Книга: Электричество в жизни рыб

Введение

Введение

Электрическая активность — неотъемлемое свойство живай материи Электричество генерируют нервные, мышечные и железистые клетки всех живых существ, так как основные процессы в нервных тканях — возбуждение и торможение — сопровождаются электрическими явлениями Возникающие при этом биотоки можно регистрировать, прикладывая к нервам и мышцам животных электроды, т. е. контактным способом. Возможна и бесконтактная фиксация электрических явлений в живых тканях благодаря тому, что биопотенциалы образуют электрические поля вне организма. Ученые обнаружили электрические поля вокруг нервов, мышц и сердца лягушки, и даже вокруг комара и шмеля во время их полета. Однако способность излучать электричество наиболее развита у рыб.

Класс рыб включает свыше 20 тыс. видов Одни рыбы обитают на очень больших глубинах при высоких давлениях и почти полном отсутствии света, другие — в поверхностных слоях с резкими колебаниями освещенности и температуры, третьи — в реках и озерах пещер, четвертые — в водоемах с очень мутной водой Среди озерных и речных рыб различаются дневные, ночные и сумеречные виды. Естественно, что способы передачи информации у различных рыб во время их общения, при питании, обороне и размножении исключительно разнообразны.

К настоящему времени обнаружено шесть каналов общения рыб оптический, акустический, гидромеханический (с помощью органов чувств боковой линии, воспринимающей вихри и потоки воды), химический, световой (у глубоководных рыб) и электрический. Кроме того, почти все рыбы могут передавать сигналы контактно — прикосновениями.

Каждому каналу соответствует определенная система органов передачи и приема информации. Все системы связи рыб работают обычно совместно. Иногда они дублируют друг друга, иногда их роль в разных актах жизнедеятельности, а также в зависимости от времени суток и года различна. Днем, например, большинство рыб использует органы зрения, в сумерках, ночью или в мутных водах — органы слуха, электрорецепторы и органы боковой линии.

В зависимости от физических особенностей воды (прозрачности, температуры, солености) меняются и расстояния, на которые могут проникать различные сигналы, а следовательно, и значение отдельных систем связи.

Каковы же возможности разных видов связи у рыб в обычных условиях? В схематизированном виде дальность действия различных средств связи выглядит следующим образом: акустического канала — сотни метров, оптического — десятки, гидромеханического — метры (при возникновении поверхностных волн) и десятки сантиметров (в вихрях и потоках), химического (в стоячей воде) — несколько сантиметров. Однако необходимо иметь в виду, что данная схема весьма условна. Так, в движущейся воде односторонний контакт рыб с помощью химических сигналов может осуществляться на расстоянии нескольких километров.

Особое место в жизни рыб занимает электрический канал связи. Для некоторых из них он во многих случаях является основным. Практически все рыбы способны излучать и воспринимать электрические поля.

В настоящее время установлено, что около 300 из 20 тыс. современных видов рыб способны генерировать и использовать в своей жизни биоэлектрические поля. В соответствии с этим всех рыб подразделяют на три группы: сильноэлектрические виды, имеющие электрические органы и создающие вокруг себя сильные электрические поля с целью нападения и обороны; слабоэлектрические виды, обладающие специализированными электрогенераторными тканями и образующие импульсные электрические поля с целью локации и связи; неэлектрические рыбы, т. е. все остальные рыбы. Хотя подобной классификации придерживаются многие ученые, ее следует рассматривать скорее как схему, иллюстрирующую уровень современных знании о рыбах.

Действительно, в различных отрядах и семействах класса рыб представлены как сильно- и слабоэлектрические, так и неэлектрические виды. Иными словами, представители тех и других имеют много общего. Эти виды близки и по условиям обитания. Различие между ними заключается только в том, что у одних есть электрогенераторные системы, а у других — нет. К сильноэлектрическим рыбам относятся электрические угорь, скат, сом и американский звездочет.

Первые сведения об электрическом угре европейцы получили от испанских завоевателей. Эта пресноводная рыба обитает в притоках рек Амазонки и Ориноко, а также в болотах северо-восточной части Южной Америки. Она имеет характерную змеевидную форму и рудиментарный хвостовой плавник.

Длина тела взрослого угря достигает 3 м. Мощное электрическое поле, которое образует рыба, простирается примерно на 5 м.

Характерно передвижение угря за счет колебательных движений очень длинного анального плавника. Тело при этом находится в одном и том же положении, что позволяет угрю сохранять неизменной конфигурацию создаваемого им электрического поля. Вблизи угря напряжение настолько велико (до 1200 В при силе тока 1,2 А), что мощность разряда достаточна, по словам английского ученого Н. Тинбергена, чтобы зажечь полдюжины стоваттных лампочек. Рыбу, пораженную разрядом, как бы сводит судорога.

Обычно электрический угорь охотится ночью. В заморных водоемах (с пониженным содержанием кислорода в воде) он не преследует свою добычу. В коричневой жиже болот и мутной воде рек Южной Америки эта рыба периодически генерирует сильные электрические разряды, поражающие животных.

По всей вероятности, приближение жертв к угрю тоже вызвано разрядами, так как они производят электролиз воды и тем самым обогащают ее кислородом Именно кислород и привлекает рыб, лягушек и других животных, которыми питается угорь.

Кроме того, электрическая деятельность облегчает дыхание угря. При разрядах вода разлагается в его теле. Образующийся кислород разносится кровью по всему организму, а от водорода угорь освобождается, выпуская его через жабры. Именно поэтому он хорошо чувствует себя в условиях заморных водоемов.

Совершенно иначе угорь охотится в незаморных водоемах. В этом случае он использует свой «электрический локатор». Активно передвигаясь, угорь обнаруживает с его помощью рыбу и, следя за ее перемещениями, устремляется к цели. Электролокационная система обнаружения необходима угрю, так как он очень плохо видит (его глаза частично покрыты кожей).

Угорь использует электричество и для обороны. Встревоженный угорь генерирует серии следующих друг за другом мощных разрядов, которые образуют оборонительные электрические поля. Они могут убить мелких животных, контузить человека и напугать крупное животное. Как сообщал немецкий естествоиспытатель и путешественник А. Гумбольдт, туземцы при переходе реки вброд гонят лошадей перед собой, заставляя угрей разряжаться о ноги этих животных.

Электрический сом — придонная пресноводная рыба, обитающая в тропических и субтропических водоемах Африки. Длина его достигает 60—90 см; форма тела — вальковидная. Эта рыба — единственный электрический вид среди сомообразных. Электрическое поле, создаваемое сомом, примерно в 2—2,5 раза больше длины самой рыбы. Располагается оно в горизонтальной плоскости. В зоне действия поля на расстоянии 20—40 см от сома жертва начинает непроизвольно двигаться к нему (так называемая анодная реакция). Вблизи рыбы напряжение поля достигает 350 В, а мощность отдельного импульса — 30 Вт.

Как и электрический угорь, электрический сом — типичный ночной хищник Однако в отличие от угря сом не имеет электролокационной системы и ведет активную охоту, т. е. не подстерегает добычу, а ищет ее. С наступлением сумерек он начинает медленно плавать, ощупывая усиками находящиеся вблизи предметы. Малейшее колебание воды около сома или сотрясение дна вызывает у него разрядную деятельность.

Сом во время поиска генерирует мощные разряды, с помощью которых вспугивает затаившуюся добычу и заставляет ее выплывать из укрытия. Сом обнаруживает и «оценивает» рыбу по создаваемым ею потокам воды, используя органы чувств боковой линии — специализированной системы у рыб, воспринимающей гидромеханические колебания. Приблизившись к добыче на расстояние в несколько сантиметров, он бросается в атаку, сопровождая ее разрядами, характер которых зависит от величины рыбы.

Кроме того, на определенном расстоянии жертва стимулирует вкусовые рецепторы сома, что заставляет работать его электрические органы в новом режиме.

Электрические скаты и американские звездочеты — морские сильноэлектрические рыбы — образуют мощные электрические поля. Электрические скаты — хрящевые рыбы Длина их тела колеблется от 30 до 180 см. Американские звездочеты — представители костистых рыб — достигают 1,2—1,5 м. Электрические скаты обитают в основном в Мраморном и Средиземном морях, а также у берегов Индийского океана, звездочеты — вдоль Атлантического и Тихоокеанского побережий на юге Северной Америки. И те и другие — типичные донные хищники. Обычно они ожидают приближения жертвы, лежа на дне. Звездочеты зарываются в песок, оставляя в воде только глаза. Если жертва проплывет над скатом или звездочетом на расстоянии 1 м, хищники поражают ее разрядами электрического тока. Этому способствует особое строение и расположение их электрических органов, образующих вертикальные электрические поля.

В отличие от пресноводных сильноэлектрических рыб электрические скаты и американские звездочеты образуют биоэлектрические поля с помощью импульсов относительно невысокого внешнего напряжения, но большой силы тока (от 40 до 60 В при 50—60 А). Это связано с тем, что в морской воде импульсы большой силы тока распространяются лучше, чем импульсы высокого напряжения, но слабой силы Мощность отдельных импульсов электрических скатов достигает нескольких киловатт. Такие разряды оказывают весьма сильное воздействие и на человека.

Наблюдения показали, что момент разряда электрического ската совпадает с его броском на жертву. Пищу ската составляют довольно крупные и быстро плавающие рыбы (ставрида, кефаль), а также ракообразные. Поэтому добыть их скат может только с помощью электрического оружия Электрическими разрядами скат отпугивает своих соперников и нападающих на него хищников, например акул Необыкновенные свойства, которыми природа наделила сильноэлектрических рыб, дают им в борьбе за существование большое преимущество.

Слабоэлектрические рыбы излучают относительно слабые электрические сигналы. Долгое время было непонятно назначение их электрических органов Однако в 1958 г. английский ученый Г. Лиссман, используя новейшую электронную технику, установил, что они применяют свои электрические поля для ориентации и общения. После работ Лиссмана внимание исследователей сосредоточилось на способности рыб воспринимать и анализировать электрические свойства объектов в окружающей среде. Неожиданным стало открытие, что большинство видов рыб (не только электрических!) способно генерировать, воспринимать и применять электрические поля в целях сигнализации.

Изучение механизмов, которые рыбы применяют для генерации и восприятия электрических полей, характеристик этих полей имеет большое научное и практическое значение. Данные исследований могут быть использованы в медицине, рыбном хозяйстве и бионике.