电鳗是地球上栖息于南美的最大且最强的发电生物，其有记录的最大电压可达860伏特。这种甚至能将马匹电晕的鱼类，在18世纪由洪堡（Alexander von Humboldt）报告后，其存在才为世人所知。电鳗的发电原理被认为是增强了所有生物都具备的膜电位机制获得的。然而，细胞实际是通过何种基因作用转变为发电细胞，并能够实现高电压放电，这一点尚不明确。
图1. 发电鱼——电鳗（供图：名古屋大学）
A. 电鳗特写照片。全长约80厘米，性别不明。系实验室饲养个体；B. 洪堡记录的“电鳗电晕马匹”的示意图。该图出自Schomburgk, Ichthyology. Fishes of Guiana, Part II, ed WB Jardine (The Naturalists Library, London) Vol XL (1843)。
名古屋大学研究生院生命农学研究科的饭田敦夫助教、本道荣一教授、该校未来材料与系统研究所的桒原真人教授等人的研究团队，与东京科学大学、宋卡王子大学（泰国）进行联合研中，新发现了存在于电鳗发电器官中的未分化样细胞群。通过调查这些细胞中活跃的基因，发电细胞的形成过程将得到阐明，并有望人工制造发电细胞。相关研究结果已发表在期刊《Developmental Biology》上。
图2. 电鳗发电器官的结构与发电机理（供图：名古屋大学）
A.电鳗的身体结构。内脏器官集中于头部，而拥有发电器官的尾部（双箭头所示）约占全长的80%。*号标示肛门所在位置；B. 电鳗尾部的横截面图。插图中所示的长方形板状结构是一个发电细胞（合胞体）。沿背-腹及头-尾轴层层堆叠；C. 发电细胞中膜电位的生成机制。多种离子转运体协同作用，生成头侧为正极、尾侧为负极的电位（150毫伏/细胞）；D. 如C图所示的发电细胞沿头-尾轴排列，以类似电池串联的方式产生高电压。*所有图示均引用并修改自发表论文。
研究团队为寻找发电细胞的前体细胞制作了电鳗的组织标本，并通过显微镜彻底观察了相当于发电器官的区域，在发电器官区域的腹侧末端部分发现了由单核细胞构成的细胞群。
该细胞群到成熟发电细胞（合胞体）呈现连续性变化，推测其包含发电细胞的前体细胞。成熟发电细胞富含用于产生电（膜电位）的离子转运功能蛋白。研究团队通过免疫组织化学方法，在组织标本中可视化了一种离子转运蛋白NKA（Na+/K+-ATP酶）的存在。
结果显示，背侧的成熟发电细胞（合胞体）中NKA大量存在，然而腹侧末端的单核细胞中未能检测到NKA的存在。也就是说，腹侧的单核细胞被推定为无法产生电的未成熟细胞。
本次研究中，发现了疑似发电细胞前体细胞的最有力候选细胞群。只要其存在得以明确，即可对这些细胞内表达的基因信息进行调查。研究的下一步将是利用新一代测序仪进行全面基因表达分析。尽管除成本与人力外，还需在方法上经历一定的试错过程，但研究团队认为该目标切实可行。后续将利用所获取的基因信息，挑战开展发电细胞分化再现实验。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Developmental Biology
论文：Ventral-to-dorsal electrocyte development in electric
organs of electric eel (Electrophorus)
DOI：doi.org/10.1016/j.ydbio.2025.05.003
