Электрическая рыба но не скат. Электрические рыбы. Шедевр Божьего творения

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.

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.

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.

Электрические рыбы

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.

Электрические органы

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.

Электромагнитная сенсорика рыб

Электромагнитные поля широко распространены в природе. Земля имеет собственное магнитное поле. Ионосфера Земли насыщена электрическими токами, постоянно подпитываемыми из Космоса. Электрические и магнитные явления связаны между собой. Магнитное поле Земли, величина и направление которого меняются во времени, способствует возникновению электрических полей (закон Фарадея). Единство этих двух физических явлений отразилось и на механизме восприятия рыбами электрических и магнитных полей. Электрорецепция. Функционирование всех органов рыб и особенно органов, состоящих из возбудимых тканей, сопровождается образованием электрических и магнитных полей. Для морской воды характерен электрический потенциал 0,1-0,5 мкВ/см, созданный течением. Водная среда, в которой обитают рыбы, обладает высокой электропроводностью. Поэтому вполне закономерно, что электромагнитные поля играют важную роль в жизни рыб. Электрический потенциал воды может выполнять роль своеобразных маяков при миграциях рыб. Электрическую реактивность (электрораздражимость) рыб принято делить на три уровня.

Первый (нижний) уровень (порог) ее характеризуется легким подергиванием всего тела или его части. Для большинства рыб нижний порог электрораздражимости оценивают в 10-100 мВ/см. Второй уровень (гальванотаксис) проявляется в направленной локомоторной реакции на действие электрического раздражителя.

Третий уровень - электрошок - это ответ рыбы на раздражитель сверхпороговой величины.

Существуют виды, у которых в процессе эволюции сформировались высокоспециализированные электрические органы, обеспечивающие электромагнитную рецепцию или генерирующие электрические импульсы различной величины. Их довольно много (около 300 морских и пресноводных видов). Различают 3 группы рыб.

В первую группу входят сильноэлектрические виды с хорошо развитыми специализированными электрическими органами (создают импульсы 100-400 В), во вторую - слабоэлектрические виды, имеющие биологические электрогенераторы (создают импульсы до 1 В).

У сильноэлектрических видов нижний порог электрочувствительности на 3-4 порядка выше, чем у слабоэлектрических. Например, для отпугивания акул достаточно создать градиент напряжения 10-100 мкВ/см.

Неэлектрические виды без специализированных электрических органов (большая часть ихтиофауны) создают поля с напряжение от нескольких микровольт до сотен милливольт.

Группу сильноэлектрических рыб представляют электрические скаты, электрические угри (пресноводные), электрический сом из водоемов Африки, Все они являются активными хищниками и генерируют мощные электрические разряды (до 600 В с силой тога до 1 А) для поражения своей жертвы на расстоянии нескольких метров или для собственной защиты от более крупных хищником Поражающий эффект этих хищников таков, что человек, попадающий в их электрическое поле, подвергается мышечному параличу и временно теряет сознание.

Группа слабоэлектрических видов более многочисленна. Это пресноводные рыбы отряда мормирид, которые практически непрерывно генерируют слабые ритмичные импульсы от 0,3 до 12 В. доказано, что эти рыбы используют электрические импульсы для внутри- и межвидового общения.

Неэлектрические виды наиболее заметные электрические импульсы генерируют в состоянии большого напряжения: при бросках на жертву (щука), агрессивно- оборонительных реакциях (форель, окунь), нересте (все рыбы). Доказано, что параметры импульсов этих видов рыб (амплитуда, частота, время электроимпульса) зависят от функционального состояния и температуры воды. Хищники и ночные рыбы по сравнению с мирными и дневными рыбами имеют более сильные электромагнитные поля. В табл. 2.6 приведены характеристики электрических разрядов неэлектрических (пресноводных) рыб.

*Величина разницы потенциала.

Биологическое значение электрических явлений у неэлектрических рыб выражается в ориентации и коммуникации отдельных особей, а также осуществлении межгрупповых коммуникаций внутри стаи или скоплении рыбы. Электрическая чувствительность этих рыб изменяется в процессе онтогенеза. Например, у горбуши и семги она составляет1х10-8 А/мм 2 (у молоди она в несколько раз меньше, чем у половозрелых особей). Кроме того, нижний порог чувствительности возрастает с повышением температуры среды. На этот показатель положение тела рыбы относительно линий тока, а также удельное сопротивление воды, свою очередь, рецепторная чувствительность к электромагнитным явлениям рыб обратно пропорциональна их электрогенерирующей способности. Так, сильноэлектрические рыбы, например акулы и скаты, реагируют на электрические поля напряженностью 0,01 мкВ/см. Поэтому этим рыбам доступны электрические поля, исходящие от затаившейся жертвы, в результате работы дыхательных мышц и сердца.

Слабоэлектрические виды, например минога и химера, чувствительны к электрическим полям напряженностью 0,1?0,2мкВ/см.

Органы, генерирующие и рецептирующие электрические импульсы, разделены. Например, электрические органы скатов имеют почкообразную форму и достигают 25 % массы тела рыбы. Они расположены по бокам тела на участке от головы до грудных плавников

У электрических угрей электрогенерирующие органы также очень крупные, тянущиеся по бокам тела.

Электрический орган электрического сома имеет вид длинного тяжа, расположенного практически вдоль всего тела между кожей и мышцами по обеим сторонам. У слабоэлектрических видов рыб мормирид электрические органы расположены на хвосте. У неэлектрических видов рыб электрические импульсы генерируются скелетной мускулатурой и сердцем.

Электрорецепторный аппарат представлен различными образованиями боковой линии (у скатов и акул, например, ампулам Лоренцини). Магниторецепция. Согласно результатам исследований рыбы, чувствительны и к чисто магнитным полям. Реакция на изменение магнитных полей подробно изучена у сильноэлектрических рыб особенно у акул и скатов. В литературе описана реактивность и неэлектрических видов рыб к магнитным полям. Источниками магнитных полей (рис. 2.27) в водоеме являются магнитное поле Земли, изменение активности Солнца, а также перемещения масс воды и движения самих рыб. Несмотря на то, что магнитное поле Земли хорошо изучено и измерено (см рис. 2.27), причина его формирования остается неясной. Современная измерительная техника позволяет утверждать, что источник регистрируемого на поверхности Земли магнитного поля рас положен внутри земного шара. Внешние источники лишь вызывают колебания напряженности магнитного поля Земли. Наиболее известна гипотеза геомагнитного поля, согласно которой его источником служит некое самовозбуждающееся гидромагнитное динамо, генерирующее электрический ток, который, в свою очередь, индуцирует магнитное поле. Данная модель, однако, не объясняет причины изменения магнитного поля во времени происхождение магнитных аномалий Земли.

Магнитные аномалии Земли и по сей день доставляют человечеству и животному миру большие неприятности. Так, в районе о. Маврикий, в Бермудском треугольнике, у финского о. Юссаро в районе Огненной Земли магнитный компас не работает, электронные навигационные приборы дают сбои. В условиях видимости здесь происходят кораблекрушения.

Рис. 2.27. Магнитное поле Земли

Магнитная аномалия, с одной стороны, может помешать мигрирующим животным в ориентации. С другой стороны, магнитная аномалия может быть использована в качестве маяка на маршруте движения. На Аляске магнитная аномалия Земли такова, что почтовые голуби в этом районе сбиваются с пути. А вот морские животные (китообразные, рыбы) используют это природное явление для навигации. На рис 2.28 показана магнитная аномалия в районе кию побережья Великобритании. В этом месте наблюдают странности в поведении мигрирующих животных. Например, здесь очень часто происходят выбросы китов на берег. В этом районе сбиваются с курса почтовые голуби. Кстати, небезызвестную собаку Баскервиллей автор поместил в район этой магнитной аномалии, в известное по девонскому периоду графство Девон. Магнитные аномалии отмечены и в других районах (Курская аномалия, Бразильская аномалия, Бермудский треугольник).

Попадая в область магнитных аномалий, перелетные птицы сбиваются с маршрута, т.е. становятся неспособными использовать магнитное поле для ориентации. Тот факт, что магнитное поле Земли существовало задолго до возникновения жизни на ней, свидетельствует о том, что процесс эволюции животного мира на протяжении всей своей истории находился под влиянием этого фактора внешней среды. В настоящее время влияние магнитного поля на физиологию животных не вызывает сомнений, так как магниторецепция обнаружена во многих систематических группах живых организмов, начиная с бактерий и кончая млекопитающими.

В последнее время изменения активности Солнца очень значительно отслеживаются

физиками. Для этих изменений характерна определенная цикличность, которая определяет цикличность изменений многих параметров среды обитания живых существ на нашей планете. Так, пищевая активность рыб часто связана со вспышками на Солнце, что хорошо известно рыбакам. Ионосфера Земли улавливает влияние солнечных и лунных приливных сил. Поэтому магнитное поле Земли проявляет малоамплитудные изменения с периодами, равными солнечным и лунным суткам, синодическому месяцу и тропическому году. Точность этих колебаний магнитосферы Земли чрезвычайно высока. Колебания магнитного поля могут служить синхронизатором биологических часов, давать возможность всем чувствительным организмам, включая рыб, отмечать ход времени.

С помощью условных рефлексов доказано, что не только пластинчатожаберные, но и костистые рыбы, например лососевые, угреобразные, реагируют на изменение магнитного поля и изменяют свою пространственную ориентацию в магнитных полях искусственного происхождения. В природе известно несколько типов вариаций магнитного поля.

Во-первых, это суточные изменения, обусловленные прохождением солнечных ветров через ионосферу и магнитосферу Земли.

Во-вторых, это короткопериодные геомагнитные флуктуации собственного магнитного поля Земли, имеющие суточную периодичность. В-третьих, это магнитные бури, возникающие эпизодически в результате взаимодействия магнитосферы Земли с потоками электронов и протонов, излучаемых Солнцем (вспышки на Солнце).

Все три типа магнитных возмущений приводят к образованию в земной коре и морской воде так называемых теллурических токов.

Градиент потенциала теллурических токов имеет суточные колебания в 0,01-0,1 мкВ/см. Во время магнитных бурь флуктуации теллурических токов многократно возрастают, достигая 0,1 - 100кВ/см. Градиент теллурических токов существенно выше вблизи берега и вдоль континентального шельфа. Это объясняет привязанность миграционных маршрутов многих птиц и рыб к береговой линии или шельфу.

Теллурические токи, являющиеся пороговыми раздражителями для рыб, используются мигрирующими рыбами для привязки к определенному маршруту. Доказано изменение электрической активности ампул Лоренцини акул при флуктуациях теллурических токов.

Для других таксономических групп организмов убедительно оказано, что геомагнитное поле Земли является фактором внешней среды, который используется ими для ориентации в пространстве. Это, прежде всего, относится к видам животных, совершающим длительные миграции (перелетные птицы, насекомые, млекопитающие, ведущие ночной или подземный образ жизни). Трудно удержаться от предположения, что и мигрирующие виды используют магнитное поле Земли для ориентации.

Магниторецепция сильно выражена не только у мигрирующих животных, но и обнаружена у видов, обитающих в условиях плохой освещенности, имеющих слабое зрение, - норных грызунов, пещерных жи-вотных, летучих мышей. Известно немало примеров миграций рыб, которые нельзя объяснить лишь использованием ими в пути зрительной и химической рецепции. Так, угорь европейский совершает сложный путь из Саргассова моря в Европу, не сбиться с которого, опираясь только на зрительную и химическую рецепцию невозможно. Биология угря во многом остается неясной. Так, хотя и считается, что европейский речной угорь нерестится в Саргассовом море, однако до сих пор в местах нереста не было выловлено ни одной половозрелой особи. Интересно, что личинки речного угря на разной стадии развития обнаруживаются в районах со строго определенным напряжением магнитного поля Земли (см. рис. 2.27). Концепция трехлетнего пассивного дрейфа личинок угря в течении Гольфстрим к берегам Европы выглядит малоубедительной.

Тихоокеанские лососи очень быстро и безошибочно совершают тысячекилометровые броски от побережья Северной Америки в Тихий океан и обратно. Полосатый тунец и меч-рыба совершают ежедневные перемещения из океана на прибрежные мелководья независимо от освещенности или мутности воды в океане.

Причем многие пелагические рыбы обладают уникальной генетически детерминированной способностью долго сохранять постоянный компасный курс, удержать который, используя небесные и наземные ориентиры, невозможно. Например, меч-рыба может выдерживать постоянный курс в открытом океане на протяжении нескольких суток. Такой же способностью к навигации в море обладает и атлантический лосось.

Рис. 2.29 Миграционные пути угря

До недавнего времени на морских судах для навигации использовали в основном компас и карту. Другого способа удержать правильный курс в открытом море при плохой видимости (отсутствие звездного неба, Луны, Солнца) у моряков не было. Следовательно, и у рыб должен быть механизм ориентации в открытом пространстве с ограниченной видимостью, аналогичный компасу и карте. Он может состоять из рецепторного аппарата, карты электромагнитного поля Земли и центрального аппарата сравнения.

Механизм магниторецепции. У рыб (тунцы, угри, лососи, скаты, акулы) обнаружены ткани и органы с магнитными свойствами. Табл. 2.7 на примере желтоперого тунца дает представление о магнитных свойствах некоторых тканей и органов рыб.

* М. М. Уокер, Д. Л. Киршвинк, Э. Э. Дайзон, 1989

** Приставка "п" - "пико" (1012).

Наиболее ярко выраженными магнитными свойствами у рыб отличается передняя часть головы. Более детальный анализ показал, что магнитный материал рыб концентрируется в области решетчато-обонятельной кости. Анализ ряда видов рыб из пяти семейств показал, что их решетчато-обонятельная кость отличается высокими магнитными характеристиками. Однако наибольший магнитный момент этой части черепа зафиксирован у видов рыб, совершающих длительные миграции (голубой марлин, тунцы, лососи, угорь).

Магнитный материал решетчато-обонятельной кости выделен и изучен. Это магнетит - кристаллы с магнитными свойствами, заполняющие решетку кости. Химический состав магнетита рыб идентичен составу магнетитных структур насекомых, пресмыкающихся и птиц, и представлен оксидами железа, марганца и кальция (табл. 2.8).

Форма кристаллов размером 45х38нм близка к кубической. Правильная форма, химическая и пространственная однородность у разных видов позвоночных животных, занимающих разное эволюционное положение, подчеркивают их эндогенное биогенное происхождение, т.е. синтез на органической матрице костей.

2.8. Химический состав магнетитных кристаллов тунца

Оксид Массовая доля, %

Магнетитные кристаллы находятся во взаимодействии друг с другом посредством собственных магнитных полей. При изменении внешнего магнитного поля отдельные кристаллы способны поворачиваться наподобие стрелки компаса, изменяя при этом свое собственное поле и суммарное поле решетчатой кости. Ферромагнитная гипотеза магниторецепции позволяет объяснить реактивность рыб на магнитные поля и использование рыбами магнитных полей для навигации. Однако до сих пор не описана анатомическая структура, в которой происходит трансформация магнитного поля в потенциал действия, т.е. в нервный импульс. Гипотетически магниторецептор рыбы может иметь следующую схему (рис. 2.30). Поворот кристалла магнетита раздражает чувствительное окончание дендрита нейрона. В результате образовавшийся потенциал действия возбуждает нейрон. В магнитной решетке решетчатой кости ориентация и величина магнитного напряжения отдельных кристаллов магнетита генетически детерминированы. Однако экологические условия, в которых растет молодь, могут внести поправку в структуру решетки и напряженность кристаллов.

Суммарное магнитное напряжение магнитной решетки рыбы может быть достаточно высоким. Поэтому изменение напряженности магнитного поля рыбы, например, при изменении солнечной активности может привести ее в состояние тревоги, дискомфорта. Отсюда, снижение кормовой активности рыб, что рыбаки оценивают как отсутствие клева.

Магнитная решетка может выполнять и функцию своеобразной навигационной карты. Перед миграцией магнитное напряжение отдельных кристаллов магнетита и суммарное магнитное поле всей решетки настраиваются относительно магнитных линий Земли на пути предстоящей миграции. Отклонение от генетически детерминированного маршрута приводит к напряжению магнитного поля рыбы,

Рис.2.30. Гипотетическая схема магниторецептора

что она оценивает как дискомфортное состояние. Выйти из него можно лишь одним способом - привести кристаллы решетки в исходное напряжение, а это, в свою очередь, возможно только через изменение положения тела относительно магнитных линий Земли, т.е. рыба вынуждена вернуться на заданный маршрут. Наличие магниторецепторов решетчатой кости объясняет реактивность к электромагнитным полям неэлектрических и слабоэлектрических видов рыб. У сильноэлектрических видов рыб рецепция магнитного поля осуществляется боковой линией рыб и производными от нее структурами. В магнитном поле тело рыбы является источником индукционных электрических полей, которые фиксируются структурами боковой линии. В опытах на скатах показано, что электрическая активность ампул Лоренцини изменяется как в электромагнитном поле, так и в поле постоянного магнита.

Интересно, что реакции рыб на изменение магнитного поля зависят еще и от движения воды. Так, у ската реакция на магнитное поле в искусственном водоеме возникала тогда, когда ампулярный канал рецептора (ампулы Лоренцини) находился под углом к направлению тока воды. Если канал располагался вдоль водного потока, электроактивность ампул Лоренцини на изменение магнитного поля не регистрировалась. Следовательно, морские течения при миграциях рыб могут выполнять функцию корректировки направления движения рыб. Некоторые специалисты высказывают мнение о том, что кроме описанных выше структур лабиринт является морфологической основой вероятной магниторецепции. Однако экспериментальных доказательств участия полукружных каналов в магниторецепции у рыб для этого недостаточно. Их связь с рецепцией магнитных полей у диких перелетных птиц и почтовых голубей убедительно доказана многочисленными экспериментами. Имеются указания и на то, что изменение напряженности магнитного поля приводит к изменению возбудимости узлов симпатической нервной системы без промежуточной магниторецепции. Известно, что магнитное поле влияет на движение любого электрического заряда или частицы. Следовательно, реакция на магнитное поле организмом осуществляется и без специфических рецепторов. Мембранный потенциал, круговые токи, электрические явления в сердечной мышце и в нейронах изменяются в магнитном поле. Электрочувствительные органы также могут информировать об изменении магнитного поля. Изменения самочувствия человека, поведения домашних животных при изменениях геомагнитной обстановки общеизвестны. Изменение электромагнитного поля Земли перед глобальными катастрофами - землетрясениями, извержениями вулканов, ураганами- сопровождается этологическими аномалиями животных разного уровня организации (от муравьев до приматов). Массовую гибель животных, как и появление новых видов на Земле, многие исследователи связывают именное внезапно возникшими электромагнитными аномалиями, которые лишают животных пространственной и временной ориентации.

Магнитная афферентация, как и всякая другая сенсорная информация, поступает в промежуточный мозг. Вероятно, к магнитосенсорике имеет отношение эпифиз. У почтовых голубей, морских свинок и крыс наблюдали повышение электрической активности эпифиза в искусственном магнитном поле. У крыс искусственное магнитное поле изменяло секреторную активность эпифиза. В ночное время 15-минутная магнитная экспозиция повышала активность фермента ацетилтрансферазы и образование гормона мелатонина в эпифизе. Таким образом, таламус получает информацию об изменении геомагнитного поля по двум традиционным каналам - нервному и гуморальному.

Принимая во внимание, что электроактивность эпифиза возрастает и при световой стимуляции, можно предположить, что эпифиз причастен к афферентному синтезу при позиционировании рыбы в процессе навигации. При этом магнитосенсорная афферентация может играть ключевую роль.

Таким образом, теллурические токи, магнитные поля и флуктуация электромагнитного поля Земли, морские течения, световые и химические раздражители, а также соответствующие им сенсорные органы создают объективные предпосылки для механизма точного географического позиционирования и навигации у мигрирующих рыб.

Расскажите об электрических рыбах. Какой величины ток они вырабатывают?

Электрический сом.

Электрический угорь.

Электрический скат.

В. Кумушкин (г. Петрозаводск).

Среди электрических рыб первенство принадлежит электрическому угрю, живущему в притоках Амазонки и других реках Южной Америки. Взрослые особи угря достигают двух с половиной метров. Электрические органы - преобразованные мышцы - располагаются у угря по бокам, простираясь вдоль позвоночника на 80 процентов всей длины рыбы. Это своеобразная батарея, плюс которой находится в передней части тела, а минус - в задней. Живая батарея вырабатывает напряжение около 350, а у самых крупных особей - до 650 вольт. При мгновенной силе тока до 1-2 ампер такой разряд способен свалить с ног человека. С помощью электрических разрядов угорь защищается от врагов и добывает себе пропитание.

В реках Экваториальной Африки обитает другая рыба - электрический сом. Размеры его поменьше - от 60 до 100 см. Специальные железы, вырабатывающие электричество, составляют около 25 процентов общего веса рыбы. Электрический ток достигает напряжения 360 вольт. Известны случаи электрического шока у людей, купавшихся в реке и нечаянно наступивших на такого сома. Если электрический сом попадается на удочку, то и рыболов может получить весьма ощутимый удар током, прошедшим по мокрым леске и удилищу к его руке.

Однако умело направленные электрические разряды можно использовать в лечебных целях. Известно, что электрический сом занимал почетное место в арсенале народной медицины у древних египтян.

Вырабатывать весьма значительную электрическую энергию способны и электрические скаты. Их насчитывается более 30 видов. Эти малоподвижные обитатели дна, размером от 15 до 180 см, распространены главным образом в прибрежной зоне тропических и субтропических вод всех океанов. Затаившись на дне, иногда наполовину погрузившись в песок или ил, они парализуют свою добычу (других рыб) разрядом тока, напряжение которого у разных видов скатов бывает от 8 до 220 вольт. Скат может нанести значительный удар током и человеку, случайно соприкоснувшемуся с ним.

Помимо электрических зарядов большой силы рыбы способны вырабатывать и низковольтный, слабый по силе ток. Благодаря ритмическим разрядам слабого тока с частотой от 1 до 2000 импульсов в секунду, они даже в мутной воде превосходно ориентируются и сигнализируют друг другу о возникающей опасности. Таковы мормирусы и гимнархи, обитающие в мутных водах рек, озер и болот Африки.

Вообще же, как показали экспериментальные исследования, практически все рыбы, и морские, и пресноводные, способны излучать очень слабые электрические разряды, которые можно уловить лишь с помощью специальных приборов. Эти разряды играют важную роль в поведенческих реакциях рыб, особенно тех, которые постоянно держатся большими стаями.