Об электрических особенностях сильноэлектрических рыб человек знает давно. Наскальные древнеегипетские рисунки и начертания некоторых египетских иероглифов донесли до нас изображение электрического сома. Древнегреческим ученым был известен таинственный скат, обитающий у берегов Средиземного моря. Аристотель писал, что эта рыба «заставляет цепенеть животных, которых она хочет поймать, пересиливая их силой удара, живущего у нее в теле». Врачи Древнего Рима использовали удары скатов для лечения нервных заболеваний.
Связь этих загадочных явлений с электричеством была установлена только в XVIII в. М. Адансоном. В XVIII-XIX вв. некоторые физики и физиологи использовали электрических рыб в качестве источников электрического тока. Так, А. Гумбольдт работал с электрическим угрем, Д. Реймон и М. Фарадей - с электрическими сомом и скатом В то время изучением электрических рыб занимались многие исследователи, среди них особое место принадлежало английскому физику Г. Кавендишу, впервые замерившему электрическое поле ската.
Исследования электрических явлении в живых тканях открыли в физике эру электричества В 1791 г. А. Гальвани выдвинул предположение, что каждое мышечное волокно представляет собой своеобразную лейденскую банку, заряженную электричеством. «Электричество содержится если не во всех, то во всяком случае в очень многих частях животного»,- писал Гальвани в «Трактате о силах электричества при мышечном движении».
Однако экспериментальные доказательства того, что в живых тканях имеется электричество, были получены лишь в 1832 г. Эта заслуга принадлежит Фарадею. Свои опыты он проводил на мраморном электрическом скате.
Во времена Фарадея предполагалось, что существует обыкновенное электричество (или электростатическое), получаемое в результате трения некоторых предметов; гальваническое (химическое), воздействующее на нервно-мышечные препараты и вызывающее нагревание проводников, разложение солей, кислот, щелочей; термоэлектричество, возникающее в участках проводников с разными температурами, а также в местах спайки неоднородных проводников; магнитоэлектричество, появляющееся при пересечении магнитных полей замкнутыми проводниками, и, наконец, «животное» электричество - биоэлектричество, присущее некоторым рыбам и воздействующее на расстоянии на других животных Фарадей доказал, что биоэлектричество ничем не отличается от других видов электричества. Сопоставив физические и химические действия, производимые ими, он заключил, что отдельные виды электричества тождественны по своей природе, каков бы ни был их источник. Явления, присущие разным видам электричества, отличаются не по своей природе, а лишь количественно. Это означает, что никаких особых свойств, присущих «животному» электричеству, нет.
Каким же образом возникает биоэлектричество? Долгое время ученые не могли найти ответ на этот вопрос. В 1912 г немецкий ученый Ю. Бернштейн выдвинул гипотезу о генерации «животного» электричества. В ее основу легли результаты его опытов на электрическом органе ската. Ученый установил, что колебания температуры ЭДС поврежденного нерва или мышцы прямо пропорциональны температуре. Он измерил температуру электрического органа ската во время разряда и обнаружил, что он охлаждается. Бернштейн предположил, что биоэлектрическая ЭДС возникает в результате ионных реакций. Это подтверждало также влияние, которое оказывало изменение концентрации солей в жидкости, окружающей нерв или мышцу (или электрический орган), на возникающую в этих тканях ЭДС. Величины, полученные опытным путем, хорошо согласовывались с теоретическими данными. Однако ответ на вопрос, откуда же электрический орган получает энергию, необходимую для возникновения разряда, так и не был получен.
С тех пор прошло более 60 лет. Возникновение электричества в живых тканях, или электрогенез, изучали многие ученые. Мнения всех исследователей сошлись на том, что основную роль при электрогенезе играют клеточные мембраны, обладающие способностью «сортировать» положительные и отрицательные ионы вне и внутри клетки в зависимости от ее физиологического состояния (т. е. степени возбуждения).
В результате «сортировки» разноименных зарядов между внутренней и внешней сторонами мембраны возникает разность электрических потенциалов Если клетка возбуждается, проводимость мембраны по отношению к электрическому току увеличивается: положительно и отрицательно заряженные ионы устремляются через нее навстречу друг другу. В результате по обе стороны мембраны выравнивается количество различно заряженных ионов, а следовательно, выравнивается и разность потенциалов. Таким образом в клетке происходит постоянное изменение разности потенциалов. «Биологическое» электричество как бы переносит определенную информацию и тем самым координирует сложные внутренние процессы жизнедеятельности организма.
Электрические потенциалы распространяются по нервам, сопротивление которых очень велико «Если бы инженер-электрик,- писал американский ученый А. Ходжкин,- заглянул в нервную систему, он обнаружил бы, что передача информации в ней представляет собой сложную проблему.. В нервном волокне диаметром в 1 мк протоплазма обладает удельным сопротивлением в 100 Ом/см, т. е. нерв длиной в 1 м имеет такое же сопротивление, что и медная проволока 22 калибра длиной в 10 раз большей, чем расстояние от Земли до Сатурна. Для осуществления передачи по кабелю такой длины пришлось бы для усиления сигналов применять своеобразные подпитывающие энергией устройства. Именно так природа решила эту задачу. Импульсы возникают вновь в каждом участке нерва между перехватами Ранвье».
Каким же образом происходит «ретрансляция» сигналов в нервном волокне? В невозбужденном участке нерва его аксоплазма заряжена отрицательно и находится по отношению к наружному раствору, омывающему нерв, под «потенциалом покоя» (50-70 мВ).
В момент возникновения импульса катионы натрия (или его заменителя) в участках нерва, не покрытых миэлином (в перехватах Ранвье), проникают внутрь нерва через мембрану, так как ее электрическое сопротивление уменьшается почти в 100 раз. В результате заряд аксоплазмы становится положительным и между внутренней и внешней сторонами мембраны возникает электрический ток.
Распространяясь по нерву, электрический процесс постепенно затухает. Одновременно с ним ослабевает и электрический импульс, но, дойдя до следующего перехвата Ранвье, он возбуждает соседний участок нерва, и все повторяется вновь. Таким образом электрические импульсы распространяются по нерву со скоростью 60-120 м/с; частота следования достигает 1000 импульсов в 1 с, а длительность - 0,001 с.
Биологическое электричество служит для координации сложных внутренних процессов жизнедеятельности Но огромное количество разнообразных организмов обитает в воде - среде, имеющей сравнительно высокую электропроводимость. В связи с этим некоторые из них в процессе эволюции приобрели способность генерировать электричество для осуществления различных внешних актов своего существования.
О большой роли электричества в жизни водных организмов свидетельствует их способность ориентироваться в слабых электрических полях. Ею обладают простейшие, некоторые моллюски (например, речная улитка), ракообразные и черви. Но совершенства в этом отношении достигли рыбы. Известный английский нейрокибернетик Г. Уолтер так характеризует эту особенность: «Несколько сот видов рыб генерируют токи, намного превышающие их „бытовые“ потребности. Один из видов генерирует ток напряжением до 600 В. Разряд такого напряжения достаточен, чтобы убить человека или зверя Их мышечные клетки соединены последовательно и параллельно, подобно пластинам Вольтова столба. Но как используется такая „силовая станция“, остается тайной. Возможно, такое устройство служит для защиты. Некоторые виды используют его при движении в мутной воде; другие - „телеграфисты глубин“ - для взаимосвязи В любом случае электропитание в сотни вольт кажется экстравагантным. Мозг человека для всей своей сложной деятельности нуждается в генерации лишь одной десятой вольта».
Механизм генерации электрического тока в разных клетках и тканях организма одинаков. Некоторые различия, проявляющиеся как в скорости распространения импульсов, так и в величине потенциалов, связаны со специфическими особенностями клеток Например, потенциал действующей отдельной электрической клетки электрического угря составляет 120-150 мВ, клетки сердечной мышцы лягушки - 120, клетки портняжной мышцы - 110, мотонейрона спинного мозга кошки - 90 мВ. Следовательно, потенциал клеток электрического органа ненамного превышает потенциалы других клеток Разряды высокого напряжения в электрических органах рыб возникают поэтому в результате суммирования потенциалов отдельных электрических клеток.
Специализированные электрогенераторные клетки электрических рыб произошли из мышечных (у большинства видов), нервных (у некоторых электрических угрей) или железистых (у электрического сома) клеток. Толщина их очень мала, поэтому такие клетки называют электрическими пластинками (Типичная электрическая клетка представляет собой видоизмененную мышечную двигательную пластинку) На гистологических срезах электрических органов электрических скатов отчетливо видна полосатая исчерченность, характерная для мышечной ткани.
Электрическая пластинка покрыта оболочкой - электролеммой. У разных видов рыб пластинки весьма разнообразны по форме: у электрического сома, например, они напоминают розетки, у скатов - чаши. Их характерный признак - сравнительно большая площадь поверхности при незначительной толщине.
К одной из сторон электрической пластинки обычно подходит множество нервных окончаний. Эта сторона называется лицевой и является мембраной клетки; она управляет распределением ионов натрия, калия, кальция и хлора. К другой стороне пластинки, в которой рассеяны ее многочисленные ядра, подходят кровеносные сосуды. Хотя у некоторых электрических рыб типы иннервации несколько отличаются, все они предназначены прежде всего для согласования разрядов отдельных пластинок.
Механизм возникновения потенциалов в электрических пластинках рыб в принципе одинаков для клеток всех типов: генерация электрических импульсов обусловлена распределением ионов по обе стороны мембран. Так как нервные окончания располагаются с одной стороны электрической пластинки, во время разряда она становится электроотрицательной по отношению к другой стороне.
Различают два типа мембран: одни возбуждаются только химическими медиаторами, другие - еще и электрическими импульсами. Мембраны первого типа имеются в электрических клетках морских рыб, второго - в клетках пресноводных рыб. В зависимости от того, каким образом комбинируются эти мембраны, можно выделить три типа электрических клеток с характерными функциями Их строение и принцип работы схематично показаны на рис. 1.
Верхние полосы обозначают мембраны, которые можно сравнить с полюсами электрических батарей. Заштрихованными полосами показана внутренняя часть мембраны, заряженная отрицательно; внешняя часть заряжена положительно. Слева на схеме изображено распределение потенциалов в мембранах невозбужденных клеток, справа - распределение потенциалов и направление тока (а также форма образующегося импульса) при его прохождении через клетку и воду, когда клетка возбуждена.

На рис. 1, а показано строение и работа электрических клеток морских рыб. Они представляют собой две мембраны, возбуждаемые химическими медиаторами (ацетилхолином), которые выделяют нервные окончания. Так как у морских рыб иннервируется только одна клеточная мембрана, то лишь в ней и происходит перераспределение потенциалов при возбуждении клетки Возникающий ток проходит через клетку и окружающую рыбу воду в одном направлении Напряжение однофазного импульса между наружными поверхностями клетки в этот момент равно потенциалу покоя клетки (т. е потенциалу невозбужденной клетки). У ската, например, напряжение импульса колеблется в пределах 55-60 мВ
На рис. 1, б и в показана работа электрогенераторных клеток пресноводных электрических рыб. В клетках электрического угря (см. рис 1, б) имеются две различные мембраны, одна из которых неиннервирована и может возбуждаться только химическими, а другая также и электрическими импульсами. Проходящий по нерву электрический импульс вызывает поляризацию мембраны. В момент возбуждения клетки ток проходит через нее и окружающую рыбу воду в одном направлении. Напряжение возникающего между наружными поверхностями клетки импульса несколько превышает потенциал невозбужденной клетки и составляет около 150 мВ.
У пресноводного электрического сома обе мембраны электрически возбудимы. Хотя нервные окончания подходят только к одной мембране, в момент прихода к нерву электрического импульса начинают функционировать обе. При возбуждении ток идет через клетку и воду в двух направлениях: сначала в одном, а затем, спустя некоторое время, в прямо противоположном. Поэтому в момент возбуждения клетки между ее наружными оболочками регистрируется характерный биполярный импульс. Абсолютное значение потенциала этого импульса несколько превышает сумму двух потенциалов клетки в покое.
Таким образом, характер и напряжение импульсов, генерируемых электрическими пластинками, обусловлены их конструкцией и комбинацией мембран. Напряжение импульса зависит также от характера иннервации мембраны и размера электрической пластинки.
Электрические органы всех сильно- и слабоэлектрических рыб - парные образования, симметрично расположенные по бокам тела. Несмотря на видовые морфологические различия, они имеют единый план строения, так как состоят из элементарных электрогенераторов - электрических пластинок, собранных в несколько столбиков; они как бы уложены друг на друга. Так как у пластинок полярность разных сторон различна, то связь их в столбиках представляет собой тип последовательного электрического соединения, что значительно увеличивает общий потенциал разряда.
Ряды столбиков тоже соединены между собой, но уже по типу параллельного электрического соединения. Благодаря этому увеличивается суммарная сила тока разряда. Ориентация столбиков в электрических органах специфична для определенных видов рыб и обусловливает полярность их тела во время разряда. Если лицевая сторона пластинок в столбиках ориентирована в сторону головы, то голова становится электроотрицательной относительно хвоста. При противоположной ориентации столбиков хвост становится электроотрицательным относительно головы (рис. 2).
Управление разрядами электрических органов осуществляется из специальных нервных центров: крупных долей продолговатого мозга или мотонейронов спинного мозга.

Электрические рыбы (закрашенные места обозначают расположение электрических органов)
1 - электрический скат, 2 - обыкновенный скат, 3 - электрический сом, 4 - электрический угорь, 5 - гимнарх, 6 - африканский слоник, 7 - звездочет

Итак, электрические органы рыб представляют собой комбинацию определенным образом взаимосвязанных элементарных генераторов, соединенных последовательно или параллельно При одном и том же расходе мощности N(N = VI) в первом случае повышается напряжение (V) разряда за счет снижения силы тока (I), а во втором I увеличивается за счет снижения напряжения.
В органах различных рыб имеются оба типа соединения элементарных генераторов в соответствии с законом Ома
V = IR,
где R - сопротивление нагрузки, которой в данном случае является вода с разными значениями электропроводности. У рыб, обитающих в пресной воде (характеризующейся по сравнению с морской относительно высоким сопротивлением нагрузки), большая часть элементарных генераторов соединена последовательно, а у морских рыб - параллельно. Этим достигается оптимальное приспособление электрических органов к условиям окружающей среды.
У сильноэлектрических рыб электрические органы составляют значительную часть тела (рис. 3). У электрических угрей, длина которых достигает 3 м, на них приходится 80% от объема тела. Электрическая система угря состоит примерно из 70 столбиков пластинок; каждый столбик включает 6 тыс. отдельных пластинок.

Как уже говорилось, электрические клетки в столбиках соединены последовательно, а ряды столбиков - параллельно. К каждой пластинке, прослоенной студенистым веществом, подходит нервный стволик Лицевая (нервная) сторона пластинки в момент возбуждения становится электроотрицательной, а противоположная - электроположительной. Ток идет внутри органа от концевой пластинки в слой студенистого вещества Электрические пластинки в органах собраны в столбики, расположенные горизонтально, лицевой стороной к хвосту, поэтому разряд у угря идет от хвоста к голове У электрического угря разряд начинается в пластинках, находящихся посредине органа, и затем с огромной скоростью распространяется на электрические пластинки в противоположных концах столбиков.
У скатов электрические органы представляют собой два симметрично расположенных по бокам тела образования. Форма каждого из них напоминает массивную почку. Вес органов составляет 25% веса рыбы. Каждый орган состоит приблизительно из 600 шестигранных столбиков, расположенных подобно пчелиным сотам. В каждом находится около 40 электрических пластинок; их лицевая, электроотрицательная, сторона обращена вниз. К каждой пластинке подходит по одной нервной веточке, которые начинаются от крупных нейронов, находящихся в так называемых электрических долях продолговатого мозга.
Электрогенераторный элемент состоит из нервных пластинок и прилегающих к ним студенистых прослоек. Площадь соприкосновения студенистого вещества с нервными пластинками чрезвычайно велика. Во время разряда ток идет по студенистому веществу снизу вверх. При кратковременной работе температура электрического органа незначительно повышается (на 0,002°), при продолжительной работе - значительно понижается.
Строение электрического органа электрического сома своеобразно. Сильно развитый студенистый слой, залегающий непосредственно под кожей, покрывает мускулатуру и тело как бы сплошным футляром. Электрический орган находится между головой и анальным плавником. Обе его половины сходятся посредине тела рыбы; между ними расположена соединительнотканная перегородка. Орган легко отделяется от подстилающего слоя. Концевые электрические пластинки разбросаны беспорядочно и размещаются поперек тела. Их количество достигает 2 млн. Во время разряда потенциалы отдельных пластинок суммируются - голова сома заряжается электроотрицательно.
Электрический орган сома - преобразованные кожные железы. С каждой стороны к нему подходит по одному мощному нервному волокну диаметром около 1 мм. Далее нервы разветвляются на многочисленные веточки, иннервирующие отдельные ячейки органа Нервы отходят от очень крупной ганглиозной клетки, расположенной в спинном мозге, непосредственно под продолговатым мозгом. При разрезе спинного мозга эту клетку можно видеть даже невооруженным глазом.
Установлено, что именно центральная нервная система управляет разрядами электрических органов. При нагревании головы и охлаждении электрических органов сома частота разрядов увеличивается, а при охлаждении головы и нагревании органов - уменьшается. Такое явление было бы невозможно при автономии электрических органов.
Звездочеты занимают промежуточное положение между сильно- и слабоэлектрическими рыбами. Электрические органы звездочетов расположены позади глаз, в расширенной глазнице (ниже и позади глазного яблока) - между стенкой ротовой полости и теменной костью. Они представляют собой видоизмененные заглазничные мускулы, имеют овальную форму и состоят приблизительно из 200 тонких электрических пластинок, сложенных в вертикальный столбик, лицевой стороной вверх. Вследствие такого расположения пластинок во время разряда спинная сторона рыбы оказывается электроотрицательной, а брюшная - электроположительной.
Электрические органы снабжены мышцами, кровеносными сосудами, зрительными нервами и ветвями глазодвигательного нерва.
Обыкновенные скаты занимают промежуточное положение между сильно- и слабоэлектрическими рыбами. Электрический орган ската расположен по обе стороны позвоночника на протяжении трех задних четвертей хвоста (см рис. 3); его передняя часть переходит в хвостовую мышцу. Орган покрыт соединительнотканной оболочкой, от которой внутрь отходят многочисленные продольные и поперечные перегородки, разделяющие его па маленькие полости или камеры, заполненные студенистым веществом. В каждой камере находится электрическая пластинка Лицевые (электроотрицательные) стороны пластинок у скатов обращены вперед, в связи с чем хвостовая часть во время разряда электроположительна Число камер доходит до 2000 (площадь каждой 2,08 мм2).
Рассмотрим электрические органы пресноводных слабоэлектрических рыб: гимнарха и африканского слоника.
Гимнарх - крупная рыба, достигающая почти 2 м в длину. В его теле восемь электрических органов - по четыре на каждой стороне хвостовой части органа два расположены вверху и два - внизу. Это небольшие нитевидные образования цилиндрической формы, идущие от кончика заостренного хвоста к середине тела Электрические пластинки, имеющие в длину не более 1,2 см, расположены перпендикулярно позвоночнику Они развились из поперечнополосатых мышечных клеток; каждая состоит из 12-30 клеток.
Во время разряда электрические пластинки во всех волокнах работают синхронно. Если рыбу поместить между электродами, к которым подключен вольтметр, можно зафиксировать суммарный импульс, достигающий 4 В. В результате характерной иннервации электрических пластинок возникают двухфазные импульсы, т. е. голова и хвост поочередно становятся по отношению друг к другу то положительными, то отрицательными. Нервы, управляющие электрическим органом, начинаются в больших клетках спинного мозга, расположенных вверху центрального канала, и выходят через брюшные корешки, образуя четыре продольно расположенных электрических нерва.
У африканского слоника электрический орган располагается в хвостовом стебле: начинается под последним лучом спинного плавника и тянется почти на две трети его длины. Орган состоит из четырех волокон: по два на каждой стороне хвостового стебля. Каждое волокно включает столбик электрических пластинок; всего их 92-123. Они плотно прилегают друг к другу, образуя единую систему. При движении рыбы орган не изгибается. Все пластинки строго перпендикулярны оси тела, что обеспечивает постоянную структуру электрического поля и суммирование образующих потенциалов.
Электрические пластинки африканского слоника имеют сложную иннервацию, в результате чего возникает суммарный двухфазный импульс. Разность потенциалов разряда рыбы, помещенной между электродами, достигает 7-17 В. Иннервация органа осуществляется двигательными спинномозговыми нервами.
На концах элементарных электрических органов имеются образования из студенистой массы, возникшей из соединительной ткани. Они представляют собой переход от электрических органов к остальным тканям и, возможно, служат своеобразными каналами, по которым ток распространяется по телу.
Все виды рыб, входящие в подотряд гимнотовидных (к ним относится и африканский слоник), обладают электрическими органами.
Несмотря на существование различия в строении тела, в структуре этих органов много общего. Электрические органы расположены по одному па боках на всем протяжении тела от кончика хвоста до головы. Форма электрических пластинок у разных видов рыб различна: она напоминает цилиндры или диски, стержни или веретена. В связи с различным строением электрических органов рыбы генерируют специфические для каждого вида разряды.

В реках морях и океанах живут несколько видов рыб, которые могут вырабатывать электрический ток. Как показали последние исследования, в настоящее время существует около трехсот видов рыб, вырабатывающих электричество. К таким рыбам относятся и электрический угорь.

Обитает электрический угорь в реках северо-восточной части Южной Америки и притоке среднего и нижнего течения Амазонки. Длина от 1 до 3 м, вес до 40 кг. Кожа у электрического угря голая, без чешуи, тело сильно удлинённое.

Интересным в структуре электрических угрей являются электрические органы, которые занимают около 4/5 длины тела. Угорь генерирует разряд напряжением до 1300 В и силой тока до 1 A. Положительный заряд находится в передней части тела, отрицательный - в задней. Удар током взрослого электрического угря способен оглушить лошадь

Электричество угорю нужно для:

• защиты. Когда на угоря нападает хищник, она выпускает разряд электрического тока. Это отпугивает хищника или обездвиживает (парализует) его;
• общения друг с другом. Угорь выпускает электрические разряды в воду, другие рыбы могут чувствовать их, таким образом, рыбы получают информацию о местонахождении своих собратьев, так же, одна особь может оповестить другую о приближении опасности;
  ориентирования в водном пространстве. При помощи тока угорь может определить расстояние до дна, камня или другого объекта, находящегося в воде;
• охоты. При помощи электрического тока угорь добывает себе пищу. Когда мелкая рыбешка оказывается вблизи, хищник парализует ее током, рыбка не может двигаться, поэтому становится легкой добычей.

Откуда берется ток у рыб?

Электрический ток у рыб образуется в особых органах, которые называются «электрические органы». У каждого вида рыб электрические органы расположены по-разному. У одних рыб они находятся по бокам (например, электрический скат и угорь), у других в подкожном слое, практически по всей длине тела (например, электрический сом), у третьих рыб электрические органы находятся около глаз (американский звездочет).

Каждый электрический орган состоит из небольших пластин (именно в них и образуется электричество), которые собраны в столбики. Количество столбиков разное у каждого вида рыб, их может быть от нескольких десятков, до нескольких тысяч. В одну секунду рыба может вырабатывать от 10 до 600 электрических импульсов. Чем выше количество импульсов, тем больше вреда оно может доставить другим рыбам. Например, когда хищник охотится, он вырабатывает 500-600 импульсов, для защиты и отпугивания врагов достаточно 10-30 импульсов.

У некоторых рыб есть органы, вырабатывающие электрический ток. О таких рыбах знали еще в глубокой древности. Электрического сома изображали на гробницах в Древнем Египте 6 тыс. лет назад. Вероятно, уже тогда знали о лечебном действии его электрических разрядов. Прикладывать электрическую рыбу к телу больного рекомендовал и знаменитый древнеримский врач Гален.

Электрические органы этого сома, расположенные почти по всей длине тела рыбы, дают разряды напряжением до 360 В. А органы электрических скатов, живущих в тропических и субтропических водах океанов, производят целую серию разрядов, до сотни подряд, "напряжением до 220 В. Самые мощные электрические органы у электрических угрей, обитающих в реках тропической Америки. Их разряды достигают напряжения 650 В и силы около 2 А. Сила этих разрядов постепенно уменьшается до тех пор, пока они не прекращаются совсем. Для их "зарядки" требуется время. Сигналы к генерации электричества поступают в электрические органы по нервам.

Очень сильные разряды электрического ската торпедо защищают его от хищников - акул и осьминогов - и помогают скату охотиться за мелкой рыбой, которую эти разряды парализуют или даже убивают.

Расположение электрических органов у электрического ската

Электрические органы с мощными разрядами построены по принципу вольтова столба и служат для защиты и нападения. Разряды действуют на расстоянии до 6 м, парализуя рыб, моллюсков, ракообразных и других водных животных. Электрической рыбе остается только проглотить жертву.

Другая группа электрических рыб, например африканские мормирусы, испускает серию низковольтных импульсов, создавая вокруг себя электрическое поле. По искажению этого поля при попадании в него любого предмета рыбы находят в мутной воде добычу, особей противоположного пола или обнаруживают преграду.

Электрические органы в большинстве случаев состоят из особых клеток - электроцитов, происшедших в процессе эволюции из мышечных клеток.

Электрический ток и магнитные поля

О том, что некоторые рыбы могут генерировать электрический ток, было известно еще древним грекам, хотя они и не знали, что то шоковое оцепенение, которое вызывали у рыбаков электрические скаты, было связано с действием электричества. Они полагали, что рыба выделяет из своих кровеносных сосудов какое-то ядовитое вещество, которое замораживает кровь любого, кто к ней прикоснется. Также издревле был известен электрический сом, обитающий в реках и озерах тропической Африки. В Египте его называют «ра-аш», что созвучно арабскому слову «pa-ад», означающему в переводе «гром». Начиная с XI столетия арабы используют его в народной медицине (своего рода электротерапия): они прикладывают живых сомов к различным частям тела для снятия всякого рода болей. Римляне подобным же образом использовали электрических скатов при лечении подагры и головной боли.

Эти рыбы, как и обитающие в Южной Америке электрические угри, обладают особыми органами, которые способны производить мощный электрический разряд. С помощью своего электрического органа, состоящего из видоизмененных мышечных волокон, электрический сом может производить разряд напряжением до 650 В. Сокращение обычных мышц начинается с небольших электрических разрядов, называемых потенциалами действия, которые распространяются по поверхности мышечного волокна точно так же, как рецепторный потенциал распространяется по рецептору. В процессе эволюции в электрическом органе рыб была утрачена способность мышц к сокращению, а потенциалы действия, напротив, очень сильно возросли. Волокна электрического органа не похожи на тонкие мышечные волокна, а напоминают пластины, расположенные наподобие элементов в аккумуляторной батарее. Как и в любой батарее, отдельные заряды пластин суммируются и производят один сильный разряд. Потенциал действия каждой пластины достигает всего лишь 0,1 В; однако в электрическом органе угря могут быть одновременно возбуждены тысячи таких пластин, и тогда производимый ими разряд достигает огромной силы.

Электрические рыбы, о которых мы только что говорили, используют мощный электрический разряд для оглушения жертвы. Вместе с тем есть рыбы, генерирующие гораздо более слабые токи - настолько слабые, что они не в состоянии обездвижить жертву; во многих случаях эти токи можно зарегистрировать лишь с помощью приборов. Почти у всех скатов электрические органы располагаются в области хвоста; электрический скат отличается от всех остальных тем, что производит особенно сильный разряд. К электрическим рыбам принадлежат также звездочет, обитающий у берегов Северной Америки, клюворылые рыбы Африки, например слонорыл, а также гимнотовидные рыбы, к которым относится ножетелка и электрический угорь, - обитатели Южной Америки. Биологическое значение слабых токов, производимых этими рыбами, долгое время оставалось загадкой; теперь предполагают, что рыбы могут воспринимать искажение образующегося вокруг их тел электрического поля и таким образом обнаруживать препятствия или добычу.

Уже более ста лет известно, что электрические органы есть у нильской щуки - рыбы необычного вида, вдоль всей спины которой проходит постоянно колеблющийся плавник. В 1951 году Г. У. Лиссман тщательно исследовал поведение этих рыб. Нильские щуки передвигаются не с помощью движений хвоста, как большинство других рыб, а с помощью волнообразно колышущегося спинного плавника. При этом их тело не изгибается из стороны в сторону. Эти рыбы с одинаковой легкостью могут двигаться как вперед, так и назад; они без труда обходят все препятствия, встречающиеся на их пути. Нильские щуки обитают в мутных илистых реках и по ночам охотятся на мелких рыбешек. В таких условиях от зрения мало пользы, и поэтому вполне естественно предположить, что какое-то другое чувство помогает нильской щуке ловить добычу и избегать препятствий.

По данным Лиссмана, нильская щука использует электрические органы для обнаружения различных препятствий; кроме того, он показал, что таким же образом обнаруживают препятствия и другие рыбы, обладающие электрическими органами. Если опустить в аквариум с нильской щукой пару электродов, подключенных к осциллографу, прибор тотчас же зарегистрирует электрические разряды. Они следуют с постоянной частотой (примерно 300 имп/с), и при этом каждый разряд создает в воде электрическое поле, напоминающее поле вокруг магнитного стержня. Положительным полюсом в данном случае служит голова рыбы, а отрицательным - ее хвост. Любой находящийся в воде предмет искажает привычную конфигурацию электрического поля; оставалось лишь показать, что нильские щуки способны воспринимать свои слабые электрические поля и что с помощью этих полей они обнаруживают различные объекты. Оказалось, что щуки реагируют на движение слабого магнита вблизи аквариума. Кроме того, если записать электрические разряды рыбы на магнитную пленку, а затем воспроизвести эту запись, рыба будет нападать на опущенные в воду электроды. Позднее, для того чтобы выяснить, может ли нильская щука обнаруживать находящиеся вблизи нее предметы, были проведены опыты с условными рефлексами. В аквариум опускали две трубочки из пористой глины, одну из которых заполняли водой из-под крана или каким-либо другим веществом, проводящим электрический ток, а другую - диэлектриком (например, воском или стеклом). Рыбу обучали приближаться к трубочке с проводящим веществом, каждый раз подкрепляя ее правильное поведение кусочком мяса. Вскоре она обучилась подплывать к этой трубочке и не обращать никакого внимания на другую, наполненную диэлектриком. Изменяя содержимое трубок, удалось определить, что нильская щука может обнаружить наличие в одной из них стеклянной палочки диаметром 2 мм. Такая тоненькая палочка вызывает минимальные изменения электрического поля рыбы; чтобы обнаружить эти изменения, нильская щука должна обладать крайне тонкой чувствительностью.

Органы чувств, которыми пользуется рыба для восприятия электрического поля, находятся в кожных покровах головы и очень напоминают органы боковой линии. Они представляют собой крошечные ямки, наполненные желеобразной массой, на дне которых находятся рецепторы. У нильской щуки толстая кожа, которая очень плохо проводит электричество; желеобразное содержимое ямок, напротив, представляет собой хороший проводник и играет роль вспомогательного органа, собирающего и концентрирующего электрический ток.

Вскоре после того, как у нильской щуки была обнаружена способность воспринимать электрические поля, ученые определили биологическое назначение ампул Лоренцини, имеющихся у скатов. В гл. 1 уже отмечалось, что эти органы чувств одно время считали температурными рецепторами или рецепторами давления, однако в конце концов выяснилось, что они являются электрическими рецепторами. Как и сенсорные органы, расположенные на голове нильской щуки, ампулы Лоренцини представляют собой группу чувствительных клеток, которые находятся на дне канала, заполненного желеобразным содержимым. Подобные органы были обнаружены и у других рыб, чувствительных к электричеству, например у африканского слонорыла и у американской ножетелки.

Фиг. 34. Электрические органы, расположенные в хвосте ножетелки, генерируют электрическое поле, картина которого напоминает картину магнитного поля, существующего вокруг намагниченного стержня

Находящиеся на голове рыбы электрические рецепторы обнаруживают искажения конфигурации этого электрического поля, вызванные объектами, находящимися вблизи рыбы. Плохой электрический проводник (А) вызывает расхождение силовых линий, хороший проводник (Б) - их сжатие.

На фиг. 34 показано, как проводники и диэлектрики изменяют конфигурацию электрического поля вокруг головы рыбы. По-видимому, эти изменения влияют на картину нервных импульсов, поступающих от рецепторов в мозг. Каким образом рыба использует информацию, получаемую от воспринимающих электрическое поле органов, для обнаружения точного положения предмета, совершенно не известно, Считается, что электрические рыбы действительно могут обнаруживать окружающие их объекты, поскольку уже доказана способность этих рыб избегать встречающихся на пути препятствий. Часть мозга, связанная с органами электрического чувства, велика по размеру и, по-видимому, должна быть способна производить анализ очень сложной информации, поступающей от этих органов. Работа мозга несколько облегчается благодаря особому способу передвижения электрических рыб. Обычные рыбы плавают в воде за счет ударов хвоста, который колеблется при этом из стороны в сторону, а у большей части рыб, чувствительных к электрическому току, во время плавания тело вытянуто по прямой линии и почти неподвижно. Вряд ли можно считать простым совпадением развитие такого специфического способа плавания у электрических рыб, принадлежащих не только к разным видам, но даже к разным подклассам. У ската электрические органы находятся на узком твердом хвосте; плавают скаты с помощью своих мягких грудных плавников. Многие рыбы, которые относятся к семействам клюворылых и гимнотовидных, в том числе нильская щука и ножетелка, все время держат хвост прямо и передвигаются посредством волнообразных движений длинных плавников, расположенных на спине или на брюхе. Преимущество такого способа передвижения очевидно, так как при этом не искажается картина электрического поля (что было бы неизбежно, если бы рыба двигала хвостом из стороны в сторону); в результате значительно упрощается анализ приходящей в мозг информации.

Рыбы, имеющие электрические органы, обычно живут в мутной воде или активны в ночное время. Глаза у них маленькие, а поэтому восприятие электрического поля должно иметь для них большое значение, хотя еще никто не показал, что какие-либо рыбы, в том числе скаты, и в самом деле как-то используют электрическое чувство. Вполне возможно, что электрическое чувство предназначено не только для того, чтобы избегать препятствий и обнаруживать жертву. Может быть, когда-нибудь выяснится, что оно, подобно другим чувствам, играет определенную роль в передаче информации во время агрессивного поведения или обряда ухаживания. Например, было обнаружено, что нильская щука изменяет частоту своих электрических разрядов, когда в аквариуме, где она находится, воспроизводят ее же собственные разряды, записанные на пленку. Можно предположить, что таким образом эти рыбы избегают «наложения» сигналов один на другой.

Электрическое чувство - это совершенно «новое чувство», о котором еще тридцать лет назад не было известно. Исследование этого чувства привело к открытию рецепторного органа нового типа. Электрическое чувство в корне отлично от всех других, обсуждаемых в этой книге чувств, которыми мы сами в какой-то мере обладаем (хотя животные используют их порой в других целях). Пусть с трудом, но мы все таки можем представить себе, как летучая мышь ориентируется с помощью эхолокации, а пчела - с помощью поляризованного света; однако электрические рыбы живут, по-видимому, в совершенно чуждом нам мире.

С тех пор как Лиссман обнаружил у нильских щук способность воспринимать слабые токи, было открыто еще одно загадочное чувство, по всей вероятности, связанное с только что описанным. В гл. 7 было высказано предположение, что птицы, по-видимому, могут ориентироваться при полете, используя магнитное поле Земли. Мы пока еще не располагаем убедительным доказательством того, что они воспринимают магнитное поле, однако было обнаружено, что некоторые более примитивно организованные животные реагируют на слабое магнитное поле. В Северной Австралии некоторые виды термитов всегда строят гнезда таким образом, что длинная ось гнезда совпадает с направлением север - юг; группа термитников выглядит как флотилия стоящих на якоре кораблей, повернутых носом к ветру. Предполагаемая причина такой ориентации гнезд заключается в том, что их широкие стороны, направленные на запад и восток, должны улавливать слабые лучи утреннего и вечернего солнца, благодаря чему в гнезде поддерживается нужная температура. Никаких доказательств этого предположения не существует; более того, известно, что температура в гнездах термитов других видов никак не зависит от температуры внешней среды. В термитниках очень толстые стены, а температуру воздуха внутри них регулируют сами термиты почти так же, как это делают пчелы в своем улье.

В то же время известно, что некоторые виды термитов воспринимают магнитное поле. Внутри термитника отдельные особи располагаются параллельно силовым линиям магнитного поля Земли (а у некоторых видов - под прямым углом к ним). Это может в какой-то мере объяснить, почему гнезда термитов ориентированы вдоль силовых линий магнитного поля Земли: ведь если головы термитов обращены к северу или к югу, они будут строить свои гнезда вдоль линии, проходящей с севера на юг. Если посадить термитов в железную коробочку, они теряют способность ориентироваться; в то же время, если положить под ящик с термитами сильный магнит, они изменяют положение своего тела и располагаются вдоль новых силовых линий. Других животных также можно сбить с курса, если поместить около них магнит; это удается проделать с такими филогенетически далекими животными, как прудовики, плоские черви и простейшие.

Загадку представляет не только то, почему эти животные ориентируются с помощью магнитного поля, но и то, как они воспринимают это поле. До сих пор еще не найдено никакого органа чувств или рецептора, которые бы реагировали на магнитное поле. Однако рано или поздно исследователи, может быть, обнаружат, что магнитное чувство широко распространено среди самых различных животных; если это так, то у нас нет никаких оснований считать его последним чувством, которое мы откроем. Уже сейчас предполагают, что некоторые люди способны воспринимать радиоволны. В 1968 году было обнаружено, что перистые антенны некоторых ночных бабочек чувствительны к свету, хотя у этих антенн нет ни роговицы, ни хрусталика, ни сетчатки - структур, которые обычно ассоциируются со светочувствительными органами.

Биология в настоящее время переживает свой золотой век. Во всех областях биологических исследований сейчас наблюдаются головокружительные успехи, которые стали возможны благодаря самым последним достижениям других наук, например созданию электронного микроскопа и развитию вычислительной техники. Поистине ошеломляющие успехи сделаны в области молекулярной биологии, биологии популяций и сообществ. Так же быстро развивается и физиология органов чувств; вскрываются сложнейшие механизмы их функционирования, благодаря чему мы имеем возможность объяснить поведение животных с точки зрения того, что могут и чего не могут их органы чувств, вместо того, чтобы просто считать, будто они живут в таком же мире, как наш. Однако по мере накопления информации возникают все новые и новые проблемы. Исходя из общего запаса знаний, которыми мы сейчас располагаем, следует считать, что каждая глава этой книги является далеко не полной: мы всегда должны помнить, что для нас, к сожалению, еще многое остается загадкой, например то, каким образом функционирует тот или иной орган чувств или даже каково биологическое назначение некоторых из этих органов. В конце концов мы обязательно узнаем, каким образом термиты ощущают магнитное поле Земли и почему они на него реагируют, но к этому времени уже наверняка будут открыты новые, не менее загадочные чувства.

Фото I. В то время, когда коза щиплет листья, уши ее находятся в постоянном движении. Это помогает животному точно определить, откуда приходят звуки. Двигая одним ухом совершенно независимо от другого, коза может концентрировать свое внимание на двух звуках одновременно.

Фото II. Сова сипуха на своем насесте с только что пойманной землеройкой. Эта сова охотится с помощью зрения или слуха, которые характеризуются необычайной остротой. Единственное средство защиты для землеройки - надежное укрытие.

Фото III. Обитающая в пустынях Северной Америки кенгуровая крыса ведет ночной образ жизни и обладает чрезвычайно острым слухом. Она слышит слабые шорохи, свидетельствующие о приближении совы или гремучей змеи, и в момент их нападения мгновенно отпрыгивает в сторону.

Фото IV. Фотография подковоносой летучей мыши, на которой хорошо видна характерная кожистая складка на носу; эта складка может изгибаться, колеблясь из стороны в сторону, и таким образом изменять направление ультразвукового луча, испускаемого летучей мышью.

Фото V. Южноамериканские птицы гуахаро ориентируются с помощью сонара. Они отыскивают путь в кромешной тьме пещер, прислушиваясь к эху от своих криков. Обратите внимание на птиц, сидящих на гнезде позади выступа скалы.

Фото VI. Жировая подушка дельфина - «дыня» - находится между клювом и воздушными мешками; она фокусирует ультразвуковые сигналы, производимые с помощью воздушных мешков. На клюве можно видеть цепочку сенсорных ямок. В каждом такой ямке имеются волоски (остатки вибрисс наземных зверей), которые воспринимают вибрации в воде.

Фото VII. Сонар позволяет землеройкам обнаруживать крупные объекты; благодаря этому животные могут избегать открытых пространств, где они беззащитны против хищников.

Фото VIII. Большую часть времени илистые прыгуны проводят на суше. Их глаза расположены на своего рода выдвижных «турелях» и защищены от высыхания своеобразными «очками».

Фото IX. Глаза играют важную роль в жизни лягушки: с их помощью она находит пищу и водоемы и вовремя обнаруживает врагов.

Фото X. Сложные глаза комнатной мухи состоят из многих тысяч элементов. Число таких элементов в сложном глазе насекомого является хорошим показателем его способности различать детали предметов.

Фото XI. Невидимые человеку медоуказчики.

А. Цветки лапчатки прямостоячей (Potentilla tormentilla = P. erecta), сфотографированные в обычном свете.

Б. Те же самые цветки, сфотографированные в ультрафиолетовом свете. Указатели меда помогают насекомым отыскать в цветках нектар.

Фото XII. Лосось перепрыгивает порог на пути к месту нереста. Он поднимается вверх по реке от самого ее устья, руководствуясь запахом воды из своего нерестилища.

Фото XIII. Крот, зажавший передними лапами свою добычу. Обратите внимание на вибриссы, которые хорошо видны на его мордочке. Предполагают, что они играют важную роль в жизни крота под землей, помогая ему обнаруживать самые различные колебания.

Фото XIV. Боковая линия карпов представляет собой ряд точек, расположенных вдоль боковой поверхности тела. Каждая точка - это крошечное отверстие, ведущее в трубочку, где находятся органы чувств. Прямо перед глазами находятся ноздри. Они представляют собой U-образные трубочки, в которых расположены органы обоняния, и не имеют никакого отношения к дыханию.

Фото XV. Пытаясь выбраться из сети, кузнечик сам предрешает свою гибель. Почувствовав колебания паутины, притаившийся паук быстро схватывает свою добычу.

Фото XVI. Самец сорной курицы регулирует температуру своего гнезда (которое нагревается либо за счет солнечного тепла, либо за счет тепла, выделяемого гниющими растениями), разгребая песок в стороны или набрасывая его на гнездо. Через 11 мес. из яиц вылупляются, птенцы и самостоятельно выбираются на поверхность.

Фото XVII. Лицевые ямки гремучей змеи расположены позади и несколько ниже ноздрей. Чувствительность этих ямок к инфракрасному свету позволяет змее ночью отыскивать добычу.

Фото XVIII. Ножетелка двигается в воде с помощью своего длинного почти прозрачного брюшного плавника, благодаря чему расположенный в ее хвосте электрический орган остается неподвижным. Электрический ток, вырабатываемый этим органом, помогает рыбе обнаруживать находящиеся поблизости объекты.

Из книги По следам Робинзона автора Верзилин Николай Михайлович

ГЛАВА IV. ОВОЩИ ЛЕСА И ПОЛЯ Белый картофель североамериканских индейцев Среди бесчисленного множества растений, которые покрывают поверхность суши и водную поверхность земного шара, нет, быть может, ни одного, которое с большим правом заслуживало бы внимания добрых

Из книги Новая наука о жизни автора Шелдрейк Руперт

Глава 4. Морфогенетические поля 4.1. Морфогенетические зародыши Морфогенез не происходит в вакууме. Он может начаться только с уже организованной системы, которая служит морфогенетическим зародышем. В процессе морфогенеза новая морфическая единица более высокого уровня

Из книги Семь экспериментов, которые изменят мир автора Шелдрейк Руперт

Глава 9. Движения и моторные поля 9.1. Введение В предыдущих главах обсуждалась роль формативной причинности в морфогенезе. В этой и двух последующих главах речь пойдет о роли формативной причинности в управлении движением.Некоторые движения растений и животных являются

Из книги Новейшая книга фактов. Том 1 [Астрономия и астрофизика. География и другие науки о Земле. Биология и медицина] автора

9.6. Морфогенетические поля и моторные поля Несмотря на то что поля, контролирующие изменения формы специализированных двигательных структур животных, - это фактически морфогенетические поля, они вызывают, скорее, движения, нежели изменения формы. По этой причине

Из книги Пароль скрещенных антенн автора Халифман Иосиф Аронович

9.7. Моторные поля и чувства Посредством морфического резонанса животное попадает под влияние специфических моторных полей вследствие своей характерной структуры и внутренней организации колебательных процессов. Эти процессы изменяются в результате изменений,

Из книги Новейшая книга фактов. Том 1. Астрономия и астрофизика. География и другие науки о Земле. Биология и медицина автора Кондрашов Анатолий Павлович

ПОЛЯ ТЕРМИТНЫХ КОЛОНИЙ Предположение о том, что колонии термитов организуются под влиянием поля, вовсе не отрицает роли передачи информации между отдельными насекомыми с помощью обычных органов чувств. Подобно муравьям, термиты могут общаться друг с другом самыми

Из книги Тайная жизнь растений автора Томпкинс Питер

ФАНТОМНЫЕ ОЩУЩЕНИЯ И ПОЛЯ Все общепринятые научные теории создаются на основе концепции ограниченного разума: “схемы тела”, образы тела, фантомные ощущения существуют исключительно внутри головного мозга, как бы живо и непосредственно мы их ни воспринимали. Однако

Из книги Рассказы о биоэнергетике автора Скулачев Владимир Петрович

Из книги Энергия жизни [От искры до фотосинтеза] автора Азимов Айзек

ИЗ ЛЕСОВ - В ПОЛЯ И САДЫ! ЛЮБОПЫТНАЯ находка попалась археологам вблизи города Тебен, в Верхнем Египте. Здесь в дер эль Медине они открыли древнюю гробницу, относящуюся к эпохе фараонов, царствовавших примерно за полторы тысячи лет до нашей эры. Среди предметов, найденных

Из книги Мозг в электромагнитных полях автора Холодов Юрий Андреевич

Почему и как часто приходится пересоставлять магнитные карты земной поверхности? Известно, что магнитные полюсы Земли не совпадают с ее географическими полюсами, а потому направление магнитной стрелки (магнитная линия) не совпадает с направлением географического

Из книги Мы бессмертны! Научные доказательства Души автора Мухин Юрий Игнатьевич

Из книги автора

Электрический кабель цианобактерий Другая проблема, долго дожидавшаяся своего срока, - это передача энергии вдоль мембраны. С самого начала хемиосмотической эпопеи мне казалось очевидным, что разность электрических потенциалов весьма удобна для транспорта энергии в

Из книги автора

Глава 10. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПУТЬ При оценке действия изменений свободной энергии на химические системы ход химической реакции проще рассматривать по аналогии с движением в гравитационном поле. Это вполне разумное решение, поскольку на всем протяжении предыдущей главы мы

Из книги автора

Глава 6. Электромагнитные поля меняют поведение Отмечено многочисленными исследователями, что разные ЭМП могут менять двигательную активность (ДА) организма, изменять чувствительность к раздражителям, нарушать формирование условных рефлексов и угнетать память. Все эти

Из книги автора

Глава 10. Собственные электромагнитные поля мозга О биопотенциалах мозга написаны тысячи научных и популярных статей и книг за те полвека, что прошли со времени начала регистрации электроэнцефалограммы человека немецким физиологом Г. Бергером.В те же годы советским

Из книги автора

Электрические и магнитные поля Из того перечня сил природы, которые могут участвовать в строительстве и осуществлении жизни тел организмов и формируют нас, людей (как личность - как сущность, которая имеет возможность хранить информацию и перерабатывать ее, а также

17 августа 2016 в 21:31

Физика в мире животных: электрический угорь и его «энергостанция»

• Научно-популярное ,
• Биотехнологии ,
• Физика ,
• Экология

Электрический угорь (Источник: youtube)

Рыба вида электрический угорь (Electrophorus electricus) - единственный представитель рода электрических угрей (Electrophorus). Встречается он в ряде приток среднего и нижнего течения Амазонки. Размер тела рыбы достигает 2,5 метра в длину, а вес - 20 кг. Питается электрический угорь рыбой, земноводными, если повезет - птицами или мелкими млекопитающими. Ученые изучают электрического угря десятки (если не сотни) лет, но только сейчас начали проясняться некоторые особенности строения его тела и ряда органов.

Причем способность вырабатывать электричество - не единственная необычная черта электрического угря. К примеру, дышит он атмосферным воздухом. Это возможно благодаря большому количеству особого вида ткани ротовой полости, пронизанной кровеносными сосудами. Для дыхания угрю нужно каждые 15 минут всплывать к поверхности. Из воды кислород брать он не может, поскольку обитает он в очень мутных и мелких водоемах, где очень мало кислорода. Но, конечно, главная отличительная черта электрического угря - это его электрические органы.

Они играют роль не только оружия для оглушения или убийства его жертв, которыми угорь питается. Разряд, генерируемый электрическими органами рыбы, может быть и слабым, до 10 В. Такие разряды угорь генерирует для электролокации. Дело в том, что у рыбы есть специальные «электрорецепторы», которые позволяют определять искажения электрического поля, вызываемые его собственным телом. Электролокация помогает угрю находить путь в мутной воде и находить спрятавшихся жертв. Угорь может дать сильный разряд электричества, и в это время затаившаяся рыба или земноводное начинает хаотично дергаться из-за судорог. Эти колебания хищник без труда обнаруживает и съедает жертву. Таким образом, эта рыба является одновременно и электрорецептивной и электрогенной.

Интересно, что разряды различной силы угорь генерирует при помощи электрических органов трех типов. Они занимают примерно 4/5 длины рыбы. Высокое напряжение вырабатывают органы Хантера и Мена, а небольшие токи для навигационных целей и коммуникационных целей генерирует орган Сакса. Главный орган и орган Хантера размещаются в нижней части тела угря, орган Сакса - в хвосте. Угри «общаются» между собой при помощи электрических сигналов на расстоянии до семи метров. Определенной серией электрических разрядов они могут привлекать к себе других особей своего вида.

Как электрический угорь генерирует электрический разряд?

Угри этого вида, как и ряд других «электрифицированных» рыб воспроизводят электричество тем же образом, что и нервы с мышцами в организмах других животных, только для этого используются электроциты - специализированные клетки. Задача выполняется при помощи фермента Na-K-АТФазы (кстати, этот же фермент очень важен и для (лат. Nautilus)). Благодаря ферменту образуется ионный насос, выкачивающий из клетки ионы натрия, и закачивающий ионы калия. Калий выводится из клеток благодаря специальным белкам, входящих в состав мембраны. Они образуют своеобразный «калиевый канал», через который и выводятся ионы калия. Внутри клетки скапливаются положительно заряженные ионы, снаружи - отрицательно заряженные. Возникает электрический градиент .

Разница потенциалов в результате достигает 70 мВ. В мембране той же клетки электрического органа угря есть и натриевые каналы, через которые ионы натрия могут снова попасть в клетку. В обычных условиях за 1 секунду насос выводит из клетки около 200 ионов натрия и одновременно переносит в клетку приблизительно 130 ионов калия. На квадратном микрометре мембраны может разместиться 100- 200 таких насосов. Обычно эти каналы закрыты, но в случае необходимости они открываются. Если это произошло, градиент химического потенциала приводит к тому, что ионы натрия снова поступают в клетки. Происходит общее изменение напряжения от -70 до +60 мВ, и клетка дает разряд в 130 мВ. Продолжительность процесса - всего 1 мс. Электрические клетки соединяются между собой нервными волокнами, соединение - последовательное. Электроциты составляют своеобразные столбики, которые соединяются уже параллельно. Общее напряжение генерируемого электрического сигнала достигает 650 В, сила тока - 1А. По некоторым данным, напряжение может достигать даже 1000 В, а сила тока - 2А.

Электроциты (электрические клетки) угря под микроскопом

После разряда снова действует ионный насос, и электрические органы угря заряжаются. По мнению некоторых ученых, насчитывается 7 типов ионных каналов мембраны клеток электроцитов. Расположение этих каналов и чередование типов каналов влияет на скорость производства электричества.

Разряд электрической батареи

По результатам исследования Кеннета Катания (Kenneth Catania) из Университета Вандербильта (США), угорь может использовать три типа разряда своего электрического органа. Первый, как и упоминалось выше - это серия низковольтных импульсов, которые служат для коммуникации и навигационных целей.

Второй - последовательность из 2-3 высоковольтных импульсов продолжительностью несколько миллисекунд. Этот способ используется угрем при охоте на спрятавшуюся и затаившуюся жертву. Как только дано 2-3 разряда высокого напряжения, мышцы затаившейся жертвы начинают сокращаться, и угорь может без труда обнаружить потенциальную еду.

Третий способ - ряд высоковольтных высокочастотных разрядов. Третий способ угорь использует при охоте, выдавая за секунду до 400 импульсов. Этот способ парализует практически любое животное небольшого и среднего размера (даже человека) на расстоянии до 3 метров.

Кто еще способен вырабатывать электрический ток?

Из рыб на это способны около 250 видов. У большинства электричество - лишь средство навигации, как, например, в случае слоника нильского (Gnathonemus petersii).

Но электрический разряд чувствительной силы способны генерировать немногие рыбы. Это электрические скаты (ряд видов), электрический сом и некоторые другие.

Электрический сом (