I ricercatori dell'Università della Pennsylvania hanno scoperto come il pesce guardiamarina del Pacifico può canticchiare continuamente fino a un'ora per attirare potenziali compagni. Lo studio, che è presente sulla copertina del numero di gennaio 2018 di Giornale di fisiologia generale , spiega come le fibre muscolari che circondano la vescica natatoria del pesce possano sostenere gli alti tassi di contrazione, fino a 100 volte al secondo, necessari per produrre il caratteristico richiamo dell'animale.

Può essere difficile trovare un compagno nelle acque scure e torbide dell'oceano, così i maschi di diverse specie ittiche hanno evoluto la capacità di emettere richiami rumorosi che possono attirare potenziali compagne nel loro nido. Queste chiamate di accoppiamento sono generate da fibre muscolari superveloci che circondano la vescica natatoria dei pesci e subiscono rapidi cicli di contrazione e rilassamento per far vibrare questi organi pieni di gas.

Rospo maschio dell'Atlantico, Per esempio, contrarre e rilassare i muscoli della vescica natatoria fino a 100-200 volte al secondo per produrre brevi, ripetuti richiami al "fischio di barca" intervallati da periodi di silenzio relativamente lunghi. Maschi di tipo I del pesce guardiamarina del Pacifico ( Porichthys notatus ) sono ancora più notevoli, producendo un ronzio di accoppiamento continuo per un'ora (puoi ascoltare un breve frammento nel video qui sotto). Ad una velocità di 100 contrazioni e rilassamenti al secondo, il muscolo della vescica natatoria del guardiamarina può quindi contrarsi fino a 360, 000 volte nel corso di una chiamata di un'ora. "Il muscolo della vescica natatoria del guardiamarina genera più contrazioni all'ora di qualsiasi altro muscolo vertebrato conosciuto, spiega Lawrence C. Roma, Professore di Biologia all'Università della Pennsylvania.

Le contrazioni muscolari sono innescate da ioni calcio che vengono rilasciati dai siti di stoccaggio intracellulari nel citoplasma delle fibre muscolari in risposta agli impulsi nervosi. Tipicamente, questi ioni calcio vengono quindi pompati di nuovo nel deposito, permettendo al muscolo di rilassarsi prima di ricevere ulteriori impulsi nervosi, ma i muscoli della vescica natatoria dei pesci si contraggono troppo rapidamente perché questa fase di pompaggio sia completata prima che inizi la contrazione successiva.

Il rospo dell'Atlantico risolve questo problema, in parte, producendo grandi quantità di una proteina chiamata parvalbumina che può assorbire il calcio in eccesso dal citoplasma muscolare. Questi ioni di calcio possono quindi essere lentamente pompati di nuovo in deposito durante i periodi di silenzio che scandiscono i richiami del pesce rospo.

Il guardiamarina del Pacifico non produce tanta parvalbumina, però, e, anche se lo facesse, il richiamo continuo del pesce avrebbe presto sopraffatto la capacità di legare il calcio della proteina. "La domanda quindi rimane:come gestisce il guardiamarina il suo calcio durante le sue continue chiamate?" chiede Roma.

Rome e colleghi hanno quindi misurato la quantità di calcio rilasciata e pompata dai muscoli della vescica natatoria del guardiamarina mentre si contraggono e si rilassano ripetutamente. I ricercatori hanno scoperto che, come nel rospo dell'Atlantico, i muscoli del guardiamarina si contraggono solo una volta per impulso nervoso. Ciò contrasta con il caso più estremo della natura di azione muscolare ripetitiva, i muscoli del volo ad alta frequenza delle api e di altri insetti, che si contraggono più volte in risposta a un singolo impulso.

In modo cruciale, però, I muscoli guardiamarina rilasciano circa otto volte meno calcio rispetto ai muscoli rospo in risposta a singoli impulsi nervosi. Così, per sostenere una chiamata di accoppiamento di un'ora, il muscolo del guardiamarina si rilascia, e successivamente pompe, solo il doppio del calcio che il pesce rospo usa per fare chiamate intermittenti nello stesso periodo di tempo.

"La piccola quantità di calcio rilasciata per stimolo è l'elemento chiave che consente alle pompe di calcio nel muscolo della vescica natatoria del guardiamarina di tenere il passo per lunghi periodi di stimolazione ad alta frequenza, Spiega Roma. Del resto, perché il pompaggio del calcio richiede energia, i bassi livelli di rilascio di calcio abbassano anche le richieste metaboliche di fare un continuo, chiamata di accoppiamento di un'ora.

Roma e colleghi hanno anche scoperto che, in media, le proteine ​​che pompano il calcio fuori dal citoplasma e lo immagazzinano operano più velocemente nei muscoli del guardiamarina rispetto ai loro equivalenti nel pesce rospo. "La combinazione di pompaggio veloce del calcio e rilascio di calcio ridotto consente al guardiamarina di mantenere il corretto equilibrio di ioni calcio durante la sua chiamata di accoppiamento di lunga durata, "dice Roma. Tuttavia, Aggiunge, resta da vedere come livelli di calcio così bassi facciano contrarre il muscolo della vescica natatoria con una forza sufficiente a generare il caratteristico ronzio del guardiamarina.