電鰻是地球上棲息於南美洲的最大且最強的發電生物，其有記錄的最大電壓可達860伏特。這種甚至能將馬匹電暈的魚類，在18世紀由洪堡（Alexander von Humboldt）報告後，其存在才為世人所知。電鰻的發電原理被認為是增強了所有生物都具備的膜電位機制獲得的。然而，細胞實際是通過何種基因作用轉變為發電細胞，並能夠實現高電壓放電，這一點尚不明確。
圖1. 發電魚——電鰻（供圖：名古屋大學）
A. 電鰻特寫照片。全長約80厘米，性別不明。系實驗室飼養個體；B. 洪堡記錄的「電鰻電暈馬匹」的示意圖。該圖出自Schomburgk, Ichthyology. Fishes of Guiana, Part II, ed WB Jardine (The Naturalists Library, London) Vol XL (1843)。
名古屋大學研究生院生命農學研究科的飯田敦夫助教、本道榮一教授、該校未來材料與系統研究所的桒原真人教授等人的研究團隊，與東京科學大學、宋卡王子大學（泰國）進行聯合研中，新發現了存在於電鰻發電器官中的未分化樣細胞群。通過調查這些細胞中活躍的基因，發電細胞的形成過程將得到闡明，並有望人工製造發電細胞。相關研究結果已發表在期刊《Developmental Biology》上。
圖2. 電鰻發電器官的結構與發電機制（供圖：名古屋大學）
A.電鰻的身體結構。內髒器官集中於頭部，而擁有發電器官的尾部（雙箭頭所示）約佔全長的80%。*號標示肛門所在位置；B. 電鰻尾部的横向截面圖。插圖中所示的長方形板狀結構是一個發電細胞（合細胞本體）。沿背-腹及頭-尾軸層層堆疊；C. 發電細胞中膜電位的生成機制。多種離子轉運體互利共生，生成頭側為正極、尾側為負極的電位（150毫伏/細胞）；D. 如C圖所示的發電細胞沿頭-尾軸排列，以類似電池串聯的方式產生高電壓。*所有圖示均引用並修改自發表論文。
研究團隊為尋找發電細胞的前驅細胞製作了電鰻的組織標本，並通過顯微鏡徹底觀察了相當於發電器官的區域，在發電器官區域的腹側末端部分發現了由單核球構成的細胞群。
該細胞群到成熟發電細胞（合細胞本體）呈現連續性變化，推測其包含發電細胞的前驅細胞。成熟發電細胞富含用於產生電（膜電位）的離子轉運功能蛋白。研究團隊通過免疫組織化學方法，在組織標本中視覺化了一種離子轉運蛋白NKA（Na+/K+-ATP酶）的存在。
結果顯示，背側的成熟發電細胞（合細胞本體）中NKA大量存在，然而腹側末端的單核球中未能檢測到NKA的存在。也就是說，腹側的單核球被推定為無法產生電的未成熟細胞。
本次研究中，發現了疑似發電細胞前驅細胞的最有力候選細胞群。只要其存在得以明確，即可對這些細胞內表達的基因資訊進行調查。研究的下一步將是利用新一代測序儀進行全面基因表現分析。儘管除成本與人力外，還需在方法上經歷一定的試錯過程，但研究團隊認為該目標切實可行。後續將利用所獲取的基因資訊，挑戰開展發電細胞分化再現實驗。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Developmental Biology
論文：Ventral-to-dorsal electrocyte development in electric
organs of electric eel (Electrophorus)
DOI：doi.org/10.1016/j.ydbio.2025.05.003
