Александр Лаздин - Электричество в жизни рыб

• Название: Электричество в жизни рыб
• Автор: Александр Лаздин
• Издательство: Наука
• Жанр: Зоология
• Год: 1977

Книга посвящена интересному, по малоизученному явлению — способности рыб генерировать, воспринимать и использовать электрические поля в целях ориентации и общения. В книге показано, что в ряде случаев электрическая информация играет в жизни рыб более важную роль, чем акустическая и оптическая. Большое внимание авторы уделяют практическому использованию биоэлектрических процессов в бионике и промышленном рыболовстве.

---

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.

Электрические разряды рыб

По характеру генерируемых разрядов различают два типа рыб. К первому относят рыб, использующих электрические органы для обороны и нападения — разряды производятся только в ответ на стимуляцию или при встрече с жертвой. Это все сильноэлектрические рыбы и обыкновенные скаты. Рыбы второго типа испускают слабые и очень кратковременные разряды с постоянной или изменяющейся частотой следования импульсов. К нему относятся все пресноводные слабоэлектрические рыбы.

Некоторые рыбы, например электрический угорь, занимают промежуточное положение, так как способны излучать разряды, характерные для сильно- и слабоэлектрических видов.

Сильноэлектрические рыбы генерируют мощные разряды, состоящие из серии импульсов (3—5, иногда 20—30). Продолжительность отдельного разряда зависит от степени возбуждения рыбы и температуры воды, а напряжение отдельных разрядов электрического угря, находящегося вне воды, достигает обычно 600 В. При замыкании в пресной воде сила тока разряда может составлять 1 А; некоторый промежуток времени поддерживается напряжение свыше 100 В.

Электрический угорь производит разряды залпами, состоящими из четырех мощных импульсов, которым часто предшествуют слабые (рис. 4). Иногда залп может состоять из серии импульсов Возбужденный угорь может последовательно излучать в секунду от 1 до 50 залпов, состоящих из слабых импульсов.

Электрические разряды угря различны в зависимости от назначения. Они подразделяются на импульсы покоя, поиска, лова и защиты. Угорь, спокойно лежащий на дне, не генерирует электрических сигналов. Если угорь голоден, он медленно плавает, регулярно посылая импульсы напряженностью до 50 В и длительностью около 2 мс. Количество таких разрядов может сильно варьировать, а форма импульсов характеризуется пологим (постепенным) подъемом. Когда угорь обнаруживает добычу, частота и амплитуда импульсов резко увеличиваются. Он начинает испускать серии из 50—400 импульсов напряженностью 300—600 В, продолжительностью 0,6—2,0 с. Чем меньше добыча, тем выше частота следования генерируемых импульсов.

Рис. 4. Разряд электрического угря

Для лова угорь использует импульсы, форма которых характеризуется быстрым подъемом, затем небольшим наклонным «плато» и последующим постепенным спадом. Частота их следования обычно высокая, так как в основном угорь питается мелкой рыбой. Он посылает импульсы до тех пор, пока не приводит жертву в состояние наркоза. Между разрядами наступают продолжительные паузы, во время которых энергия восстанавливается.

Защитные импульсы угорь использует при встрече с врагом. В экспериментальных условиях они возникают, если угря потревожить палочкой. При этом рыба излучает серии редких импульсов высокого напряжения — обычно два (в некоторых случаях до семи) — и три поисковых импульса небольшой амплитуды (рис 4).

Другая пресноводная электрическая рыба — электрический сом — при раздражении стеклянной палочкой испускает отдельные залпы, состоящие из 10—12 импульсов (рис. 5). Если раздражается все тело рыбы (если взять его в руки), количество импульсов в залпах увеличивается.

Залпы, производимые сомом при захвате и заглатывании мелкой добычи, относительно коротки — в среднем они состоят из 71 импульса. Продолжительность залпов и количество составляющих их импульсов увеличиваются, если сом атакует более крупную жертву. Так, сом длиной 16 см при захвате рыбы длиной 5,5 см генерирует залп в 1297 импульсов при средней продолжительности залпа 24,8 с. Таким образом, сом в каждом конкретном случае «выбирает» наиболее оптимальный режим разрядной деятельности.

Рис. 5. Разряд электрического сома

Напряжение разряда электрического сома в воде может достигать 350 В при силе тока в десятые доли ампера. Максимальная разность потенциалов при этом образуется между головой и хвостом рыбы. После относительно мощных разрядов его электрические органы нагреваются. Характер разрядов теснейшим образом связан с условиями среды (температурой, освещенностью, временем года) и состоянием самой рыбы.

Электрические скаты — морские рыбы. Так как морская вода имеет гораздо меньшее сопротивление, чем пресная, напряжение их разрядов сравнительно невелико — до 60 В, но сила тока иногда достигает 50 А. Особенно мощные разряды — до 6 кВт — обнаружены у ската Torpedo occidentalis.

Скаты излучают разряды залпами, в каждом из которых насчитывается 2—10 и более импульсов. Продолжительность каждого 3—5 мс В отличие от электрического угря скаты не испускают слабых импульсов.

Звездочеты, как и электрический сом, меняют количество импульсов в разряде в зависимости от размеров добычи. У скатов эта особенность выражена слабо. По-видимому, скаты различного размера питаются животными определенной величины, используя соответствующую частоту импульсов.

В момент излучения мощных импульсов как вне, так и внутри тела сильноэлектрических рыб проходят токи высокого напряжения. Почему же эти рыбы не подвергаются действию собственных разрядов? Подобная невосприимчивость объясняется тем, что в их теле находятся особые «электропровода» — участки, отличающиеся от соседних более высокой электропроводностью. Так, у мраморного электрического ската сопротивление участков кожи, покрывающих электрические органы, в 3—4 раза ниже, чем сопротивление участков кожи, покрывающих другие органы. Электрический ток в основном проходит через эти участки, почти не воздействуя на остальные.

Необходимо отметить, что сопротивление отдельных участков тела электрических рыб как бы приспособлено к электрическому сопротивлению окружающей их воды. Если это условие нарушено, рыба начинает ощущать собственные разряды. В родной стихии скат не реагирует на разряды благодаря высокой электропроводности морской воды. Если же ската вынуть из воды, каждый разряд будет вызывать непроизвольное сокращение его мускулатуры.

Электрические рыбы вообще мало восприимчивы к электрическому току. Так, электрический сом легко переносит воздействие тока большой силы и высокого напряжения, при котором другие рыбы погибают. Экспериментально доказано, что переменным током высокого напряжения можно убить и ската, но для этого плотность тока должна быть в 12 раз больше, чем для неэлектрической рыбы, например для морского окуня.

Как уже говорилось, при каждом разряде в воде вокруг электрических рыб образуется характерное электрическое поле. Его структура определяется формой тела рыб и электрических органов, а также ориентацией в них пластинок.

Несомненно также, что имеет значение и расположение в теле рыб участков с высокой электрической проводимостью.

У электрических угря и сома внешнее электрическое поле расположено горизонтально по оси тела рыб: перед головой и позади хвоста. Оно четко обнаруживается перед головой угря на расстоянии 5—10 м, сома — 2—5 м. Такое распространение электрического поля связано с горизонтальным расположением столбиков в электрических органах этих рыб.

Полярность электрических полей у сома и угря различна. Впервые структуру таких полей и направление в них тока определил в 1838 г. Фарадей.

Несмотря на то что во времена Фарадея техника регистрации токов была несовершенна, его опыты оказались безупречными.

Электроды, которые Фарадей прикладывал к голове и хвосту рыб, были подключены к соленоиду со стальной иглой. В момент прохождения по соленоиду импульса тока игла намагничивалась, и по магнитным полюсам на концах иглы ученый определял полярность исследуемых участков тела рыб.

Совершенно иначе расположено в пространстве относительно тела электрическое поле скатов. Столбики в электрических органах скатов находятся в вертикальном положении; лицевая сторона каждой электрической пластинки повернута вверх, к спине. Так как соответствующие органы расположены в грудной части рыбы, во время разряда спинная поверхность ее тела становится электроотрицательной по отношению к брюшной, а электрический диполь располагается перпендикулярно телу ската (рис. 6).