Меню

Электрические рыбы как вырабатывают ток

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


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 моллюсков рода наутилус (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 (Источник: Wikipedia)

Джейсон Гэллент с коллегами провели секвенсирование генома ряда рыб с электрическими органами, и выяснили, что многие из изученных ими видов не являются родственниками. «Изобретение» природой электрических органов у рыб шло параллельно, но строение батарей очень схоже у всех. Всего ученые насчитали 6 независимых друг от друга эволюционных линий, приведших к появлению электрических органов. Пожалуй, электрический угорь является одним из видов рыб, которые используют этот орган наиболее искусно.


Источник: animalpicturesociety.com

Источник

Электрические рыбы: список, особенности и интересные факты

Электрические разряды в природе возникают не только во время грозы, в виде молний. Процессы, вызывающие слабые электрические явления, происходят, например, во многих растениях. Но самым удивительным носителем этой способности являются электрические рыбы. Их дар вырабатывать разряды сильной мощности не доступен ни одному виду животных.

Зачем рыбам электричество

О том, что некоторые рыбы могут сильно «бить» затронувшего их человека или животное, знали еще древние жители морских побережий. Римляне считали, что в этот момент у обитателей глубин выделяется какой-то сильный яд, вследствие которого у жертвы наступает временный паралич. И только с развитием науки и техники стало понятно, что рыбам свойственно создавать электрические разряды разной силы.

Какая рыба — электрическая? Ученые утверждают, что эти способности свойственны почти всем представителям названного вида фауны, просто у большинства из них разряды небольшие, ощутимые только мощными чувствительными приборами. Используют они их для передачи сигналов друг другу — как средство общения. Сила излучаемых сигналов позволяет определить в рыбьей среде, кто есть кто, или, иными словами, выяснить силу своего противника.

Электрические рыбы используют свои особые органы для защиты от врагов, в качестве оружия поражения добычи, а также как локаторы-ориентиры.

Где у рыб электростанция?

Электрические явления в организме рыб заинтересовали ученых, занимающихся явлениями природной энергии. Первые эксперименты по изучению биологического электричества проводил Фарадей. Для своих опытов он использовал скатов как самых сильных производителей зарядов.

Читайте также:  Пропал ток в прикуривателе

Одно, на чем сошлись все исследователи, что основная роль в электрогенезе принадлежит клеточным мембранам, которые способны раскладывать положительные и отрицательные ионы в клетках, в зависимости от возбуждения. Видоизмененные мышцы рыб, которые соединены между собой последовательно, это и есть так называемые электростанции, а соединительные ткани – проводники.

«Энергодобывающие» органы могут иметь самый различный вид и место размещения. Так, у скатов и угрей это почкообразные образования по бокам, у рыб-слонов – цилиндрические нити в районе хвоста.

Как уже было сказано, производить ток в том или ином масштабе свойственно многим представителям этого класса, но есть настоящие электрические рыбы, которые опасны не только для других животных, но и для человека.

Электрическая рыба-змея

Южноамериканский электрический угорь не имеет ничего общего с обычными угрями. Назван он так просто по внешнему сходству. Эта длинная, до 3 метров, змееобразная рыба весом до 40 кг способна генерировать разряд напряжением в 600 вольт! Тесное общение с такой рыбешкой может стоить жизни. Даже если сила тока не станет непосредственной причиной смерти, то к потере сознания приводит точно. А беспомощный человек может захлебнуться и утонуть.

Электрические угри живут в Амазонке, во многих неглубоких реках. Местное население, зная их способности, не заходит в воду. Электрическое поле, производимое рыбой-змеей, расходится в радиусе 3 метров. При этом угорь проявляет агрессию и может нападать без особой на то надобности. Наверное, он это делает с перепугу, так как основной рацион его составляет мелкая рыбешка. В этом плане живая «электроудочка» не знает никаких проблем: выпустил зарядик, и завтрак готов, обед и ужин заодно.

Семейство скатов

Электрические рыбы — скаты — объединяются в три семейства и насчитывают около сорока видов. Им свойственно не только вырабатывать электричество, но и аккумулировать его, чтобы использовать в дальнейшем по назначению.

Основная цель выстрелов – отпугивание врагов и добыча мелкой рыбешки для пропитания. Если скат выпустит за один раз весь свой накопленный заряд, его мощности хватит, чтобы убить или обездвижить крупное животное. Но такое происходит крайне редко, так как рыба — скат электрический — после полного «обесточивания» становится слабой и уязвимой, ей требуется время, чтобы снова накопить мощность. Так что свою систему энергоснабжения скаты строго контролируют с помощью одного из отделов мозга, который выполняет роль реле-выключателя.

Семейство гнюсовых, или электрических скатов, называют еще «торпедами». Самый крупный из них – обитатель Атлантического океана, черный торпедо (Torpedo nobiliana). Этот вид скатов, которые достигают в длину 180 см, вырабатывает самый сильный ток. И при близком контакте с ним человек может потерять сознание.

Скат Морсби и токийский торпедо (Torpedo tokionis) – самые глубоководные представители своего семейства. Их можно встретить на глубине 1 000 м. А самый маленький среди своих собратьев – индийский скат, его максимальная длина — всего 13 см. У берегов Новой Зеландии живет слепой скат – его глаза полностью спрятаны под слоем кожи.

Электрический сом

В мутных водоемах тропической и субтропической Африки живут электрические рыбы – сомы. Это довольно крупные особи, от 1 до 3 м в длину. Сомы не любят быстрых течений, живут в уютных гнездах на дне водоемов. Электрические органы, которые расположены по бокам рыбы, способны производить напряжение в 350 В.

Малоподвижный и апатичный сом не любит уплывать далеко от своего жилища, выползает из него для охоты по ночам, но также и непрошеных гостей не любит. Встречает он их легкими электрическими волнами, ими же и добывает себе добычу. Разряды помогают сому не только охотиться, но и ориентироваться в темной мутной воде. Мясо электрического сома считается деликатесом у местного африканского населения.

Нильский дракончик

Еще один африканский электрический представитель царства рыб – нильский гимнарх, или аба-аба. Его изображали на своих фресках фараоны. Обитает он не только в Ниле, но в водах Конго, Нигера и некоторых озер. Это красивая «стильная» рыбка с длинным изящным телом, длиной от сорока сантиметров до полутора метров. Нижние плавники отсутствуют, зато один верхний тянется вдоль всего тела. Под ним и находится «батарейка», которая производит электромагнитные волны силой 25 В практически постоянно. Голова гимнарха несет положительный заряд, а хвост — отрицательный.

Свои электрические способности гимнархи используют не только для поиска пищи и локации, но и в брачных играх. Кстати, самцы гимнархов просто потрясающе фанатичные отцы. Они не отходят от кладки икринок. И стоит только приблизится кому-то к детям, папа так окатит нарушителя электрошокером, что мало не покажется.

Гимнархи очень симпатичны — их вытянутая, похожая на дракончика, мордочка и хитрые глазки снискали любовь среди аквариумистов. Правда, симпатяга довольно агрессивен. Из нескольких мальков, поселенных в аквариум, в живых останется только один.

Морская корова

Большие выпуклые глаза, вечно приоткрытый рот, обрамленный бахромой, выдвинутая челюсть делают рыбу похожей на вечно недовольную сварливую старуху. Как называется электрическая рыба с таким портретом? Морская корова семейства звездочетов. Сравнение с коровой навевают два рожка на голове.

Эта неприятная особь большую часть времени проводит, зарывшись в песок и подстерегая проплывающую мимо добычу. Враг не пройдет: корова вооружена, как говорится, до зубов. Первая линия нападения – длинный красный язычок-червячок, которым звездочет заманивает наивных рыбок и ловит их, даже не вылезая из укрытия. Но если надо, то она взметнется мгновенно и оглушит жертву до потери сознания. Второе оружие для собственной защиты – позади глаз и над плавниками расположены ядовитые шипы. И это еще не все! Третье мощное орудие расположено сзади головы – электрические органы, которые генерируют заряды напряжением в 50 В.

Кто еще электрический

Вышеописанные — это не единственные электрические рыбы. Названия не перечисленных нами звучат так: гнатонем Петерса, черная ножетелка, мормиры, диплобатисы. Как видите, их немало. Наука сделала большой шаг вперед в изучении этой странной способности некоторых рыб, но разгадать полностью механизм аккумуляции электроэнергии большой мощности полностью не удалось и до нынешнего времени.

Рыбы лечат?

Официальная медицина не подтвердила обладание электромагнитного поля рыб целебным эффектом. Но медицина народная издавна использует электрические волны скатов для излечения многих болезней ревматического характера. Для этого люди специально прогуливаются вблизи и получают слабые разряды. Вот такой себе натуральный электрофорез.

Электрических сомов жители Африки и Египта используют для лечения тяжелой стадии лихорадки. Для повышения иммунитета у детей и укрепления обшего состояния экваториальные жители заставляют тех прикасатся к сомам, а также поят водой, в которой некоторое время плавала эта рыба.

Источник

Электрические рыбы и генерация электричества

Электрические рыбы и генерация электричества

Как вырабатывается электричество у рыб

Управление работой электрических органов

Электричество и добыча пищи

В животном мире есть существа, которые вырабатывают применяют себе на пользу электричество. Этими существами являются так называемые «электрические» рыбы: электрические скаты, электрические угри и электрические сомы.

Как вырабатывается электричество у рыб.

Электричество вырабатывается у таких рыб, в особых «электрических органах», состоящих из стопок ячеек (шестигранных у скатов и ромбоидальных у сомов), которые составляют ряд призм или пластинок, отделенных — друг от друга пленками из соединительной ткани.

Читайте также:  Искусственная механическая характеристика двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

У некоторых электрических скатов насчитывают более 450 призм в каждом правом и левом органе.

В каждой ячейке имеется «электрическая пластинка», к которой подходят снизу разветвления нервов, и так называемое «промежуточное» студенистое вещество.

Ячейка отделена от ячейки пленками из соединительной ткани. Получается род вольтова столба.

В этих электрических пластинках вырабатывается электричество, причем в момент разряда электрическая пластинка заряжается снизу отрицательно, а сверху — положительно; следовательно, брюшная сторона тела рыбы в момент разряда заряжается отрицательно, а спинная — положительно.

Электрические рыбы и генерация электричества

Электрические рыбы и генерация электричества

Развитие электрического органа показывает, что весь он является видоизменением мускулов, а электрическая пластинка представляет видоизменение «концевой» пластинки, которой нерв оканчивается в мускуле.

Электрические органы размещаются: у скатов — у одних в головной части тела, у других — у корня хвостовой части в виде одной пары; у угрей в хвостовой части в виде двух пар; у сомов — под кожей и в мускулах по всему телу.

Рыба приводит в действие свой электрический орган по произволу. Сила первых разрядов более значительна, чем последующих; после ряда разрядов сила чрезвычайно падает, становясь мало заметной, и нужно некоторое время отдыха для восстановления деятельности органов.

Управление работой электрических органов.

Управляет работой электрических органов головной мозг, в частности, электрические доли продолговатого мозга. Если отрезать у электрической рыбы голову, то действие электрического органа прекращается.

Иннервируются электрические органы от спинного мозга. Наиболее сильные разряды дает электрический угорь; затем сравнительно сильные разряды получаются у электрического ската, более слабые дает электрический сом.

Первичные разряды способны свалить человека, парализуя его движения и причиняя боль и головокружение, при этом боль в суставах головокружение могут продолжаться около суток.

Электрический угорь ведет свою охоту ночью; производя электрические разряды, он оглушает всех рыб и раков в районе действия своего электрического органа, после чего и поедает их.

Электрические рыбы и генерация электричества

Электрические рыбы и генерация электричества

Электричество и добыча пищи.

Так же используют для добывания пищи разряды своих электрических органов и электрические скаты и сомы. Эти рыбы приводят в действие электрические органы и в целях защиты.

Нет конкретных исследований о том, почему электрические рыбы, могут шокировать других животных, не шокируя себя, но одно из возможных объяснений, может заключаться в том, что тяжесть поражения электрическим током, зависит от количества и продолжительности тока, протекающего через любую заданную область тела.

Для сравнения, тело угря имеет примерно те же размеры, что и рука взрослого мужчины. Чтобы вызвать спазм плеча, в течение 50 миллисекунд, должен протекать ток 200 миллиампер.

Электрические рыбы и генерация электричества

Электрические рыбы и генерация электричества

Например, угорь генерирует гораздо меньше энергии, потому что его ток, протекает всего 2 миллисекунды. Кроме того, большая часть тока рассеивается в воде через кожу. Это, вероятно, уменьшает ток даже ближе к внутренним структурам, таким как центральная нервная система или сердце.

Конечно, ток, полученный любой маленькой жертвой, также является лишь небольшой частью общего тока, генерируемого угрем. Тем не менее ток, разряженный в их меньшие тела, намного больше, пропорционально телу угря.

Например, жертва в 10 раз меньше по длине, чем угорь, примерно в 1000 раз меньше по объему. Поэтому маленькие животные, рядом с электрическим угрем испытывают шок, а не сам разряжающийся угорь.

Электрические органы представляют, как бы подобие электрической станции, аккумуляторов и электрической проводки. Лечение разрядами электрических рыб было знакомо диким племенам Америки , а также древним грекам.

Видео: Большой Барьерный Риф.

Источник



Сила живого электричества

Его добыча быстра и хитра, она — мастер маскировки и умеет быть не заметной, когда это необходимо, вместе со способностью стремительно скрываться, неожиданно появляясь снова. Но все-таки она уязвима перед хищником, главное оружие которого бьет наповал, предопределяя исход встречи. Жертва бессильна, так как ей нечего противопоставить силе живого электричества.

Сила, которая заставляет «цепенеть»

Нет-нет, мы не начинаем рубрику о кино, и то, что вы сейчас прочитали, не является трейлером к новому голливудскому блокбастеру. Эта борьба ежедневно, ежечасно происходит в подводном мире нашей планеты, а одни из ее участников — электрические рыбы. Из всех обитателей Земли только некоторые виды рыб могут произвести такое количество электричества, чтобы парализовать и даже убить человека.

Ученые считают, что эти животные обитают на земле уже миллионы лет — до сих пор находят их окаменелости. Электрическую природу этих животных разгадали вскоре после открытия электричества, до этого же эту способность описывали и называли по-разному. К примеру, Аристотель, описывая ската «Торпедо», предполагал, что тот «заставлял цепенеть» свою добычу, «пересиливая силой удара, живущего в его теле». Истории также известны факты, когда врачеватели Древнего Рима пытались лечить своих пациентов ударами тока электрического ската. А египтяне оставляли на надгробьях изображения африканского сома.

Конечно, способность вырабатывать электрический ток помогает рыбам не только охотиться, но и защищаться от хищников, находящихся выше них самих в этой пищевой цепи — от акул и осьмингов, — использовать электрические импульсы для беспрепятственного преодоления пространства в морской бездне и даже как средство коммуникации с собратьями. Давно известно, что только некоторые виды рыб имеют ярко выраженные электрические свойства. Однако ученые полагают, что любая рыба в той или иной степени обладает электрочувствительностью и создает вокруг себя электрические поля. При сближении ее с каким-либо предметом это поле искажается, и сигналы об этом поступают на особые чувствительные электрорецепторы рыбы. Ее мозг, получивший информацию от рецепторов, «дает представление» рыбе о признаках приближающегося предмета: форме, скорости, размере. Используют они эту информацию для ориентирования под водой, для синхронного передвижения в косяке, для удачного нереста и т.п.

Но рыб, обладающих именно такими органами, которые генерируют разряды различного по силе напряжения, ихтиологам известно более 300 видов. Большинство из них обладает слабой способностью вырабатывать электрический ток, но некоторые в действительности опасны не только для морских обитателей, но и для человека. Попавшие в рыболовные сети скаты могут ударить током, прошедшим по влажным нитям, даже рыбака. Из-за этого, кстати, древние египтяне называли электрических скатов или сомов защитниками рыб, так как рыбаку, получавшему такой удар, не удавалось удержать в руках свой улов, и он вновь возвращался в море.

До сих пор ихтиологам попадаются «уловы» новых видов электрических рыб. Так, в 2013-м была раскрыта еще одна морская тайна — в реке Амазонке обнаружены два новых вида, которые назвали Brachyhypopomus walteri и Brachyhypopomus bennetti, «народное» название «тупоносая рыба-нож». Рыба-нож вырабатывает слабый ток, который не идет в сравнение со способностями, например, того же электрического ската. Она-то как раз и использует свои электрические способности для ориентирования в мутных амазонских водах.

Среди рыб с сильными генерирующими способностями выделяются электрические угри (обладает электрической способностью в 50- 650 В), электрические сомы (300-400 В), электрические скаты (разные виды «выдают» от 50 до 200 В). Ареалом обитания первых двух рыб являются пресные воды Южной Америки (Амазонка, Ориноко); Западной и Центральной Африки, и лишь скат — морской обитатель — живет в Атлантическом океане, в Средиземном и Красном морях.

Читайте также:  Как подбирать сечение трехфазного тока

Самым кровожадным среди них, пожалуй, можно назвать электрического угря (или иначе — молниевый): с его «аппетитом» не может даже сравниться хищная пиранья, к тому же он находится на вершине пищевой цепи, и поэтому практически не имеет врагов. Эта рыбка вырастает до 40 кг по весу и до 3 м в длину.

Все дело в генетике

Полюса «плюс» и «минус» у электрического угря находятся у головы и хвоста соответственно. Отвечает за выдачу разряда специальный орган, покрывающий поверхность тела электрических рыб: это студнеподобная ткань с соединительными перегородками, которая состоит из специальных клеток-производителей электричества — электроцитами.

Вырабатывание ими электричества — это сложный электрохимический процесс.

Недавно группа исследователей из США во главе с профессором-биохимиком из Висконсинского университета в Мадисоне Майклом Суссманом подошла совсем вплотную к раскрытию тайны этого чуда природы. Это открытие основано на генетических исследованиях, опубликовал его американский академический журнал «Science».

Ученые пришли к выводу, что, несмотря на отсутствие «родственных» связей у разных электрических рыб, их специальные электрические органы имеют генетические сходства. Развитию этих «особых», очень похожих, органов у совершенно разных видов электрических рыб способствовали одни и те же гены. «Конвергенция», — сказал бы Ч. Дарвин. Иными словами, развитие одних и тех же признаков в одних и тех же условиях у совершенно разных групп животных.

А когда-то итальянский врач Луиджи Гальвани, праотец электробиологии, начавший в 1780 году заниматься изучением работы мышц и нервов, увлеченно испытывал с этой целью лягушачьи лапки. Образно говоря, конечности земноводных помогли врачу-естествоиспытателю выяснить, что мышцы живых существ тоже имеют электрический потенциал. Окончательно в существовании «животного электричества» Гальвани убедили эксперименты с электрическим скатом (которого, кстати говоря, до этого электрическим никто не называл, не зная о природе его способностей). Итогом его научных исследований стал труд «Трактаты о силе электричества при мышечном движении», который перевернул представление мыслителей эпохи Просвещения о природе электричества.

Движение — жизнь

Применяя терминологию Гальвани, можно сказать о том, что «живое электричество» (электрическое напряжение) появляется при любом, даже несущественном, сокращении мышц, а вернее, именно оно, побуждаемое нервными импульсами, заставляет мышечные клетки сокращаться. Так вот, под влиянием недавно открытого генома в процессе эволюции у рыб разных видов в сходных условиях и в разном хронологическом порядке мышечные клетки потеряли способность сокращаться (не потеряв при этом электрическую природу) и «превратились» в электроциты — клетки, которые вырабатывают электрический ток. Этими клетками испещрено тело электрического угря — их насчитывают до полумиллиона. Электроциты «уложены» столбиками, по 6000 клеток в каждом. Таких столбиков у электрического угря, например, 70. Подобное «столбчатое» строение значительно усиливает напряжение тока рыбы.

В спокойном состоянии клетка имеет отрицательный потенциал: внутри нее находятся отрицательно заряженные ионы, а снаружи и отрицательные, и положительные. Ионы NaCI имеют положительный заряд, и они стремительно устремляются сквозь оболочку клетки вовнутрь нее, когда получают сигнал от нервной системы.

Во внешней оболочке любой клетки (мембраны) содержатся белки, которые являются связующими каналами между внутренней средой клетки и внешней (межклеточным пространством). Именно эти каналы обеспечивают переход ионов NaCI из межклеточного пространства в клетку, вследствие чего возникает разность потенциалов внутри и снаружи ее. Это заставляет мембрану открывать дополнительные каналы, и новая «порция» ионов переходит внутрь, в результате чего создается электрический импульс. Мышечную клетку, как упоминалось выше, он стимулирует работать, то есть сокращаться, но вот в мембране электроцита перераспределение белков иное, чем в мышечной — это позволяет ионам мощным потоком устремляться через мембрану, концентрируя внутри клетки избыточный положительный заряд.

Разность потенциалов внутри и снаружи клетки создает в прямом смысле потрясающий разряд, который, как уже говорилось, усиливают и особое «столбчатое» строение клеток, и их количество.

Кто кого

После выдачи порции заряда электрическому органу рыбы необходимо некоторое время на «подзарядку». Этой передышкой пользуются обычно рыбаки, чтобы выловить опасный деликатес — электрического угря, который пользуется большим спросом в Южной Африке. Аборигены Амазонки, например, для этого загоняют в реку стадо коров, взбешенные рыбы тут же начинают тратить на буренок свой заряд, неприятный, но не убийственный для них, а рыбаки затем беспрепятственно собирают улов острогами. Нужно отметить, что активная генерация одного угря привлекает сородичей, так, на свою погибель, приплывают новые и новые охотники поживиться. Таким же способом местные переправляются вброд через реку: перед собой запускают, например, лошадь, а сами идут следом, обезопасив себя, таким образом, от удара током.

А отчаянные водолазы охотятся на электрических скатов для зоопарков и океанариумов, пока те мирно дремлют. Для этого дайверы экипируются в герметичный водолазный костюм сухого типа и латексные диэлектрические перчатки.

О личной жизни электрического угря известно очень мало. Никто до сих пор достоверно не знает, как же он размножается, потому что это очень скрытное и осторожное животное. На время нереста он удаляется в глубь своих мутных вод, а возвращается уже с молодым поколением. Некоторые наблюдения говорят о том, что во время брачного периода между самцами происходит своеобразная дуэль. Понятно, что в ней побеждает тот, кто выдает наибольший разряд.

Как приручить зверя

Хотя древний способ исцеления от боли при помощи электрических рыб у современников не находит отклика, ученые все же озадачиваются вопросом, как применить знания о живых генераторах в медицине. Американские изобретатели Цзянь Сюй и Дэвид Лаван, например, «разобрали до молекулы» молниевого угря, чтобы воссоздать прототип его электрической клетки. Получили сложную численную модель, демонстрирующую перемещение ионов через стенки клеток. Конечная цель ученых — медицинские имплантаты, которые смогут запитываться самостоятельно в организме, без внешнего источника зарядки. Оптимизированная модель представляет собой куб 4x4x4 мм из электроцитов, который способен выдавать 300 микроватт, Создатели утверждают, что их искусственный аналог не только повторяет природные электрической клетки угря, но даже превосходит по эффективности. Искусственная электрическая клетка пока не сможет решать глобальных энергетических проблем, но для работы в микроскопических устройствах вполне подойдет.

Способности электрической рыбы в неволе используют и для устроения шоу или необычного зрелища. Так, в одном из японских городов перед зрителями на Рождество предстала елка, лампочки которой загорались благодаря энергии аквариумного электрического угря. По дну аквариума был проложен медный кабель, при каждом касании о который угорь невольно зажигал огни.

Подробное изучение механизма действия того или иного чуда природы открывает широкие возможности перед учеными всего мира. Несомненно, одним из самых важных направлений, где люди хотели бы научиться управлять свойствами электрических рыб, является медицина. Открытия, связанные с живым электричеством, сослужили добрую службу в совершенствовании фармакологической промышленности, а в будущем откроют дополнительные возможности для создания новых источников энергии. Нельзя об этом сказать лучше, чем словами английского физика-естествоиспытателя Майкла Фарадея: «Как ни удивительны электрические явления, присущие неорганической материи, они не идут ни в какое сравнение с теми, которые связаны с деятельностью нервной системы и жизненными процессами».

Источник