ישנם הבדלים חשובים בהתפלגות של לפחות Na + ו-K + ערוצים מגודרים במתח על העצים הבסיסיים לעומת עצים הדנדריטים האפיקיים ואולי גם בהפצה של שליחים שניים שונים. התפלגות דנדרטית דיפרנציאלית כזו של תעלות יונים דווחה לעתים קרובות עבור תאים פירמידליים של קליפת יונקים, אך תפקידה התפקודי נותר מעורפל. ב-ELL, ערוצי Na + דנדריטיים אפיקליים של PC מתווכים פוטנציאל פעולה של התפשטות דנדרטית לאחור, אשר בתורו מוביל להתפרצות ספייק. לפרצי ספייק יש מאפייני קידוד ספציפיים וקריטיים במחשבים האישיים: לדוגמה, PC פורץ קוד לתנועת אובייקט במפה הצנטרומדיאלית אך לאותות תקשורת מהירים (ציוץ) במפה הרוחבית. לפיכך, בגימנוטיפורם ELL, ניתן לקשר ישירות בין ביו-פיזיקה דנדרטית לחישובים תחושתיים.

מחשבי ה-ELL מתכננים בעיקר למרכזי מוח גבוהים יותר באמצעות הלמניסקוס הצידי, מסלול עבה של סיבים מיאליניים. ישנן שתי מטרות עיקריות: גרעין מוח אחורי המכונה nucleus praeminentialis (nP) ו-midbrain torus semicircularis (TS). ה-nP מעורב אך ורק בתחזיות משוב ל-ELL ונדון להלן. ה-TS דומה לקוליקולוס התחתון של יונקים, יש הרבה יותר נוירונים וסוגי נוירונים ב-TS מאשר ב-ELL. ל-TS של דגים גימנוטיפורמים יש מבנה שכבות מורכב, בעוד שלמורמירידים מאורגן לקבוצות גרעיניות נפרדות ללא שכבות. עבור שתי המשפחות של דגים חשמליים, מפות ELL השונות מתכנסות ב-TS.

ה-TS של דגים גימנוטיפורמים נחקר בפירוט. הוא מקרין לארבעה אזורי מטרה: ה-nP, הטקטום האופטי, הגרעין האלקטרוסנסורי והגרעין הפרגלומרולרי. התחזיות ל-nP מרמזות שעיבוד אלקטרו-חושי מסדר גבוה יותר יכול להשפיע על עיבוד מסדר ראשון ב-ELL (מכיוון ש-nP הוא גרעין משוב המקרין בחזרה ל-ELL) זהו נושא נפוץ במערכות חושיות של יונקים שבהם אזורי חישה בקליפת המוח מספקים משוב חזק לאזורים תחושתיים של גזע המוח. התפקיד המדויק של תחזיות משוב TS ל-nP אינו ידוע.

הג'ימינוטיפורם TS נחקר באופן אינטנסיבי ביחס למורפולוגיה שלו והן לאלקטרופיזיולוגיה שלו. ישנם כ-50 סוגי תאים שונים ב-TS ורבים ידועים כיום כמכוונים ספציפית לאותות אלקטרו-חושיים שונים מאוד. סוגי תאים שונים מתמחים בתגובה לתנועת אובייקט כיוונית לעומת אותות תקשורת שונים (למשל, פעימות וציוצים). בנוסף, תאים מסוימים מכוונים להגיב באופן סלקטיבי לאותות מעטפת (ראה לעיל) ויכולים ככל הנראה ליישם מעקב אחר התנועה של בני מינו. הבסיסים הסלולריים והרשתיים (למשל, תעלות יונים תלויות-מתח וגמישות סינפטית) של תגובות סלקטיביות אלה הופכים מובנים יותר כך שכמו ב-ELL, ניתן לחבר כעת ביופיסיקה ומאפייני רשת ישירות לתפקוד ברמת המערכות. ל-TS יש בבירור כוונון הרבה יותר ספציפי מאשר תאי פירמידה ELL (קידוד דליל יותר) שלו, מנגנונים סינפטיים שבאמצעותם מעגלי TS מדלגים את קלט ה-ELL הם נושא מרכזי במחקר.

הטקטום האופטי (קוליקלוס עליון ביונקים) הוא גרעין מוח אמצעי שמור מאוד של בעלי חוליות, המקבל בדרך כלל קלט ברשתית ומכוון את העיניים והגוף לעבר מאפיינים חזותיים בולטים. זה גם אופייני שחושים אחרים, כמו מגע או אודישן, מקרינים אל השכבות העמוקות יותר של הקוליקלוס העליון ולכן יכולים גם ליזום התמצאות לעבר גירויים אלו. לכן אין זה מפתיע ש-TS (אלקטרו-סנסורי) מקרין טופוגרפית אל השכבות העמוקות יותר של הטקטום הגימנוטיפורמי וכי ישנם תאים טקטאליים המגיבים לקלט אלקטרו-חושי וחזותי כאחד. למרות שזה לא נחקר לעומק, ההנחה היא שהטקטום משמש כממשק בין המערכות האלקטרוסנסוריות והמוטוריות.

ההקרנות TS לגרעין אלקטרוסנסוריוס (אזור מוח דיאנצפלי) נראות מפוזרות (לא טופוגרפיות). הקלטות אלקטרופיזיולוגיות מגרעין זה מוכיחות שהוא מגיב לסוגים שונים של אותות תקשורת, כולל ציוצים. לפיכך, נראה שיש הפרדה של עיבוד עצבי שבאמצעותו מתווכת אלקטרולוקציה באמצעות הטקטום האופטי, בעוד שהאלקטרוקומוניקציה מתווכת על ידי הגרעין האלקטרוסנסורי. הגרעין האלקטרוסנסורי מקרין הן לגרעיני הקדם-קוצב והן לגרעיני ההיפותלמוס כפי שהוזכר לעיל, תאים פפטידרגיים היפותלמוסים משלימים את המעגל על ​​ידי הקרנה לגרעין המקדים. ההערכות ההיפותלמומיות לקוצב הקדם מתווכות ככל הנראה אפנון מוטיבציוני של אלקטרוקומוניקציה אך נושא זה לא נחקר בפירוט.

ה-TS וה-tectum מקרינים שניהם לגרעין הפרגלומרולרי (PG). ה-PG של דגי הטלאוסט הוא קבוצה גרעינית דיאנצפלית המקבילה מבחינה תפקודית לתלמוס הגב של מי השפיר: היא קולטת קלט חושי ואחר ומשדר קלט זה לטלנספאלון הגבי (פליום). עדיין לא ברור אם PG הוא הומולוגי לתלמוס או ש-PG/תלמוס הם דוגמאות לאבולוציה מתכנסת. מכיוון שגם TS וגם tectum מקרינים ל-PG, קלט אלקטרו-חושי הקשור לניווט ותקשורת יכול להגיע לפליום (ראה להלן).


הפניות

התראות דואר אלקטרוני

מצוטט על ידי

מצא אותנו בכנס השנתי של SEB 2021

אנו מצפים לוועידה השנתית של SEB 2021, שתתקיים באופן מקוון מה-29 ביוני עד ה-8 ביולי.

קריירה וקפה
הצטרפו לעורכת הביקורות של JEB, שרלוט ראטלדג', בשעה 13:30 ב-1 ביולי כדי לשמוע על מסע הקריירה האישי שלה.

פרס המדען הצעיר
אנו שמחים לתת חסות לפרס המדען הצעיר (מדור בעלי חיים). הזוכה יוכרז ב-8 ביולי.

אוספי נושאים
הצג את אוספי הנושאים שלנו המדגישים מאמרים של זוכי פרסי SEB לאחרונה, גלה כיצד JEB תומך בחוקרים בתחילת הקריירה ולמד על כתב העת.

התנהגויות חוליות על פני טקסות בעלי חוליות

תאי דם אדומים של קיימן נושאים ביקרבונט, לא פלזמת דם

באוטיסטה וחב'. מצאו שבמקום לשאת ביקרבונט בפלסמת הדם שלהם, הקיימן נושא את האניון בתאי הדם האדומים שלהם, הודות להמוגלובין שעבר שינוי מיוחד.

קרא & פרסם הסכם עם EIFL

אנו שמחים להכריז כי חוקרים ב-30 מדינות בכלכלה מתפתחת ומעבר יכולים ליהנות מפרסום גישה פתוחה מיידית וללא תשלום ב-Journal of Experimental Biology בעקבות הסכם חדש עם מידע אלקטרוני לספריות (EIFL).

כיום יש לנו למעלה מ -200 מוסדות ביותר מ -20 מדינות ושישה קונסורציות ספריות שמשתתפות ביוזמתנו לקרוא ולפרסם. למידע נוסף וצפה ברשימה המלאה של המוסדות המשתתפים.


קולטני פקעת

קולטני פקעת אחראים על מיקום אלקטרו פעיל - זיהוי שדה חשמלי המיוצר על ידי האיברים החשמליים של הדג עצמו. לכן, הם נמצאים רק באותם טלאוסטים שמייצרים פריקת איברים חשמליים (EOD), כמו המורמירידים, הג'ימנרכידים והמוצ'וקידש של אפריקה והג'ימנוטואידים של דרום אמריקה. מיקום אקטיבי-אלקטרו מוגבל לדגי מים מתוקים, אולי בגלל שמי ים הם מוליך כל כך טוב עד שקשה מדי לשמור על שדה חושי פונקציונלי.


תרשים סכמטי של המבנה של איברים קולטי אלקטרו אמפולריים (A) ופקעות (B). שני האיברים מוקפים בשכבות של תאים פחוסים שמתחברים בחוזקה זה לזה. זה עוזר למנוע מהזרם לעקוף את האיברים. חיבורים הדוקים בין תאי הקולטן לתאים התומכים עוזרים למקד את הזרם החשמלי הנכנס דרך בסיס תאי הקולטן, שם הם מתחברים עם נוירונים תחושתיים. תאים תומכים באיברים אמפולריים מייצרים ג'ל מוליך מאוד הממלא את התעלה המקשרת את תאי החישה למים שמסביב. עיבוד מתוך הייליגנברג (1993), רישום באדיבות ח.א.וישר.

קולטני פקעת ממוקמים בשקעים של האפידרמיס ומכוסים בתאי אפיתל ארוזים באופן רופף, המאפשרים לזרם חשמלי לזרום בין התאים (ראה איור 6.5B). ישנם לפחות שמונה סוגים שונים של איברי פקעת במינים שונים, אך הם מתחלקים לשתי קטגוריות עיקריות - אלו המקודדות תזמון של ה-EOD, ואלה המקודדות משרעת ה-timulus (von der Emde 1998). תדירות ה-EOD של הדג גורמת לפקעת. תאי קולטנים ונוירונים תחושתיים שלהם ליצור קצב רקע קבוע למדי של דחפים עצביים. דג יכול לזהות עצמים הנעים לתוך השדה החשמלי שלו (איור 6.6) כאשר אותם עצמים גורמים לשינוי בשדה ומשנים את קצב הדחפים המתקבלים במוח, כמו למשל כאשר הדג נתקל באובייקט בעל מוליכות שונה מהמים שמסביב. . זה כנראה מאפשר לדגים לזהות את הגודל והמרחק של העצם, ויכול גם לאפשר הבחנה בין אובייקטים חיים לבין אובייקטים שאינם חיים, כי התכונות החשמליות השונות שלהם היו יוצרים עיוותים שונים של השדה החשמלי.


קליטה חשמלית פעילה משמשת במגוון דרכים. דגים חשמליים רבים הם בעיקר ליליים ומשתמשים ביכולות האלקטרו-חושיות שלהם כדי לאתר מקומות מסתור במהלך היום ולחקור את סביבתם בלילה (von derEnde 1998 Graff et al. 2004). קליטת חשמל פעילה יכולה לשמש גם כדי לאתר טרף ולסייע בניווט והתמצאות, במיוחד בגלל שהדגים פעילים ביותר בתקופות של אור נמוך או ללא אור. אבל השימוש הנחקר ביותר בקליטת חשמל אקטיבית הוא בתקשורת.


פונקציה ביולוגית לקליטת חשמל בכרישים וקרניים

קארל ד. הופקינס דן במאמרו של אדריאנוס ג'יי קלמין משנת 1971 שכותרתו 'החוש החשמלי של כרישים וקרניים'.

קארל ד. הופקינס דן במאמרו של אדריאנוס ג'יי קלמין משנת 1971 שכותרתו 'החוש החשמלי של כרישים וקרניים'.

לגילוי של אופני סנסורי חדש בבעלי חיים יש משמעות רבה בהיסטוריה של הביולוגיה - בדומה לתיאור של זן חדש של ציפור או פרימט או גילוי חוליה חסרה בתיעוד המאובנים. בגיליון זה אנו חוגגים את אחד מאמרי המפתח בגילוי הקליטה האלקטרונית בדגים (Kalmijn, 1971), אשר קבע פונקציה ביולוגית לאמפולות של לורנציני בכרישים וקרניים. זה הפך לקלאסיקה של ציטוט עבור כתב העת לביולוגיה ניסויית.

עדויות לקליטת חשמל הצטברו במהירות בתקופה שבין 1957 ל-1971. ראשית, היו מחקרים התנהגותיים שהראו שדגים חשמליים חלשים מאפריקה ודרום אמריקה יכולים לתקשר עם בני מינו (Möhres, 1957) ו'לאתר' חפצים נסתרים בסביבתם באלקטרו (Lissmann) ומאצ'ין, 1958). לאיתור האלקטרוני בדגים חשמליים היה הרבה מן המשותף להד אצל עטלפים שהשתמשו באולטרסאונד כדי למצוא את טרף החרקים שלהם (Griffin, 1958). דגים אלה יכלו לחוש בעצמים ששונים במוליכות מהמים גם כאשר רמזים חזותיים, כימיים ומכניים היו מעורפלים. זמן קצר לאחר מחקר ההתנהגות של ליסמן ומאצ'ין בשנת 1958 (Lissman and Machin, 1958), שהוא גם JEB Classic (Alexander, 2006), הגיעו הקלטות אלקטרופיזיולוגיות מקולטנים אלקטרו (Bennett, 1965 Bennett, 1971 Bullock et al., 1961 Fessard and Szabossard , 1961 Murray, 1959 Murray, 1960 Murray, 1962), מחקרים אנטומיים על איברי הקולטנים (Bennett, 1965 Bennett, 1971 Derbin and Szabo, 1968 Szabo, 1965) ומחקרים נוירו-ביולוגיים של קידוד חושי ו-Bullock19 ו-Hagiwita. , 1963 Hagiwara et al., 1962 Hagiwara et al., 1965a Hagiwara et al., 1965b).

למרות ההתקדמות המהירה הזו, עדיין לא היה ברור כיצד התפתחו קולטני האלקטרו המוקדמים ביותר מכיוון שלא היה מחקר על התפקיד הפונקציונלי של קליטת האלקטרו במינים חסרי איברים חשמליים חלשים. זה כלל את הכרישים הלא חשמליים, החלקים והקרניים, ושפמנונים וכפי שאנו יודעים כעת, רבים אחרים (Bullock and Heiligenberg, 1986 Bullock and Hopkins, 2005 Bullock et al., 2005 Hopkins, 2009). הדגים הללו, הניתנים לאקטרוקליטה אך לא חשמליים, היו ללא ספק המפתח לפתרון "מקרה של קושי מיוחד" של דרווין (Darwin, 1859 Darwin, 1872) - מקורם של איברים חשמליים בצלופחים חשמליים וקרני טורפדו באמצעות סדרה של שינויים אדפטיביים הדרגתיים. אם איברים חשמליים חלשים היו שימושיים הן לתקשורת והן לאלקטרולוקציה פעילה, ניתן היה להעלות על הדעת את שלבי הביניים שיובילו לאבולוציה של איברים חשמליים חזקים יותר ויותר. אבל מה היה תפקידם של קולטני האלקטרו אם איברים חשמליים היו נעדרים, כפי שהם בכרישים וברוב הקרניים?

בשנת 1971 במאמר קצר אחד, כעת מאמר קלאסי של JEB, מצא אדריאנוס ג'יי קלמין מאוניברסיטת אוטרכט בהולנד את התשובה. הוא הוכיח שהאלסמוברנצ'ים האלה יכולים לזהות שדות חשמליים טבעיים המקיפים דגים שהיו הטרף הטבעי שלהם, שהם יכולים להתמצא בשדות החשמליים האלה, ושהם יכולים לתקוף אותם במדויק גם כאשר הטרף שלהם מוסתר ויזואלית - כפי שהתרחש כאשר הדג השטוח Pleuronectes platessa נקבר מתחת לחול. הם יכלו לעשות זאת, בלילה, ואפילו כאשר רמזים כימיים ומכניים נעדרו. הניסויים היו פשוטים וברורים, והכתיבה הייתה ישירה. יתר על כן, למאמר זה הייתה דמות אחת בלתי נשכחת - 'לוח סיפור' לששת הניסויים שבוצעו במחקר - שנדבקת למוחך כמו מנגינה של מוצרט. הוא מציג את הראיות לתפקוד טבעי של קולטני האלקטרו-רצפטורים הללו (ראה מקרא איור 1). על ידי ביסוס פונקציה טבעית ברורה לקליטת אלקטרו, קלמיין עשה את מה שפארקר ואן הוזן (Parker and van Heusen, 1917) לא עשו בתיאור הקודם שלהם על ניסויים שהראו כי שפמנונים מגיבים למוטות מתכתיים ולזרמים גלווניים. לכידת טרף לא הייתה רק תגובה תפיסתית מוזרה של בעל חיים במערך ניסיוני אלא תגובה חושית טבעית החיונית להישרדותה. לפיכך, זה היה איבר חישה חדש.

הניסויים ההתנהגותיים של Kalmijn חשפו את חשיבות הקליטה האלקטרונית באיתור אלקטרו-פאסיבי של טרף (Kalmijn, 1971). המחקרים נערכו בשבי, וכריש הכלב המנוקד Scyliorhinus canicula מזהה ותוקף במדויק את הטרף הטבעי שלו, דג שטוח, Pleuronectes platessa, קבור מתחת לחול (א). הכריש תוקף גם כאשר הדג השטוח מכוסה הן בחול והן בתא יצוק מאגר עשוי מי ים (B). החול חוסם את הנראות של הטרף בעוד תא האגר מעכב רמזים מכניים עקב תנועת מים ומגביל דיפוזיה של כימיקלים אך יש לו מוליכות חשמלית זהה למי הים. על ידי שאיבת מים דרך החדר לצינור יציאה במרחק מה, Kalmijn בדק את החשיבות של רמזים כימיים שנישאים מזרימת המים (Kalmijn, 1971). הכריש תוקף את החדר, לא את הזרימה. פיתיון דגים קצוץ מתחת לתא האגר מפנה מחדש את התקפת הכריש אל צינור היציאה (C). בידוד חשמלי של תא האגר עם יריעות פלסטיק דק חוסם את האותות הביואלקטריים הבלתי נמנעים של הדג השטוח ופוטנציאל השרירים והכריש מבולבל (D). כהוכחה לכך שהכריש מונחה על ידי האות החשמלי, אלקטרודות קבורות בחול מחליפות את הטרף, וכאשר הן מחוברות למקור זרם בתדר נמוך של 4 מיקרומטר הפולט אותות הקרובים במשרעת לפליטות ביו-חשמליות טבעיות (כ. 120 μV 5 ס"מ -1, גל סינוס של 1 הרץ) הכריש תוקף (E). לבסוף, הכרישים מראים העדפה לתקוף את האלקטרודות גם אם מוצגת חתיכת פיתיון דג על פני השטח (F). נדפס מחדש מתוך איור. 2 מ-Kalmijn (Kalmijn, 1971).

הניסויים ההתנהגותיים של Kalmijn חשפו את חשיבות הקליטה האלקטרונית באיתור אלקטרו-פאסיבי של טרף (Kalmijn, 1971). המחקרים נערכו בשבי, וכריש הכלב המנוקד Scyliorhinus canicula מזהה ותוקף במדויק את הטרף הטבעי שלו, דג שטוח, Pleuronectes platessa, קבור מתחת לחול (א). הכריש תוקף גם כאשר הדג השטוח מכוסה הן בחול והן בתא יצוק מאגר עשוי מי ים (B). החול חוסם את הנראות של הטרף בעוד תא האגר מעכב רמזים מכניים עקב תנועת מים ומגביל דיפוזיה של כימיקלים אך יש לו מוליכות חשמלית זהה למי הים. על ידי שאיבת מים דרך החדר לצינור יציאה במרחק מה, Kalmijn בדק את החשיבות של רמזים כימיים שנישאים מזרימת המים (Kalmijn, 1971). הכריש תוקף את החדר, לא את הזרימה. פיתיון דגים קצוץ מתחת לתא האגר מפנה מחדש את התקפת הכריש אל צינור היציאה (C). בידוד חשמלי של תא האגר עם יריעות פלסטיק דק חוסם את האותות הביו-אלקטריים הבלתי נמנעים של הדג השטוח ופוטנציאל השרירים והכריש מבולבל (D). כהוכחה לכך שהכריש מונחה על ידי האות החשמלי, אלקטרודות קבורות בחול מחליפות את הטרף, וכאשר הן מחוברות למקור זרם בתדירות נמוכה של 4 μA פולטת אותות הקרובים במשרעת לפליטות ביו-חשמליות טבעיות (כ. 120 μV 5cm −1 , 1 Hz sine wave) the shark attacks (E). Finally, the sharks show a preference for attacking the electrodes even if a piece of fish bait is presented on the surface (F). Reprinted from fig. 2 from Kalmijn (Kalmijn, 1971).

Why was this paper so compelling, given that most of the basic anatomy of electroreceptors was known by 1971, and most of the functions already established? Perhaps it was the care with which the laboratory studies were linked to relevant field conditions, or the clarity of the figure, or the economy of the writing, which summarized data without tables or statistics. I first met Ad Kalmijn in Ted Bullock's laboratory at Scripps Institution of Oceanography in San Diego, CA, USA, shortly after this paper was published. It was a good time to be a post-doc there, as the Bullock lab was thriving with several students and post-docs actively at work on electroreception and other aspects of comparative neurobiology. Walter Heiligenberg had just arrived to study the Jamming Avoidance Response, and Joe Bastian was trying to understand the large cerebellum of electric fish. Kalmijn was busy setting up large tanks for testing sharks and rays. He helped Eric Knudsen, a beginning graduate student, to study electroreception and the geometry of electric fields from weakly electric fish. Knudsen later made electrophysiological recordings of sensory maps for electric field vectors in the torus semicircularis of catfish. Several years later Kalmijn wrote influential papers on the use of electroreceptors in the detection of the Earth's magnetic field (Kalmijn, 1974), which he alluded to in his JEB paper and he was influential in understanding the physics of electric and hydrodynamic fields in water (Kalmijn, 1997). It was an exciting time to work on the many aspects of this new sensory modality, and it is gratifying to see how far electric fish have come, from those early beginnings to become a great model system in neuroethology (Bullock et al., 2005).

I often return to Kalmijn's 1971 paper in my teaching. I show Fig. 1 and tell the story of how we learned the function of early electroreception in fishes.


Altman JS, Tyrer NM (1980) Filling selected neurons with cobalt through cut axons. In: Strausfeld NJ, Miller TA (eds) Neuroanatomical techniques — insect nervous system. Springer, New York Heidelberg, pp 377–405

Bastian J (1976) Frequency response characteristics of electroreceptors in weakly electric fish (Gymnotoidei) with a pulse discharge. J Comp Physiol 112:165–180

Bastian J (1977) Variations in the frequency response of electroreceptors dependent on receptor location in a weakly electric fish (Gymnotoidei) with a pulse discharge. J Comp Physiol 121:53–64

Bastian J (1986a) Gain control in the electrosensory system mediated by descending inputs to the electrosensory lateral line lobe. J Neurosci 6:553–562

Bastian J (1986b) Gain control in the electrosensory system: a role for the descending projections to the electrosensory lateral line lobe. J Comp Physiol A 158:505–515

Bastian J (1986c) Electrolocation: Behavior, anatomy, and physiology. In: Bullock TH, Heiligenberg W (eds) Electroreception. Wiley, New York, pp 577–612

Bastian J, Courtright J (1991) Morphological correlates of pyrami- dal cell adaptation rate in the electrosensory lateral line lobe of weakly electric fish. J Comp Physiol A 168:393–407

Batschelet E (1981) Circular statistics in biology. Academic Press, London

Bullock TH (1968) Biological sensors. In: Vistas in Science. University of New Mexico Press, Albuquerque

Bullock TH, Heiligenberg W (1986) (eds) Electroreception. Wiley, New York

Carr C, Maler L (1986) Electroreception in gymnotiform fish. Central anatomy and physiology. In: Bullock TH, Heiligenberg W (eds) Electroreception. Wiley, New York, pp 319–373

Davis E, Hopkins CD (1988) Behavioural analysis of electric signal localization in the electric fish, Gymnotus carapo. Anim Behav 36:1658–1671

Hagiwara S, Morita H (1963) Coding mechanisms of electroreceptor fibers in some electric fish. J Neurophysiol 26:551–567

Heiligenberg WF (1975) Theoretical and experimental approaches to spatial aspects of electrolocation. J Comp Physiol 103:247–272

Heiligenberg WF (1977) Principles of electrolocation and jamming avoidance in electric fish. A neuroethological approach. Studies in Brain Function 1. Springer, New York

Heiligenberg W (1991) The neural basis of behavior: A neuroethological view. Annu Rev Neurosci 14:247–268

Heiligenberg WH, Dye J (1982) Labelling of electroreceptor afferents in a gymnotoid fish by intracellular injection of HRP: the mystery of multiple maps. J Comp Physiol 148:287–296

Himstedt W, Kopp J, Schmidt W (1982) Electroreception guides feeding behaviour in amphibians. Naturwissenschaften 69:552

Hopkins CD (1976) Stimulus filtering and electroreception: Tuberous electroreceptors in three species of gymnotid fish. J Comp Physiol 111:171–207

Hopkins CD (1983) Functions and mechanisms in electroreception. In: Northcutt RG, Davis RE (eds) Fish neurobiology, vol. 1. Univ Michigan Press, Ann Arbor, pp 215–259

Hopkins CD (1991) Hypopomus pinnicaudatus (Hypopomidae) a new species of gymnotiform fish from South Africa. Copeia 1991:151–161

Hopkins CD, Heiligenberg WF (1978) Evolutionary designs for electric signals and electroreceptors in gymnotoid fishes of Surinam. Behav Ecol Sociobiol 3:113–134

Hopkins CD, Comfort NC, Bastian J, Bass AH (1990) A functional analysis of sexual dimorphism in an electric fish, Hypopomus pinnicaudatus sp. נובמבר Gymnotiformes. Brain Behav Evol 35:350–367

Kalmijn AJ (1966) Electro-perception in sharks and rays. Nature 212:1232–1233

Kalmijn AJ (1971) The electric sense of sharks and rays. J Exp Biol 55:371–383

Kalmijn AJ (1974) The detection of electric fields from inanimate and animate sources other than electric organs. In: Fessard A (ed) Handbook of sensory physiology, vol. III. Springer, Berlin Heidelberg New York, pp 147–200

Kalmijn A (1986) Hydrodynamic and acoustic detection in aquatic vertebrates. In: Atema J, Fay R, Popper AN, Tavolga WN (eds) Proc Conf Mote Marine Laboratory. Springer, Berlin Heidelberg New York

Kalmijn V, Kolba CA, Kalmijn AJ (1976) Orientation of catfish (Ictalurus nebulosus) in strictly uniform electric fields. II. Spatial discrimination. Biol Bull 151:415–416

Knudsen EI (1974) Behavioral thresholds to electric signals in high frequency electric fish. J Comp Physiol 91:333–353

Knudsen EI (1976a) Midbrain units in catfish: Response properties to electroreceptive input. J Comp Physiol 109:315–335

Knudsen EI (1976b) Midbrain responses to electroreceptive input in catfish. Evidence of orientational preferences and somatotopic organization. J Comp Physiol 106:51–67

Knudsen EI (1978) Functional organization in electroreceptive mid- brain of the catfish. J Neurophysiol 41:350–364

Lissmann HW (1958) On the function and evolution of electric organs in fish. J Exp Biol 35:156–191

Lissmann HW, Machin KE (1958) The mechanism of object location in Gymnarchus niloticus and similar fish. J Exp Biol 35:451–486

Maler L, Sas EKB, Rogers J (1981) The cytology of the posterior lateral line lobe of high-frequency weakly electric fish (Gymnotidae): Dendritic differentiation and synaptic specificity in a simple cortex. J Comp Neurol 195:87–139

McKibben J, Hopkins CD, Yager DD (1993) Directional sensitivity of tuberous electroreceptors: polarity preferences and frequency tuning. J Comp Physiol A 173:415–424

Schluger J, Hopkins CD (1987) Electric fish approach stationary signal sources by following electric current lines. J Exp Biol 130:359–367

Suga N (1967) Coding in tuberous and ampullary organs of a gymnotid electric fish. J Comp Neurol 131:437–452

Szabo T (1965) Sense organs of the lateral line system in some electric fish of the Gymnotidae, Mormyridae, and Gymnarchidae. J Morphol 117:229–250

Szabo T (1970) Morphologische und functionelle Aspekte bei Elektrorezeptoren. Verh Dtsch Zool Ges 64:141–148

Szabo T, Fessard A (1974) Physiology of electroreceptors. In: Fessard A (ed) Handbook Sensory Physiol, vol. III. Springer, Berlin Heidelberg New York, pp 59–124

Watson D, Bastian J (1979) Frequency response characteristics of electroreceptors in the weakly electric fish, Gymnotus carapo. J Comp Physiol 134:191–202


Electroreceptors of a weakly electric fish

The hypothesis of an active electroreceptor filter, characterized by an underdamped, oscillatory impulse response, was tested indirectly by investigating the pattern of afferent discharges resulting from receptor excitation with electric field pulses. When stimulated with a single, high amplitude, short duration pulse the majority of afferents responded with bursts of two or three spikes having interspike intervals, in individual fish, correlated to the individual's electric organ discharge period, and, more importantly, with the best frequency of the corresponding receptor. Pulses causing current to flow into the receptor from the bath resulted in shorter response latencies and more spikes per burst than pulses of the opposite polarity. The polarity dependent latency shift was also correlated with the best frequency of the receptor and the electric organ discharge repetition rate of an individual, but it was much shorter than expected based on the prediction of a generator potential in the form of a classical underdamped oscillation. Because of this it is concluded that the generator potential oscillations increase in period for successive cycles. This was essentially confirmed by the form of the receptor organ excitability cycle which was measured by using a two pulse stimulus paradigm.

Further confirmation of the existence of an oscillatory generator potential was obtained by recording compound action potentials from the afferent nerve and comparing the single peaked potentials obtained by direct nerve shock with the multipeaked potentials evoked by receptor activity in response to electric field pulses in the water.

The physiological properties of tuberous electroreceptors are nearly the same as the properties of receptors in the phylogenetically related vertebrate auditory system. This leads to the suggestion that the two systems have in common similar physiological mechanisms, and that the oscillatory receptor properties observed for electroreceptors may serve, in the auditory system, as the basis for a proposed second filter.


Electroreceptors in the platypus

It has been known since the last century that the bill of the platypus contains densely packed arrays of specialized receptor organs and their afferent nerves. Until recently these were thought to be largely mechanoreceptive in function. However Scheich ואח '. 1 provide both behavioural and electrophysiological evidence that there are electroreceptors in the bill of the platypus. These authors were able to record evoked potentials from the somatosensory cortex of the brain in response to weak voltage pulses applied across the bill. Behavioural observations showed that a platypus could detect weak electric dipoles and it was suggested the animal was able to locate moving prey by the electrical activity associated with muscle contractions. From these observations, and in view of the fact that it was known that the bill contained gland receptors 2 which in several respects resembled the ampullary electroreceptors in freshwater fish, Scheich ואח '. concluded that the receptor array of the platypus bill included electroreceptors. In this report we present direct electrophysiological evidence for the existence of such receptors.


ASJC Scopus subject areas

  • APA
  • תֶקֶן
  • הרווארד
  • ונקובר
  • מְחַבֵּר
  • BIBTEX
  • RIS

In: Fish Physiology , Vol. 5, No. C, 01.01.1971, p. 493-574.

פלט מחקר: תרומה לכתב העת › מאמר › עמיתים

N1 - Funding Information: I am indebted to Dr. R. B. Szamier for many of the morphological figures. Supported in part by grants from the National Institutes of Health (5 PO1 NB 07512 and HD-04248) and the National Science Foundation (GB-6880).

N2 - Many groups of fish have receptors that are specialized for the detection of electric fields. The existence of these electroreceptors was first clearly indicated in weakly electric fish, which continually set up low voltage electric fields around themselves by means of their electric organs. If the water over a receptor opening is replaced by air, a local electrode need pass much less current to produce a given voltage change outside the receptor the shunting by the water is reduced. Although the degree of residual shunting by the skin and remaining water has not been satisfactorily evaluated, the current voltage relation measured under these conditions is likely to have considerable contribution from the receptor cells because the input resistances become large, as high as several megohms. Receptor cells of phasic receptors contribute importantly to the external potentials under these conditions. Another important characteristic of the input–output relationship of the receptor synapses is sensitivity. The input–output relationship of synaptic membrane of phasic receptor cells differs from that of tonic receptor cells in that there is little resting release of transmitter. It is difficult to be confident of the shape of the potential-secretion relationship because of active processes in the receptor cells. It is likely but uncertain that the secretory membrane of phasic receptors does have an input–output relationship that has a much greater slope than that at known interneuronal and neuromuscular synapses.

AB - Many groups of fish have receptors that are specialized for the detection of electric fields. The existence of these electroreceptors was first clearly indicated in weakly electric fish, which continually set up low voltage electric fields around themselves by means of their electric organs. If the water over a receptor opening is replaced by air, a local electrode need pass much less current to produce a given voltage change outside the receptor the shunting by the water is reduced. Although the degree of residual shunting by the skin and remaining water has not been satisfactorily evaluated, the current voltage relation measured under these conditions is likely to have considerable contribution from the receptor cells because the input resistances become large, as high as several megohms. Receptor cells of phasic receptors contribute importantly to the external potentials under these conditions. Another important characteristic of the input–output relationship of the receptor synapses is sensitivity. The input–output relationship of synaptic membrane of phasic receptor cells differs from that of tonic receptor cells in that there is little resting release of transmitter. It is difficult to be confident of the shape of the potential-secretion relationship because of active processes in the receptor cells. It is likely but uncertain that the secretory membrane of phasic receptors does have an input–output relationship that has a much greater slope than that at known interneuronal and neuromuscular synapses.


צפו בסרטון: 贺先生的恋恋不忘 Unforgettable LoveEP15 Starring: Wei Zheming. Hu Yixuan Mango TV Drama (נוֹבֶמבֶּר 2022).