Forskare vid University of Pennsylvania har upptäckt hur midskeppsfisken från Stilla havet kan nynna kontinuerligt i upp till en timme för att locka potentiella kompisar. Studien, som finns på omslaget till januarinumret 2018 av Journal of General Physiology , förklarar hur muskelfibrerna som omger fiskens simblåsa kan upprätthålla de höga sammandragningshastigheterna – upp till 100 gånger per sekund – som behövs för att producera djurets distinkta kall.

Det kan vara svårt att hitta en partner i havets mörka och grumliga vatten, så hanarna av flera fiskarter har utvecklat förmågan att avge höga rop som kan locka potentiella kvinnliga partners till deras bo. Dessa parningsanrop genereras av supersnabba muskelfibrer som omger fiskarnas simblåsor och genomgår snabba cykler av sammandragning och avslappning för att få dessa gasfyllda organ att vibrera.

Atlantisk padda hane, till exempel, dra ihop och slappna av sina simblåsans muskler upp till 100-200 gånger per sekund för att producera korta, repetitiva "båtvissling"-rop varvat med relativt långa tysta perioder. Typ I-hanar av Stillahavsfisken ( Porichthys notatus ) är ännu mer anmärkningsvärda, producerar ett kontinuerligt parningsbrum så länge som en timme (du kan höra ett kort stycke i videon nedan). Med en hastighet av 100 sammandragningar och avslappningar per sekund, midskeppssimblåsmuskeln kan därför dra ihop sig så många som 360, 000 gånger under ett timmes samtal. "Midshipmans simblåsmuskel genererar fler sammandragningar per timme än någon annan känd ryggradsdjursmuskel, förklarar Lawrence C. Rome, Professor i biologi vid University of Pennsylvania.

Muskelsammandragningar utlöses av kalciumjoner som frigörs från intracellulära lagringsplatser till muskelfibrernas cytoplasma som svar på nervimpulser. Vanligtvis, dessa kalciumjoner pumpas sedan tillbaka till lager, låta muskeln slappna av innan den får några ytterligare nervimpulser, men fiskens simblåsmuskler drar ihop sig för snabbt för att denna pumpningsfas ska kunna slutföras innan nästa sammandragning börjar.

Den atlantiska paddfisken löser detta problem, till viss del, genom att producera stora mängder av ett protein som kallas parvalbumin som kan torka upp överskott av kalcium från muskelcytoplasman. Dessa kalciumjoner kan sedan långsamt pumpas tillbaka till lagringen under de tysta perioder som avbryter paddfiskens rop.

Pacific midshipman producerar inte så mycket parvalbumin, dock, och, även om det gjorde det, fiskens kontinuerliga rop skulle snart överväldiga proteinets kalciumbindande förmåga. "Frågan kvarstår då:Hur hanterar midskeppsmannen sitt kalcium under sina kontinuerliga anrop?" frågar Rom.

Rome och kollegor mätte därför mängden kalcium som frigjordes och pumpades av midshipmans simblåsmuskler när de upprepade gånger drar ihop sig och slappnar av. Forskarna fann att som i den atlantiska paddfisken, midskeppsmusklerna drar sig bara ihop en gång per nervimpuls. Detta står i kontrast till naturens mest extrema fall av repetitiv muskelverkan, de högfrekventa flygmusklerna hos bin och andra insekter, som drar ihop sig flera gånger som svar på en enda impuls.

Avgörande, dock, midskeppsmusklerna frigör ungefär åtta gånger mindre kalcium än paddfiskmuskler som svar på enstaka nervimpulser. Således, att upprätthålla ett timlångt parningssamtal, midskeppsmuskeln släpper, och därefter pumpar, bara två gånger så mycket kalcium som paddfisken använder för att göra intermittenta samtal under samma tidsperiod.

"Den lilla mängd kalcium som frigörs per stimulans är nyckelelementet som gör att kalciumpumparna i midshipmans simblåsmuskel kan hänga med under långa perioder av högfrekvent stimulering, Rom förklarar. Dessutom, eftersom kalciumpumpning kräver energi, de låga nivåerna av kalciumfrisättning sänker också de metaboliska kraven för att göra en kontinuerlig, timslånga parningssamtal.

Rom och kollegor fann också att, i genomsnitt, proteinerna som pumpar kalcium ut ur cytoplasman och till lagring fungerar snabbare i midshipman-musklerna än deras motsvarigheter i paddfisk. "Kombinationen av snabb kalciumpumpning och liten kalciumfrisättning gör att midskeppsmannen kan upprätthålla den korrekta balansen av kalciumjoner under sitt långvariga parningssamtal, " säger Rom. Men, han lägger till, det återstår att se hur så låga kalciumnivåer får simblåsans muskel att dra ihop sig med tillräcklig kraft för att generera midskeppsmannens distinkta hum.