Un modelo vivo de electrofisiología

La anguila eléctrica, Electrophorus electricus, es el principal generador de bioelectricidad del reino animal, con capacidad para generar un potencial eléctrico de hasta 600 voltios. Su anatomía y fisiología cuentan con órganos que se desarrollan a partir del músculo esquelético y preservan gran parte de las propiedades bioquímicas y morfológicas del sarcolema muscular que se define como una membrana plasmática de la fibra muscular, vistiéndose. Esta membrana tiene un papel importante en la conducción del impulso eléctrico, que conduce a la contracción muscular. Además, estos animales poseen electrocitos (eletroplastos), células especializadas responsables de generar descargas eléctricas. Los eletroplastos de estos teleósteos evolucionaron con cantidades excesivas de proteínas de membrana específicas, promotores de una polarización que permite a estas células producir potenciales transcelulares que, cuando se suman en serie, resultan en una descarga eléctrica potente a lo largo de todo el cuerpo del animal. La anguila eléctrica utiliza esta producción voluntaria de electricidad como un mecanismo eficaz para defenderse de los depredadores y cazar sus presas (Gotter et al., 1998). 

A lo largo de la historia, las especies de Electrophorus electricus han contribuido a la comprensión de la electricidad. En 1775, John Walsh usó la anguila eléctrica como fuente de potencial eléctrico, comparable a una batería de alta potencia. En este contexto, se realizaron varios experimentos, de los cuales una investigación destacó por involucrar a diez personas estableciendo contacto físico en un círculo, donde el primero y el último tocaban respectivamente la cabeza y la cola de la anguila - todos recibían un ligero choque eléctrico. Así, después de numerosos estudios, se determinó que el tejido eléctrico ofrece un modelo adecuado para el estudio de la bioquímica y electrofisiología de las membranas excitables, debido a la cantidad de proteínas de membrana homólogas a otros tejidos excitables, además de las células que contienen grandes cantidades de proteínas ATPases. Se concluyó entonces que el tejido eléctrico de Electrophorus electricus está especializado exclusivamente para la excitabilidad de membrana (Voss et al., 1974; Gotter et al., 1998).

Debido a su especialización para generar un potencial de hasta 600 voltios, los órganos eléctricos prevalecen en alrededor del 80% de la parte posterior del animal, mientras que las vísceras se concentran en el 20% anterior. Su tracto digestivo muscular se proyecta caudalmente y se curva de nuevo hacia la cavidad oral, terminando en el ano que está localizado justo detrás de la cabeza, anterior a las pequeñas aletas pectorales. La anguila eléctrica también tiene una vejiga natatoria que se extiende a lo largo del animal, entre el órgano eléctrico principal y la médula espinal (Gotter et al., 1998). 

El sistema nervioso central de la anguila eléctrica incluye un pequeño encéfalo que concuerda con la clase de teleósteos, además de la médula espinal que se extiende a lo largo de toda la cola. Estos animales tienen un núcleo de control central, localizado en el bulbo de la médula oblonga, y es responsable de la coordinación de la descarga eléctrica. Las neuronas eferentes centrales se extienden caudalmente por la médula espinal y realizan sinapsis con neuronas motoras, que ocupan la región dorsomedial a lo largo de la longitud de la médula espinal. De esta forma, los axones de algunas de estas neuronas electromotoras se irradian a los órganos eléctricos e inervan electrocitos (Oliveira, 1961).

Estos individuos poseen tres órganos eléctricos bien definidos, siendo ellos: un órgano eléctrico principal, que genera descargas de alto voltaje, mientras que los órganos de Hunter y de Sachs generan descargas de bajo voltaje y se cree que están involucrados en la electrolocalización (Bennett, 1971). El principal de ellos se extiende desde la región peritoneal a lo largo de la cola del animal, donde da origen al órgano de Sachs, que ocupa la porción restante de la parte caudal, y presenta morfología más translúcida debido a su menor cantidad de electrocitos densamente empaquetados. El órgano de Hunter se encuentra adyacente a los otros órganos eléctricos, y entre los tres, es la víscera más pequeña. El órgano de Hunter está visualmente separado del órgano principal por dos conjuntos de haces de electrocitos, que corren a lo largo del borde inferior del órgano principal. Para generar una descarga eléctrica sincronizada, los electrochapas individuales dentro de cada órgano eléctrico deben ser excitados simultáneamente. Esta estimulación sincronizada se obtiene a través del retardo en la activación de regiones proximales de los órganos eléctricos, permitiendo que los electrocitos sean estimulados al mismo tiempo que los de las regiones más distantes (Keynes, 1961; Gotter et al., 1998).

De esta forma, se concluye que los ejemplares de Electrophorus electricus representan un modelo biológico vivo para estudios en bioelectricidad y electrofisiología. Estos peces teleósteos tienen una anatomía adaptada que asociada a la funcionalidad de los órganos eléctricos, así como a la coordinación neuromuscular de las descargas, evidencia la complejidad de los mecanismos de defensa, predación e incluso forestación de estos animales. Además, su contribución histórica y científica refuerza la importancia de esta especie en el ámbito de las investigaciones sobre membranas excitables y sistemas electrógenos, capaces de generar potenciales eléctricos a través de procesos fisiológicos.

FIG. 1. Anatomía de la anguila eléctrica. (A) Diagrama que ilustra la organización anatómica de los órganos eléctricos. (B) Una sección a través de la parte media de la anguila, dibujada de manera que la superficie anterior esté orientada hacia la derecha. (C) Columnas de electrocitos se extienden a lo largo del órgano eléctrico principal. En este panel, la superficie posterior de un electrocito se muestra expuesta e inervada por numerosos axones electromotores (no mostrado). Las gruesas líneas negras indican los septos de aislamiento que separan columnas adyacentes de electrocitos. La sombra azul claro representa el interior de los electrocitos expuestos en la sección transversal. Fuente: Gotter et al., 1998.

Autora: Giovanna Luiza - Directora de Asociación del GEAS Brasil.

Panel Salvaje de abril/2025.

Referencias Bibliográficas:

GOTTER, A. L.; KAETZEL, M. A.; DEDMAN, J. R. Electrophorus electricus as a model system for the study of membrane excitability. Brazilian Journal of Medical and Biological Research, Ribeirão Preto, v. 31, n. 3, p. 325–338, Mar. 1998. https://doi.org/10.1590/S0100-879X1998000300001.

BENNETT, M. V. L. Electric organs. In: HOAR, W. S.; RANDALL, D. J. (ed.). Fish Physiology. New York: Academic Press, 1971. v. 5, p. 347–491.

VOSS, H. G.; ASHANI, Y.; WILSON, I. B. A covalent affinity technique for the purification of all forms of acetylcholinesterase. Methods in Enzymology, v. 34, p. 581–591, 1974.

KEYNES, R. D. The development of the electric organ in Electrophorus electricus. In: CHAGAS, C.; PAES DE CARVALHO, A. (eds.). Bioelectrogenesis. New York: Elsevier Science, 1961. p. 14–19.

OLIVEIRA CASTRO, G. Morphological data on the brain of Electrophorus electricus. In: CHAGAS, C.; PAES DE CARVALHO, A. (eds.). Bioelectrogenesis. New York: Elsevier Science, 1961. p. 171–184.