Электрический угорь - крупная рыба, длинной от 1 до 3 метров, вес угря достигает 40 кг. Тело угря вытянутое - змеевидное, покрыто серо-зеленой кожей без чешуи, причем в передней части оно округло, а ближе к хвосту приплюснуто с боков. Угри обитают в Южной Америке, в частности, в бассейне реки Амазонка.
Крупный угорь создает разряд напряжением до 1200 В и силой тока до 1 А. Даже небольшие аквариумные особи вырабатывают разряды от 300 до 650 В. Таким образом, электрический угорь может представлять серьезную опасность для человека.
Электрический угорь накапливает значительные заряды электричества, разряды которого использует для охоты и обороны от хищников. Но угорь - не единственная рыба, производящая электричество.
Помимо электрических угрей, огромное количество пресноводных и морских рыб способны генерировать электричество. Всего насчитывается около трехсот таких видов из различных неродственных семейств.
Большинство «электрических» рыб используют электрическое поле для навигации или нахождения добычи, но отдельные представители располагают более серьезными зарядами.
Электрические скаты - хрящевые рыбы, родичи акул, в зависимости от вида могут имеют напряжение заряда от 50 до 200 В, сила тока при этом достигает 30 А. Подобный заряд может поразить довольно крупную добычу.
Электрические сомы - пресноводные рыбы, достигают 1 метра в длину, вес не превышает 25 кг. Несмотря на относительно скромные размеры, электрический сом способен выработать 350-450 В, при силе тока в 0,1-0,5 А.
Упомянутые рыбы проявляют необычные способности благодаря видоизмененным мышцам - электрическому органу. У различных рыб это образование имеет различное строение и размер, и расположение, например, у электрического угря оно размещается по обе стороны вдоль тела и составляет около 25% массы рыбы.
В японском аквариуме Эносимы электрический угорь используется для освещения рождественской ели. Дерево соединено с аквариумом, обитающая в нем рыба производит около 800 Вт электроэнергии, чего вполне достаточно для иллюминации.
Любой электрический орган состоит из электрических пластинок - видоизмененных нервных и мышечных клеток, мембраны которых и создают разность потенциалов.
Электрические пластинки, соединенные последовательно, собраны в столбики, которые параллельно соединенны между собой. Разность потенциалов, вырабатываемая пластинками накапливается на противоположных концах электрического органа. Остается только активировать его.
Электрический угорь, например, изгибается, и между положительно заряженной передней частью тела и отрицательно заряженной задней проскакивает серия электрических разрядов, поражая жертву.
В живой природе существует немало процессов, связанных с электрическими явлениями. Рассмотрим некоторые из них.
Многие цветы и листья имеют способность закрываться и раскрываться в зависимости от времени и суток. Это обусловлено электрическими сигналами, представляющими собой потенциал действия. Можно заставить листья закрываться с помощью внешних электрических раздражителей. Кроме то го, у многих растений возникают токи повреждений. Срезы листьев, стебля всегда заряжены отрицательно по отношению к нормальной ткани.
Если взять лимон или яблоко и разрезать, а потом приложить к кожуре два электрода, то они не выявят разницы потенциалов. Если же один электрод приложить к кожуре, а другой к внутренней части мякоти, то появится разность потенциалов, и гальванометр отметит появление силы тока.
Изменение потенциала некоторых растительных тканей в момент их разрушения исследовал индийский ученый Бос. В частности, он соединил внешнюю и внутреннюю часть горошины гальванометром. Горошину он нагревал до температуры до 60С, при этом был зарегистрирован электрический потенциал в 0,5 В. Этим же ученым была исследована подушечка мимозы, которую он раздражал короткими импульса ми тока.
При раздражении возникал потенциал действия. Реакция мимозы была не мгновенной, а с запаздыванием на 0,1 с. Кроме того, в проводящих путях мимозы распространялся другой тип возбуждения, так называемая медленная волна, появляющаяся при повреждениях. Эта волна минует по душечки, достигая стебля, вызывает возникновение потенциала действия, передающегося вдоль стебля и приводящего к опусканию близлежащих листьев. Мимоза реагирует движением листа на раздражение подушечки током 0,5 мкА. Чувствительность языка человека в 10 раз ниже.
Не менее интересные явления, связанные с электричеством, можно обнаружить и у рыб. Древние греки остерегались встречаться в воде с рыбой, которая заставляла цепенеть животных и людей. Эта рыба была электрическим скатом и но сила название торпеда.
В жизни разных рыб роль электричества различна. Некоторые из них с помощью специальных органов создают в воде мощные электрические разряды. Так, например, пресноводный угорь создает напряжение такой силы, что может отразить нападение противника или парализовать жертву. Электрические органы рыбы состоят из мышц, которые потеряли способность к сокращению. Мышечная ткань служит проводником, а соединительная - изолятором. К органу идут нервы от спинного мозга. А в целом он представляет собой мелкопластинчатую структуру из чередующихся элементов. Угорь имеет от 6000 до 10000 соединенных последователь но элементов, образующих колонку, и около 70 колонок в каждом органе, расположенных вдоль тела.
У многих рыб (гимнарха, рыбыножа, гнатонемуса) голова заряжается положительно, хвост - отрицательно, а вот у электрического сома, наоборот, хвост - положительно, а голова - отрицательно. Свои электрические свойства рыбы используют как для атаки, так и для защиты, а также для того, чтобы отыскивать жертву, ориентироваться в мутной воде, опознавать опасных противников.
Существуют также слабоэлектрические рыбы. Они не имеют каких либо электрических органов. Это обыкновенные рыбы: караси, карпы, пескари и др. Они чувствуют электрическое поле и излучают слабый электрический сигнал.
Сначала биологи обнаружили странное поведение небольшой пресноводной рыбки - американского сомика. Он чувствовал приближение к нему металлической палочки в воде на расстоянии нескольких миллиметров. Английский ученый Ганс Лиссман заключал в парафиновую или стеклянную оболочку металлические предметы, опускал их в воду, но обмануть нильского сомика и гимнархуса ему не удалось. Рыбка чувствовала металл. Действительно, оказалось, что рыбы имеют специальные органы, которые воспринимают слабую напряженность электрического поля.
Проверяя чувствительность электрорецепторов у рыб, ученые проводили опыт. Закрывали аквариум с рыбкой темной тканью или бумагой и водили рядом по воздуху небольшим магнитом. Рыбка чувствовала магнитное поле. Потом исследователи просто водили возле аквариума руками. И она реагировала даже на самое слабое, создаваемое человеческой рукой, биоэлектрическое поле.
Рыбы не хуже, а порой и лучше самых чувствительных в мире приборов регистрируют электрическое поле и замечают малейшее изменение его напряженности. Рыбы, как оказалось, не только плавающие “гальванометры”, но и плавающие “электрогенераторы”. Они излучают в воду электрический ток и создают вокруг себя электрическое поле, значительно большее по силе, чем возникающее вокруг обычных живых клеток.
С помощью электрических сигналов рыбы могут даже особым образом “переговариваться”. Угри, например, при виде пищи начинают генерировать импульсы тока определенной частоты, привлекая тем самым своих собратьев. А если двух рыб поместить в один аквариум, частота их электрических разрядов сразу же увеличивается.
Рыбы соперники определяют силу своего противника по силе излучаемых им сигналов. Другие животные таких чувств не имеют. Почему же только рыбы наделены этим свойством?
Рыбы живут в воде. Морская вода прекрасный проводник. Электрические волны распространяются в ней, не затухая, на тысячи километров. Кроме того, рыбы имеют физиологические особенности строения мышц, которые со временем стали “живыми генераторами”.
Способность рыб аккумулировать электрическую энергию, делает их идеальными аккумуляторами. Если бы удалось подробнее разобраться с деталями их работы, произошел бы переворот в технике, в плане создания аккумуляторов. Электролокация и подводная связь рыб позволила разработать систему для беспроводной связи между рыболовным судном и тралом.
Уместно было бы закончить высказыванием, которое было написано рядом с обычным стеклянным аквариумом с электрическим скатом, представленном на выставке Английского научного Королевского общества в 1960 г. В аквариум были опущены два электрода, к которым был подключен вольтметр. Когда рыба находилась в состоянии покоя, вольтметр показывал 0 В, при движении рыбы - 400 В. Природу этого электрического явления, наблюдаемого задолго до организации Английского Королевского общества, человек разгадать до сих пор не может. Тайна электрических явлений в живой природе и сейчас будоражит умы ученых и требует своего решения.
Вэтом случае все легко объяснимо: в воде контактируют два металла – покрытие блесны и ее основа. А известно, что два металла при наличии ионов солей в воде, которые непременно имеются в речной и прудовой воде, дают электрический ток. Потенциал крайне незначительный, но он вполне сопоставим с тем, который возникает вокруг живой рыбки. Вот это и будет привлекать хищника. А если учитывать, что блесна вращается или колеблется, то это еще больше усиливает эффект приманки.
Все животные в процессе жизнедеятельности и при нервно-мышечной активности генерируют низкочастотные электрические поля, которые могут быть относительно сильными, а активность изменяется в соответствии с изменениями напряженности поля. Но органы чувств, способные обнаруживать малые электрические поля, известны только у рыб и обычно являются видоизменением боковой линии.
Рецептор разряжается спонтанно с частотой около 100 импульсов в 1 секунду, анодный ток у входа в канал увеличивает частоту, а когда его действие прекращается, наступает период молчания. Катодный ток уменьшает частоту потенциалов действия. В клетках фазного рецептора возникает рецепторный потенциал колебательного типа. Нервные волокна имеют короткий период задержки (0,2 мс), поэтому передача вполне может быть названа электрической.
Электрические рыбы способны различать направление и полярность поля, изменения его формы под действием проводников или непроводников, например проволочной сетки. Существует немало разнообразных видов животных, чувствительных к слабым электростатическим полям.
Механизм обнаружения животными слабых электромагнитных полей пока не выяснен. Можно предположить, что одним из механизмов обнаружения магнитного поля является индукция электрического поля в чувствительных к нему клетках. Электрические органы могут выполнять две функции: оглушение жертвы и электролокацию.
Большинство слабоэлектрических рыб обитают в мутной воде или активны ночью. Они посылают постоянные серии импульсов и обнаруживают небольшие изменения электрического поля окружающей среды; некоторые из них для более тщательного зондирования среды изменяют частоту посылаемых импульсов.
Сильноэлектрические рыбы дают мощные разряды, которые оглушают жертву или хищника. Некоторые рыбы, помимо основного органа, испускающего высоковольтные импульсы, имеют органы, непрерывно генерирующие низковольтные сигналы.
У «низкочастотных» видов электрические органы произошли из мышц, а органы «высокочастотных» видов преобразованы из нервов. Помимо электрических полей, рыбы могут использовать магнитное поле для ориентации во время миграций и для биолокации своих жертв. Так, у щуки вокруг головы, примерно в области глаз, создается переменное магнитное поле с частотой 8-9 Гц. Это привилегия не только рыб. Магнитное поле создается вокруг головы большинства позвоночных животных, и обусловлено оно электрическим действием мозга.
Однако хищные рыбы (в нашем случае щука) используют пульсирующее магнитное поле для обнаружения объектов их охоты. Своим переменным магнитным полем щукa как бы наводит электрический потенциал, который она может воспринимать с помощью электрорецепторов. Эта зубастая хищница действует точно по закону Фарадея. Она пересекает магнитными линиями тело рыбы, индуцирует в нем электрические потенциалы между хвостом и головой и таким образом определяет, где находится сама рыба и в какую сторону направлены ее хвост и голова. Да и голову жертвы хищники могут обнаруживать по пульсирующему магнитному полю, так как у них есть магниторецепторы.
Обычная блесна не имеет биметаллического покрытия и не привлекает рыб слабыми электрическими токами. Видимо скоро придется менять технологию изготовления блесен. Например, в лепесток блесны могут быть вставлены магниты, которые будут имитировать переменное магнитное поле, создаваемое вокруг головы живой рыбы, и тем самым привлекать хищников даже при недостаточном освещении и в мутной воде.
Помимо электрических полей, рыбы могут использовать магнитное поле для ориентации во время миграций и для биолокации своих жертв. Так, у щуки вокруг головы, примерно в области глаз, создается переменное магнитное поле с частотой 8-9 Гц.
Юрий Симаков "Рыбачьте с нами" 4/2006
Электрические рыбы . Люди ещё в глубокой древности обратили внимание, что некоторые рыбы как-то по особенному добывают себе пищу. И лишь совсем недавно, по историческим меркам, стало понятно, как они это делают. Оказывается есть такие рыбы, которые создают электрический разряд. Этот разряд парализует или убивает других рыб и даже совсем не маленьких животных.
Плывёт такая рыбина, плывёт никуда не торопясь. Как только недалеко от неё оказывается другая рыба, создаётся электрический разряд. Всё, обед готов. Можно подплывать и заглатывать парализованную или убитую электрическим током рыбу.
Как же это получается у рыб создавать электрический импульс? Дело в том, что в организме таких рыб имеются самые настоящие батарейки. Их количество и размеры у рыб разные, но принцип действия один и тот же. Именно по такому же принципу устроены современные аккумуляторные батарейки.
Собственно, современные батареи и созданы по образцу и подобию рыбных. Два электрода, между ними электролит. Этот принцип был однажды подсмотрен у электрического ската. много ещё интересных неожиданностей таит природа матушка!
Сегодня в мире насчитывается более трёхсот видов электрических рыб. Они имеют самые разные размеры и вес. Всех их объединяет способность создавать электрический разряд или даже целую серию разрядов. Но всё же считается, что самыми мощными электрическими рыбами являются скаты, сомы и угри.
Электрические скаты имеют плоскую голову и тело. Голова чаще в форме диска. Они имеют небольшой хвост с плавником. Электрические органы расположены по бокам головы. Ещё пара небольших электрических органов расположены на хвосте. Они есть даже у тех скатов, которые не относятся к электрическим.
Электрические скаты могут вырабатывать электрический импульс напряжением до четырёхсот пятидесяти вольт. Этим импульсом они могут не только обездвиживать, но и убивать небольших рыб. Человеку, если он попадёт в зону действия импульса, тоже мало не покажется. Но человек, скорее всего останется жив, хотя наверняка испытает неприятные в своей жизни моменты.
Электрические сомы , так же как и скаты, создают электрический импульс. Его напряжение может быть у крупных сомов, так же как и у скатов, до 450 вольт. При поимке такого сомика, так же можно получить весьма ощутимый удар током. Электрические сомы обитают в водоёмах Африки и достигают размеров до 1 метра. Их вес может быть до 23 килограммов.
Но, самая опасная рыба обитает в водоёмах Южной Америки. Это электрические угри . Они бывают очень немаленьких размеров. Взрослые особи достигают в длину трёх метров и веса до двадцати килограммов. Эти электрические гиганты могут создавать электрический импульс напряжением до одной тысячи двухсот вольт.
Импульсом с таким напряжением они могут убить и довольно крупных животных, оказавшихся некстати рядом. Такой же исход может ожидать и человека. Мощность электрического разряда достигает шести киловатт. Мало не покажется. Вот такие они — живые электростанции.
В теплых и тропических морях, в мутных реках Африки и Южной Америки живет несколько десятков видов рыб, способных временами или постоянно испускать электрические разряды разной силы. Своим электрическим током эти рыбы не только пользуются для защиты и нападения, но и сигнализируют им друг другу и обнаруживают заблаговременно препятствия (электролокация). Электрические органы встречаются только у рыб. У других животных эти органы пока не обнаружены.
Электрические рыбы существуют на Земле уже миллионы лет. Их остатки найдены в очень древних слоях земной коры - в силурийских и девонских отложениях. На древнегреческих вазах встречаются изображения электрического морского ската торпедо. В сочинениях древнегреческих и древнеримских писателей-натуралистов немало упоминаний о чудесной, непонятной силе, которой наделен торпедо. Врачи древнего Рима держали этих скатов у себя в больших аквариумах. Они пытались использовать торпедо для лечения болезней: пациентов заставляли прикасаться к скату, и от ударов электрического тока больные будто бы выздоравливали. Даже в наше время на побережье Средиземного моря и атлантическом берегу Пиренейского полуострова пожилые люди бродят иногда босиком по мелководью, надеясь излечиться от ревматизма или подагры электричеством торпедо.
Электрический скат торпедо.
Очертания тела торпедо напоминают гитару длиной от 30 см до 1,5 м и даже до 2 м. Его кожа принимает цвет, сходный с окружающей средой (см. ст. «Окраска и подражание у животных»). Различные виды торпедо живут в прибрежных водах Средиземного и Красного морей, Индийского и Тихого океанов, у берегов Англии. В некоторых бухтах Португалии и Италии торпедо буквально кишат на песчаном дне.
Электрические разряды торпедо очень сильны. Если этот скат попадет в рыбачью сеть, его ток может пройти по влажным нитям сети и ударить рыбака. Электрические разряды защищают торпедо от хищников - акул и осьминогов - и помогают ему охотиться за мелкой рыбой, которую эти разряды парализуют или даже убивают. Электричество у торпедо вырабатывается в особых органах, своеобразных «электрических батареях». Они находятся между головой и грудными плавниками и состоят из сотен шестигранных столбиков студенистого вещества. Столбики отделены друг от друга плотными перегородочками, к которым подходят нервы. Верхушки и основания столбиков соприкасаются с кожей спины и брюха. Нервы, подходящие к электрическим органам, имеют внутри «батарей» около полумиллиона окончаний.
Скат дископиге глазчатый.
За несколько десятков секунд торпедо испускает сотни и тысячи коротких разрядов, идущих потоком от брюхи к спине. Напряжение тока у разных видов скатов колеблется от 80 до 300 В при силе тока в 7-8 А. В наших морях живут несколько видов колючих скатов райя, среди них черноморский скат - морская лисица. Действие электрических органов у этих скатов гораздо слабее, чем у торпедо. Можно предполагать, что электрические органы служат райя для связи друг с другом, вроде «беспроволочного телеграфа».
В восточной части тихоокеанских тропических вод живет скат дископиге глазчатый. Он занимает как бы промежуточное положение между торпедо и колючими скатами. Питается скат мелкими рачками и легко их добывает, не применяя электрического тока. Его электрические разряды никого не могут убить и, вероятно, служат лишь для того, чтобы отгонять хищников.
Скат морская лисица.
Электрические органы есть не только у скатов. Тело африканского речного сома малаптеруруса обернуто, как шубой, студенистым слоем, в котором образуется электрический ток. На долю электрических органов приходится около четверти веса всего сома. Напряжение разрядов его достигает 360 В, оно опасно даже для человека и, конечно, гибельно для рыб.
Ученые установили, что африканская пресноводная рыба гимнархус всю жизнь непрерывно испускает слабые, но частые электрические сигналы. Ими гимнархус как бы прощупывает пространство вокруг себя. Он уверенно плавает в мутной воде среди водорослей и камней, не задевая телом ни за какие препятствия. Такой же способностью наделены африканская рыба мормирус и родственники электрического угря - южноамериканские гимноты.
Звездочет.
В Индийском, Тихом и Атлантическом океанах, в Средиземном и Черном морях живут небольшие рыбы, до 25 см, редко до 30 см длиной, - звездочеты. Обычно они лежат на прибрежном дне, подкарауливая проплывающую сверху добычу. Поэтому их глаза расположены на верхней стороне головы и смотрят вверх. Отсюда происходит название этих рыб. Некоторые виды звездочетов имеют электрические органы, которые находятся у них на темени, служат, вероятно, для сигнализации, хотя их действие ощутимо и для рыбаков. Тем не менее рыбаки беспрепятственно вылавливают немало звездочетов.
В южноамериканских тропических реках живет электрический угорь. Это серо-синяя змееобразная рыба длиной до 3 м. На долю головы и грудобрюшной части приходится лишь 1 / 5 ее тела. Вдоль остальных 4 / 5 тела с обеих сторон расположены сложные электрические органы. Они состоят из 6-7 тыс. пластинок, отделенных друг от друга тонкой оболочкой и изолированных прокладкой из студенистого вещества.
Пластинки образуют своего рода батарею, разряд которой направлен от хвоста к голове. Напряжения тока, вырабатываемого угрем, достаточно, чтобы убить в воде рыбу или лягушку. Плохо приходится от угрей и людям, купающимся в реке: электрический орган угря развивает напряжение в несколько сотен вольт.
Угорь создает особенно сильное напряжение тока, когда он изогнется дугой так, что жертва находится между его хвостом и головой: получается замкнутое электрическое кольцо. Электрический разряд угря привлекает других угрей, находящихся поблизости.
Этим свойством можно воспользоваться. Разряжая в воду любой источник электричества, удается привлечь целое стадо угрей, надо только подобрать соответствующие напряжение тока и частоту разрядов. Мясо электрического угря в Южной Америке едят. Но ловить его опасно. Один из способов ловли рассчитан на то, что угорь, разрядивший свою батарею, надолго становится безопасен. Поэтому рыбаки поступают так: в реку загоняют стадо коров, угри нападают на них и расходуют свой запас электричества. Прогнав коров из реки, рыбаки бьют угрей острогами.
Подсчитано, что 10 тыс. угрей могли бы дать энергию для движения электропоезда в течение нескольких минут. Но после этого поезду пришлось бы стоять несколько суток, пока угри восстановили бы свой запас электрической энергии.
Исследования советских ученых показали, что многие из обычных, так называемых неэлектрических рыб, которые не имеют специальных электрических органов, все же в состоянии возбуждения способны создавать в воде слабые электрические разряды.
Эти разряды образуют вокруг тела рыб характерные биоэлектрические поля. Установлено, что слабые электрические поля есть у таких рыб, как речной окунь, щука, пескарь, вьюн, карась, красноперка, горбыль и др.
