Elektrikala, kuid mitte astel. Elektrilised kalad. Jumala loomingu meistriteos

Soojades ja troopilistes meredes, Aafrika ja Lõuna-Ameerika mudastes jõgedes elab mitukümmend kalaliiki, kes on võimelised aeg-ajalt või pidevalt eritama erineva tugevusega elektrilahendusi. Need kalad ei kasuta oma elektrivoolu mitte ainult kaitseks ja rünnakuks, vaid annavad neist üksteisele märku ja tuvastavad takistused ette (elektrolokatsioon). Elektriorganeid leidub ainult kaladel. Teistel loomadel pole neid elundeid veel leitud.

Elektrikalad on olnud Maal miljoneid aastaid. Nende säilmed leiti väga iidsetest maakoore kihtidest – Siluri ja Devoni ladestutest. Vana-Kreeka vaasidel on kujutatud elektrilise torpeedo-rai. Vana-Kreeka ja Rooma loodusteadlastest kirjanike kirjutistes on palju viiteid imelisele, arusaamatule jõule, mis torpeedole on antud. Vana-Rooma arstid hoidsid neid kiiri oma suurtes akvaariumides. Torpeedot üritati kasutada haiguste raviks: patsiendid olid sunnitud kallakut puudutama ja patsiendid näisid elektrilöögist taastuvat. Ka meie ajal tiirlevad eakad inimesed Vahemere rannikul ja Pürenee poolsaare Atlandi ookeani rannikul vahel paljajalu madalas vees, lootes torpeedo elektri abil reuma või podagra ravida.

Elektriline torpeedoramp.

Torpeedo kere piirjooned meenutavad 30 cm kuni 1,5 m ja isegi kuni 2 m pikkust kitarri, mille nahk omandab keskkonnaga sarnase värvi (vt artiklit “Värvimine ja jäljendamine loomadel”). Erinevat tüüpi torpeedod elavad Vahemere ja Punase mere, India ja Vaikse ookeani rannikuvetes, Inglismaa ranniku lähedal. Mõnes Portugali ja Itaalia lahes kubisevad liivasel põhjas sõna otseses mõttes torpeedod.

Torpeedo elektrilahendused on väga tugevad. Kui see kiir satub kalavõrku, võib selle vool läbida võrgu märgade niitide ja tabada kalameest. Elektrilahendused kaitsevad torpeedot röövloomade – haide ja kaheksajalgade – eest ning aitavad tal jahtida väikseid kalu, mida need heited halvavad või isegi tapavad. Elekter armatuurlaual toodetakse spetsiaalsetes organites, omamoodi "elektripatareides". Need asuvad pea- ja rinnauimede vahel ning koosnevad sadadest kuusnurksetest želatiinse aine sammastest. Sambad on üksteisest eraldatud tihedate vaheseintega, mille külge sobivad närvid. Sambade tipud ja põhjad on kontaktis selja ja kõhu nahaga. Elektriorganitesse minevatel närvidel on "patareide" sees umbes pool miljonit otsa.

Discopige stingray on ocellated.

Mitmekümne sekundi jooksul kiirgab torpeedo sadu ja tuhandeid lühiheiteid, mis voolavad kõhust selga. Pinge erinevat tüüpi astelraide puhul jääb voolutugevuse 7-8 A juures vahemikku 80–300 V. Meie meredes elab mitut liiki rai-rai, nende hulgas ka Musta mere rai – merirebane. Nende kiirte elektriorganite toime on palju nõrgem kui torpeedo oma. Võib oletada, et elektriorganid toimivad üksteisega suhtlemise viisina nagu "juhtmeta telegraaf".

Vaikse ookeani troopiliste vete idaosas elab stingray. See asub justkui vahepealsel positsioonil torpeedo ja kipitavate nõlvade vahel. Rai toitub väikestest koorikloomadest ja saab need kergesti kätte ilma elektrivoolu kasutamata. Selle elektrilahendused ei saa kedagi tappa ja tõenäoliselt ainult kiskjate eemale peletamiseks.

Stingray merirebane.

Elektriorganid ei oma mitte ainult astelraid. Aafrika jõesäga malapteruruse keha on nagu kasukas mähitud želatiinse kihiga, milles tekib elektrivool. Elektriorganid moodustavad umbes veerandi kogu säga massist. Selle tühjenduspinge ulatub 360 V-ni, see on ohtlik isegi inimesele ja loomulikult saatuslik kaladele.

Teadlased on leidnud, et Aafrika mageveekala Gymnarchus kiirgab kogu oma elu jooksul pidevalt nõrku, kuid sagedasi elektrisignaale. Nendega uurib hümnarhos justkui ruumi enda ümber. Ta ujub enesekindlalt mudases vees vetikate ja kivide vahel, puudutamata oma keha takistuste pärast. Sama võime on õnnistatud Aafrika kala mormirus ja elektriangerja sugulased - Lõuna-Ameerika hümnotid.

Astroloog.

India, Vaikses ja Atlandi ookeanis, Vahemeres ja Mustas meres elavad väikesed kalad, kuni 25 cm, harva kuni 30 cm pikkused - tähevaatlejad. Tavaliselt lebavad nad rannikupõhjas ja jälgivad, kas ülal hõljub saakloom. Seetõttu asuvad nende silmad pea ülaosas ja vaatavad üles. Sellest ka nende kalade nimi. Teatud tüüpi tähevaatlejatel on elektriorganid, mis paiknevad nende kroonidel ja on tõenäoliselt signalisatsiooniks, kuigi nende mõju on märgatav ka kaluritele. Sellest hoolimata püüavad kalurid vabalt palju tähevaatajaid.

Elektriangerjas elab Lõuna-Ameerika troopilistes jõgedes. See on hallikassinine madu meenutav kala kuni 3 m. Pea- ja kõhuosa osakaal moodustab vaid 1/5 selle kehast. Ülejäänud 4/5 kehast paiknevad mõlemal küljel keerulised elektriorganid. Need koosnevad 6-7 tuhandest plaadist, mis on üksteisest eraldatud õhukese kestaga ja isoleeritud želatiinse voodriga.

Plaadid moodustavad omamoodi aku, mille tühjenemine suunatakse sabast pähe. Angerja tekitatud pingest piisab vees oleva kala või konna tapmiseks. Halb angerjatele ja jões suplejatele: angerja elektrielund arendab mitmesajavoldist pinget.

Eriti tugeva pinge tekitab angerjas, kui ta kaardub nii, et ohver on saba ja pea vahel: saadakse suletud elektrirõngas. Angerja elektrilahendus meelitab ligi teisi angerjaid.

Saate seda vara kasutada. Suvalise elektriallika vette laskmisega on võimalik ligi meelitada terve kari angerjaid, tuleb vaid valida sobiv pinge ja tühjenemise sagedus. Lõuna-Ameerikas süüakse elektriangerja liha. Kuid tema tabamine on ohtlik. Üks püügiviise on arvestatud sellega, et aku tühjaks saanud angerjas muutub pikaks ajaks ohutuks. Seetõttu teevad kalurid seda: ajavad lehmakarja jõkke, angerjad ründavad neid ja kulutavad elektrivarustust. Lehmad jõest välja ajanud, peksid kalurid angerjaid odadega.

Arvatakse, et 10 000 angerjat võiks mõne minuti jooksul anda energiat elektrirongi liikumiseks. Kuid pärast seda pidi rong mitmeks päevaks seisma, kuni angerjad taastavad oma elektrivarustuse.

Nõukogude teadlaste uuringud on näidanud, et paljud tavalised, nn mitteelektrilised kalad, millel pole spetsiaalseid elektriorganeid, on siiski võimelised erutudes tekitama vees nõrku elektrilahendusi.

Need heitmed moodustavad kala keha ümber iseloomulikud bioelektriväljad. On kindlaks tehtud, et nõrga elektriväljaga on sellised kalad nagu jõeahven, haug, ahven, pätt, ristikarp, roisk, krooks jt.

Looduses on elektrinähtustega seotud palju protsesse. Vaatleme mõnda neist.

Paljudel õitel ja lehtedel on olenevalt kellaajast ja päevast võimalus sulguda ja avaneda. See on tingitud elektrilistest signaalidest, mis on aktsioonipotentsiaalid. Lehed võivad olla sunnitud sulgema väliste elektriliste stiimulite abil. Lisaks tekivad paljudel taimedel kahjuvoolud. Lehtede ja varte osad on normaalse koe suhtes alati negatiivselt laetud.

Kui võtate sidruni või õuna ja lõigate selle ning kinnitate seejärel koorele kaks elektroodi, ei näita need potentsiaalset erinevust. Kui üks elektrood kantakse koorele ja teine ​​paberimassi siseküljele, ilmub potentsiaalide erinevus ja galvanomeeter märgib voolu ilmumist.

Mõnede taimekudede potentsiaali muutumist nende hävitamise ajal uuris India teadlane Bose. Eelkõige ühendas ta galvanomeetriga herne välimise ja sisemise osa. Ta kuumutas herne temperatuurini kuni 60 ° C, samal ajal registreeriti elektripotentsiaal 0,5 V. Sama teadlane uuris mimoospatja, mida ta ärritas lühikeste vooluimpulssidega.

Ärritamisel tekkis aktsioonipotentsiaal. Mimoosi reaktsioon ei olnud hetkeline, vaid hilines 0, 1 sekundit. Lisaks tekkis mimoosi juhtivatesse radadesse teist tüüpi ergastus, nn aeglane laine, mis ilmnes kahjustuse käigus. See laine möödub padjanditest, jõudes varreni, põhjustades aktsioonipotentsiaali, mis kandub mööda vart ja viib lähedalasuvate lehtede langemiseni. Mimoos reageerib, liigutades lehte padja ärritusele vooluga 0,5 μA. Inimese keele tundlikkus on 10 korda madalam.

Mitte vähem huvitavaid elektriga seotud nähtusi võib leida kaladest. Vanad kreeklased olid ettevaatlikud kalade kohtumise suhtes vees, mis muutis loomad ja inimesed tuimaks. See kala oli elektriline rai ja nime tugevus on aga torpeedo.

Erinevate kalade elus on elektri roll erinev. Mõned neist tekitavad spetsiaalsete elundite abil vees võimsaid elektrilahendusi. Nii tekitab näiteks mageveeangerjas nii tugeva pinge, et suudab tõrjuda vaenlase rünnaku või halvata ohvri. Kalade elektrilised organid koosnevad lihastest, mis on kaotanud kokkutõmbumisvõime. Lihaskude toimib juhina ja sidekude on isolaator. Seljaaju närvid lähevad elundisse. Kuid üldiselt on see vahelduvate elementide väikese plaadi struktuur. Angerjal on 6000–10 000 elementi, mis on järjestikku ühendatud, moodustades kolonni, ja igas organis umbes 70 veergu, mis paiknevad mööda keha.

Paljudel kaladel (gymnarch, fish-nuga, gnatonemus) on pea positiivselt laetud, saba negatiivne, elektrisäga aga vastupidi, saba on positiivne ja pea negatiivne. Kalad kasutavad oma elektrilisi omadusi nii rünnakuks kui ka kaitseks, samuti saagi leidmiseks, rahututes vetes navigeerimiseks ja ohtlike vastaste tuvastamiseks.

Samuti on nõrgalt elektrilised kalad. Neil pole elektrilisi organeid. Need on tavalised kalad: ristid, karpkalad, kääbuskalad jne. Nad tunnevad elektrivälja ja annavad nõrga elektrisignaali.

Esiteks avastasid bioloogid väikese mageveekala – Ameerika säga – kummalise käitumise. Ta tundis mitme millimeetri kaugusel vees metallist pulka lähenemas. Inglise teadlane Hans Lissman sulges metallesemed parafiini- või klaaskesta sisse, lasi need vette, kuid Niiluse säga ja hümnarhia petta tal ei õnnestunud. Kala tundis metalli. Tõepoolest, selgus, et kaladel on spetsiaalsed organid, mis tajuvad nõrka elektrivälja tugevust.

Kontrollides kalade elektroretseptorite tundlikkust, viisid teadlased läbi katse. Nad sulgesid akvaariumi tumeda riide või paberiga kalaga ja juhtisid väikese magneti lähedale läbi õhu. Kalad tundsid magnetvälja. Seejärel liigutasid teadlased lihtsalt oma käsi akvaariumi lähedal. Ja ta reageeris isegi kõige nõrgemale inimkäe loodud bioelektriväljale.

Kalad pole halvemad ja mõnikord isegi paremad kui maailma kõige tundlikumad instrumendid, registreerivad elektrivälja ja märkavad selle intensiivsuse vähimatki muutust. Kalad, nagu selgus, pole mitte ainult ujuvad "galvanomeetrid", vaid ka ujuvad "elektrigeneraatorid". Nad kiirgavad vette elektrivoolu ja loovad enda ümber elektrivälja, mille tugevus on palju tugevam kui see, mis tekib tavaliste elusrakkude ümber.

Elektriliste signaalide abil saavad kalad isegi erilisel viisil “rääkida”. Näiteks angerjad hakkavad toitu nähes genereerima teatud sagedusega vooluimpulsse, meelitades sellega oma kaaslasi. Ja kui ühte akvaariumi panna kaks kala, suureneb nende elektrilahenduste sagedus koheselt.

Kalade rivaalid määravad vastase tugevuse tema poolt väljastatud signaalide tugevuse järgi. Teistel loomadel selliseid tundeid pole. Miks on selle omadusega ainult kalad?

Kalad elavad vees. Merevesi on suurepärane juht. Elektrilained levivad selles tuhmumata tuhandeid kilomeetreid. Lisaks on kaladel lihaste struktuuri füsioloogilised tunnused, mis aja jooksul on muutunud "elusateks generaatoriteks".

Kalade võime elektrienergiat koguda teeb neist ideaalsed akud. Kui oleks võimalik nende töö üksikasjadest täpsemalt aru saada, toimuks tehnoloogias revolutsioon akude loomise osas. Kalade elektrolokatsioon ja veealune side on võimaldanud välja töötada kalalaeva ja traali vahelise juhtmevaba side süsteemi.

Lõpetada oleks sobilik väitega, mis oli kirjutatud tavalise elektrikiirega klaasakvaariumi kõrvale, mida esitleti Inglise Kuningliku Teaduste Seltsi näitusel 1960. Akvaariumi lasti kaks elektroodi, mille külge oli voltmeeter. ühendatud. Kui kala oli puhkeseisundis, näitas voltmeeter 0 V, samal ajal kui kala liikus - 400 V. Selle ammu enne Inglismaa Kuningliku Seltsi asutamist täheldatud elektrinähtuse olemust ei suuda inimene siiani lahti harutada. Elektriliste nähtuste mõistatus eluslooduses erutab endiselt teadlaste meelt ja nõuab selle lahendamist.

Elektriangerjas on suur kala, 1–3 meetri pikkune, angerja kaal ulatub 40 kg-ni. Angerja keha on piklik - serpentiin, kaetud soomusteta hallikasrohelise nahaga ja esiosas on see ümar ja sabale lähemal külgedelt lame. Angerjad elavad Lõuna-Ameerikas, eriti Amazonase piirkonnas.

Suur angerjas tekitab tühjenemise pingega kuni 1200 V ja voolutugevusega kuni 1 A. Isegi väikesed akvaariumi isendid tekitavad tühjendust vahemikus 300 kuni 650 V. Seega võib elektriangerjas kujutada endast tõsist ohtu inimesele.

Elektriangerjas akumuleerib olulisi elektrilaenguid, mille tühjendeid kasutab ta jahipidamiseks ja kaitseks kiskjate eest. Kuid angerjas pole ainus kala, kes elektrit toodab.

elektrikala

Lisaks elektriangerjatele suudavad elektrit toota tohutul hulgal magevee- ja merekalu. Kokku on selliseid liike erinevatest mitteseotud perekondadest umbes kolmsada.

Enamik "elektrilisi" kalu kasutab navigeerimiseks või saagi leidmiseks elektrivälja, kuid mõnel esindajal on tõsisemad laengud.

Elektrikiired – kõhrekalad, haide sugulased võivad olenevalt liigist olla 50–200 V laadimispingega, samas kui vool ulatub 30 A. Selline laeng võib tabada päris suurt saaki.

Elektriline säga - mageveekala, ulatub 1 meetrini, kaal ei ületa 25 kg. Vaatamata suhteliselt tagasihoidlikule suurusele suudab elektrisäga toota 350-450 V pinget, voolutugevusega 0,1-0,5 A.

Elektrilised organid

Need kalad näitavad ebatavalisi võimeid tänu muudetud lihastele - elektrilisele organile. Erinevatel kaladel on see moodustis erineva ehituse ja suurusega ning paikneb näiteks elektriangerjal mõlemal pool mööda keha ja moodustab umbes 25% kala massist.

Enoshima Jaapani akvaarium kasutab jõulupuu valgustamiseks elektriangerjat. Puu on ühendatud akvaariumiga, selles elavad kalad toodavad umbes 800 vatti elektrit, mis on valgustamiseks täiesti piisav.

Iga elektriline organ koosneb elektriplaatidest – modifitseeritud närvi- ja lihasrakkudest, mille membraanid tekitavad potentsiaalse erinevuse.

Järjestikku ühendatud elektriplaadid on kokku pandud sammasteks, mis on üksteisega paralleelselt ühendatud. Plaatide tekitatud potentsiaalide erinevus koguneb elektriorgani vastasotstesse. Jääb vaid see aktiveerida.

Näiteks elektriangerjas paindub ja elektrilahenduste jada hüppab positiivselt laetud keha esiosa ja negatiivselt laetud tagaosa vahele, tabades ohvrit.

Kalade elektromagnetiline sensoor

Elektromagnetväljad on looduses laialt levinud. Maal on oma magnetväli. Maa ionosfäär on küllastunud elektrivooludega, mida toidetakse pidevalt Kosmosest. Elektrilised ja magnetilised nähtused on omavahel seotud. Maa magnetväli, mille suurus ja suund ajas muutuvad, aitab kaasa elektriväljade tekkele (Faraday seadus). Nende kahe füüsikalise nähtuse ühtsus peegeldus ka mehhanismis, mille abil kalad tajuvad elektri- ja magnetvälju. Elektroretseptsioon. Kõikide kalade elundite ja eriti erutatavatest kudedest koosnevate elundite talitlusega kaasneb elektri- ja magnetvälja teke. Merevett iseloomustab voolu tekitatud elektripotentsiaal 0,1–0,5 μV / cm. Veekeskkonnal, kus kalad elavad, on kõrge elektrijuhtivus. Seetõttu on üsna loomulik, et elektromagnetväljad mängivad kalade elus olulist rolli. Vee elektripotentsiaal võib kalade rände ajal toimida omamoodi majakatena. Kalade elektriline reaktsioonivõime (elektroärritavus) jaguneb tavaliselt kolmeks tasemeks.

Selle esimest (alumist) taset (läve) iseloomustab kogu keha või selle osa kerge tõmblemine. Enamiku kalade puhul on elektrilise ärrituvuse alumine lävi hinnanguliselt 10–100 mV/cm. Teine tase (galvanotaksis) avaldub suunatud lokomotoorses reaktsioonis elektrilise stiimuli toimele.

Kolmas tase – elektrilöök – on kala reaktsioon üliläviväärtusega stiimulile.

On liike, mille evolutsiooni käigus on moodustunud kõrgelt spetsialiseerunud elektriorganid, mis pakuvad elektromagnetilist vastuvõttu või genereerivad erineva suurusega elektriimpulsse. Neid on päris palju (umbes 300 mere- ja mageveeliiki). Seal on 3 kalarühma.

Esimesse rühma kuuluvad tugevad elektriliigid, millel on hästi arenenud spetsialiseeritud elektriorganid (tekitavad impulsse 100-400 V), teise rühma kuuluvad nõrgad elektriliigid bioloogiliste elektrigeneraatoritega (tekitavad impulsse kuni 1 V).

Tugevalt elektrilistel liikidel on elektrilise tundlikkuse alumine lävi 3-4 suurusjärku kõrgem kui nõrgalt elektrilistel. Näiteks haide eemale peletamiseks piisab, kui luua pingegradient 10-100 μV/cm.

Spetsiaalsete elektriorganiteta mitteelektrilised liigid (enamik ihtüofaunast) tekitavad väljasid, mille pinge ulatub mõnest mikrovoldist sadade millivoltideni.

Rühm tugevalt elektrilisi kalu on Aafrika reservuaaridest pärit elektriraid, elektriangerjas (mageveeangerjas), elektrisäga. Kõik nad on aktiivsed kiskjad ja tekitavad võimsaid elektrilahendusi (kuni 600 V võimsusega kuni 1 A) tabada oma saaki mitme meetri kaugusele või enda kaitseks suuremate kiskjate vastu.Nende kiskjate rabav mõju on selline, et nende elektrivälja langenud inimesel tekib lihaste halvatus ja ta kaotab ajutiselt teadvuse.

Nõrgalt elektriliste liikide rühm on arvukam. Need on mormüüriidide seltsi mageveekalad, kes genereerivad peaaegu pidevalt nõrku rütmilisi impulsse 0,3–12 V. On tõestatud, et need kalad kasutavad liikidesiseseks ja vaheliseks suhtluseks elektriimpulsse.

Mitteelektrilised liigid tekitavad kõige märgatavamaid elektrilisi impulsse kõrgepinge seisundis: saagi (haug) viskamisel, agressiivsete kaitsereaktsioonide (forell, ahven), kudemise ajal (kõik kalad). On tõestatud, et nende kalaliikide impulsside parameetrid (amplituud, sagedus, elektriimpulsi aeg) sõltuvad vee funktsionaalsest seisundist ja temperatuurist. Kiskjatel ja öistel kaladel on rahumeelsete ja ööpäevaste kaladega võrreldes tugevamad elektromagnetväljad. Tabelis. 2.6 näitab mitteelektriliste (magevee) kalade elektrilahenduste omadusi.

*Potentsiaalide erinevuse suurus.

Elektriliste nähtuste bioloogiline tähtsus mitteelektrilistes kalades väljendub üksikute isendite orientatsioonis ja suhtlemises, aga ka rühmadevahelise suhtluse teostamises parves või kalade kogunemises. Nende kalade elektriline tundlikkus muutub ontogeneesi käigus. Näiteks roosa lõhe ja lõhe puhul on see 1x10-8 A / mm 2 (noortel on see mitu korda väiksem kui küpsetel isenditel). Lisaks suureneb ümbritseva õhu temperatuuri tõustes madalam tundlikkuse lävi. Selle näitaja puhul on kala keha asend voolujoonte suhtes, aga ka vee takistus, omakorda kalade retseptori tundlikkus elektromagnetiliste nähtuste suhtes pöördvõrdeline nende elektritootmisvõimega. Seega reageerivad väga elektrilised kalad, nagu haid ja raid, elektriväljadele 0,01 μV/cm. Seetõttu on neil kaladel juurdepääs varjatud saagist lähtuvatele elektriväljadele hingamislihaste ja südame töö tulemusena.

Nõrgalt elektrilised liigid, nagu silmud ja kimäär, on tundlikud elektriväljade suhtes 0,1–0,2 μV/cm.

Elektriimpulsse genereerivad ja vastuvõtvad organid on eraldatud. Näiteks astelraide elektriorganid on neerukujulised ja ulatuvad 25%-ni kala kehakaalust. Need asuvad keha külgedel piirkonnas peast kuni rinnauimedeni.

Elektriangerjal on ka väga suured elektrit tootvad organid, mis ulatuvad mööda keha külgi.

Elektrilise säga elektrielundil on pikk nöör, mis paikneb peaaegu kogu keha ulatuses naha ja mõlema külje lihaste vahel. Nõrgal elektriga mormüriidide kalaliikidel asuvad elektrilised elundid sabal. Mitteelektrilistel kalaliikidel genereerivad elektrilisi impulsse skeletilihased ja süda.

Elektroretseptori aparaati esindavad mitmesugused külgjoone moodustised (kiirte ja haide puhul, näiteks Lorenzini ampullid). Magnetretseptsioon. Uurimistulemuste kohaselt on kalad tundlikud ka puhtalt magnetväljadele. Magnetvälja muutustele reageerimist on üksikasjalikult uuritud väga elektriliste kalade, eriti haide ja raide puhul. Kirjanduses on kirjeldatud ka mitteelektriliste kalaliikide reaktsioonivõimet magnetväljadele. Magnetväljade (joon. 2.27) allikateks reservuaaris on Maa magnetväli, Päikese aktiivsuse muutused, aga ka veemasside liikumine ja kalade endi liikumine. Vaatamata sellele, et Maa magnetväli on hästi uuritud ja mõõdetud (vt. joon. 2.27), jääb selle tekkepõhjus ebaselgeks. Kaasaegne mõõtmistehnoloogia võimaldab väita, et Maa pinnal registreeritud magnetvälja allikas asub maakera sees. Välised allikad põhjustavad ainult Maa magnetvälja tugevuse kõikumisi. Kõige tuntum geomagnetvälja hüpotees, mille kohaselt on selle allikaks mingi iseergastuv hüdromagnetdünamo, mis genereerib elektrivoolu, mis omakorda indutseerib magnetvälja. See mudel aga ei selgita magnetvälja ajas muutumise põhjuseid, Maa magnetanomaaliate päritolu.

Maa magnetilised anomaaliad põhjustavad inimkonnale ja loomamaailmale suuri probleeme tänapäevani. Niisiis, piirkonnas Mauritius, Bermuda kolmnurgas, Soome saare lähedal. Yussaro Tierra del Fuego piirkonnas magnetkompass ei tööta, elektroonilised navigatsiooniseadmed ebaõnnestuvad. Nähtavuse tingimustes juhtub siin laevavrakke.

Riis. 2.27. Maa magnetväli

Ühest küljest võib magnetiline anomaalia häirida rändloomade orienteerumist. Teisest küljest saab magnetanomaaliat kasutada marsruudil majakana. Alaskal on Maa magnetanomaalia selline, et sealsed posttuvid eksivad. Kuid mereloomad (vaalalised, kalad) kasutavad seda loodusnähtust navigeerimiseks. Joonis 2.28 näitab magnetanomaaliat Suurbritannia Kiyu ranniku lähedal. Selles kohas täheldatakse rändavate loomade käitumises veidrusi. Näiteks on väga tavaline, et vaalad tulevad siin kaldale. Kirjatuvid eksivad selles piirkonnas kursilt kõrvale. Muide, autor paigutas kurikuulsa Baskerville'i koera selle magnetanomaalia piirkonda Devoni maakonda, mis on tuntud Devoni perioodist. Magnetanomaaliaid täheldati ka teistes piirkondades (Kurski anomaalia, Brasiilia anomaalia, Bermuda kolmnurk).

Magnetiliste anomaaliate piirkonda sattudes eksivad rändlinnud; ei suuda magnetvälja orienteerumiseks kasutada. Asjaolu, et Maa magnetväli eksisteeris ammu enne elu tekkimist, näitab, et see keskkonnategur mõjutas loomamaailma evolutsiooniprotsessi läbi selle ajaloo. Praegu on magnetvälja mõju loomade füsioloogiale väljaspool kahtlust, kuna magnetoretseptsiooni on leitud paljudes süstemaatilistes elusorganismide rühmades bakteritest imetajateni.

Viimasel ajal on väga olulisel määral jälgitud muutusi Päikese aktiivsuses.

füüsikud. Neid muutusi iseloomustab teatav tsüklilisus, mis määrab meie planeedi elusolendite elupaiga paljude parameetrite tsüklilised muutused. Seega seostatakse kalade toitumistegevust sageli kaluritele hästi tuntud päikesepõletustega. Maa ionosfäär tunneb päikese- ja kuu loodete jõudude mõju. Seetõttu ilmnevad Maa magnetväljas madala amplituudiga muutused perioodidega, mis on võrdsed päikese- ja kuupäevade, sünoodilise kuu ja troopilise aastaga. Nende Maa magnetosfääri võnkumiste täpsus on ülikõrge. Magnetvälja kõikumised võivad toimida bioloogilise kella sünkronisaatorina, mis võimaldab kõigil tundlikel organismidel, sealhulgas kaladel, aja möödumist märkida.

Konditsioneeritud reflekside abil on tõestatud, et kunstliku päritoluga magnetväljades reageerivad magnetvälja muutustele ja muudavad oma ruumilist orientatsiooni mitte ainult lamelloksad, vaid ka luukalad, nagu lõhe, angerjas. Looduses on teada mitut tüüpi magnetvälja variatsioone.

Esiteks on need ööpäevased muutused, mis on põhjustatud päikesetuulte liikumisest läbi Maa ionosfääri ja magnetosfääri.

Teiseks on need Maa enda magnetvälja lühiajalised geomagnetilised kõikumised, millel on igapäevane perioodilisus. Kolmandaks on need magnettormid, mis tekivad episoodiliselt Maa magnetosfääri koosmõjul Päikese poolt kiiratavate elektronide ja prootonite voogudega (päikesesähvatused).

Kõik kolm tüüpi magnetilisi häireid toovad kaasa nn telluursete voolude tekkimise maakoores ja merevees.

Telluurivoolude potentsiaalne gradient on ööpäevaste kõikumiste vahemikuga 0,01-0,1 μV/cm. Magnettormide ajal suurenevad telluurivoolude kõikumised kordades, ulatudes 0,1 - 100 kV/cm. Telluuriliste hoovuste gradient on palju suurem ranniku lähedal ja piki mandrilava. See seletab paljude lindude ja kalade rändeteede kinnitumist rannajoonele või šelfile.

Telluurseid hoovusi, mis on kalade lävestiimulid, kasutavad rändkalad kindla marsruudiga sidumiseks. Tõestatud on Lorenzini haide ampullide elektrilise aktiivsuse muutus telluursete voolude kõikumiste ajal.

Teiste taksonoomiliste organismirühmade puhul on veenvalt näidatud, et Maa geomagnetväli on väliskeskkonna tegur, mida nad kasutavad ruumis orienteerumiseks. Eelkõige puudutab see pikaajalisi rännet tegevaid loomaliike (rändlinnud, putukad, öist või maa-alust eluviisi järgivad imetajad). Raske on vastu seista eeldusele, et rändliigid kasutavad orienteerumiseks ka Maa magnetvälja.

Magnetretseptsioon on tugevalt väljendunud mitte ainult rändloomadel, vaid ka liikidel, kes elavad kehvades valgustingimustes ja halva nägemisega - urgu närilistel, koopaloomadel, nahkhiirtel. Kalade rände näiteid on teada palju, mida ei saa seletada ainult visuaalse ja keemilise vastuvõtu kasutamisega viisil. Nii teeb euroopa angerjas raske teekonna Sargasso merest Euroopasse, millest pole võimalik mitte kõrvale kalduda, toetudes vaid visuaalsele ja keemilisele vastuvõtule. Angerja bioloogia jääb suures osas ebaselgeks. Niisiis, kuigi arvatakse, et euroopa jõeangerjas kudeb Sargasso meres, pole seni kudealadelt tabatud ainsatki suguküpset isendit. Huvitav on see, et Euroopa angerjavastseid leidub erinevates arenguetappides piirkondades, kus Maa magnetvälja tugevus on rangelt määratletud (vt joonis 2.27). Arusaam angerjavastsete kolmeaastasest passiivsest triivist Golfi hoovuse ajal Euroopa randadele tundub ebaveenv.

Vaikse ookeani lõhe läbib väga kiiresti ja täpselt tuhandeid kilomeetreid Põhja-Ameerika rannikult Vaiksesse ookeani ja tagasi. Vöötuuni ja mõõkkala liiguvad igapäevaselt ookeanist madalasse rannikuvette, olenemata vee valgusest või hägususest ookeanis.

Veelgi enam, paljudel pelaagilistel kaladel on ainulaadne geneetiliselt määratud võime hoida pikka aega pidevat kompassi kursi, mida on võimatu hoida taevaste ja maiste maamärkide abil. Näiteks võib mõõkkala avaookeanis püsida pideval kursil mitu päeva. Atlandi lõhel on samasugune võime meres navigeerida.

Riis. 2.29 Angerja rändeteed

Kuni viimase ajani kasutasid laevad navigeerimiseks kompassi ja kaarti. Madrustel polnud muud võimalust halva nähtavusega (tähistaeva, Kuu, päikese puudumine) avamerel õiget kurssi hoida. Seetõttu peab kaladel olema ka piiratud nähtavusega lagedal alal orienteerumismehhanism, mis sarnaneb kompassi ja kaardiga. See võib koosneda retseptori aparaadist, Maa elektromagnetvälja kaardist ja kesksest võrdlusaparaadist.

Magnetoretseptsiooni mehhanism. Kaladel (tuunikala, angerjas, lõhe, raid, haid) on magnetiliste omadustega kuded ja elundid. Tab. 2.7 kollauim-tuuni näitel annab aimu kala mõne kudede ja elundite magnetilistest omadustest.

* M. M. Walker, D. L. Kirschvink, E. E. Dyson, 1989

** Eesliide "p" - "pico" (1012).

Magnetilised omadused kaladel on kõige enam väljendunud pea eesmises osas. Täpsem analüüs näitas, et kalade magnetiline materjal on koondunud etmoid-haistmisluu piirkonda. Viiest perekonnast pärit mitmete kalaliikide analüüs näitas, et nende etmoid-haistmisluu eristub kõrgete magnetiliste omadustega. Selle koljuosa suurim magnetmoment registreeriti aga pikki rännet tegevatel kalaliikidel (sinimarliin, tuunikala, lõhe, angerjas).

Eraldati ja uuriti etmoid-haistmisluu magnetiline materjal. See on magnetiit – magnetiliste omadustega kristallid, mis täidavad luuvõre. Kalade magnetiidi keemiline koostis on identne putukate, roomajate ja lindude magnetiitstruktuuride koostisega ning seda esindavad raua-, mangaani- ja kaltsiumoksiidid (tabel 2.8).

45x38nm suuruste kristallide kuju on kuupmeetrilähedane. Õige vorm, keemiline ja ruumiline homogeensus erinevatel selgroogsete liikidel, kes hõivavad erinevaid evolutsioonilisi positsioone, rõhutavad nende endogeenset biogeenset päritolu, s.o. süntees luude orgaanilisel maatriksil.

2.8. Tuunikala magnetiidi kristallide keemiline koostis

Oksiidi massifraktsioon, %

Magnetiidi kristallid on üksteisega vastasmõjus oma magnetväljade kaudu. Välise magnetvälja muutumisel on üksikud kristallid võimelised pöörduma nagu kompassi nõel, muutes samal ajal nii oma välja kui ka etmoidluu koguvälja. Magnetoretseptsiooni ferromagnetiline hüpotees võimaldab selgitada kalade reaktsioonivõimet magnetväljadele ja magnetvälja kasutamist kalade poolt navigeerimiseks. Siiski pole veel kirjeldatud anatoomilist struktuuri, milles magnetväli muundub aktsioonipotentsiaaliks; närviimpulssiks. Hüpoteetiliselt võib kala magnetoretseptoril olla järgmine skeem (joon. 2.30). Magnetiidi kristalli pöörlemine ärritab neuroni dendriidi tundlikku lõppu. Selle tulemusena erutab tekkiv aktsioonipotentsiaal neuronit. Etmoidluu magnetvõres on üksikute magnetiidikristallide magnetilise pinge orientatsioon ja suurus geneetiliselt määratud. Keskkonnatingimused, milles noorloomad kasvavad, võivad aga korrigeerida võre struktuuri ja kristallide pinget.

Kalade magnetvõre kogumagnetiline pinge võib olla üsna suur. Seetõttu võib kala magnetvälja tugevuse muutumine, näiteks päikese aktiivsuse muutumisel, viia kala ärevuse ja ebamugavustunde seisundisse. Seega väheneb kalade toitumisaktiivsus, mida kalurid hindavad hammustuse puudumiseks.

Magnetvõrk võib olla ka omamoodi navigatsioonikaart. Enne rännet häälestatakse üksikute magnetiidikristallide magnetpinge ja kogu võre kogumagnetväli Maa magnetjoonte suhtes eelseisva rände teekonnal. Geneetiliselt määratud marsruudist kõrvalekaldumine põhjustab kalade magnetvälja pingeid,

Joon.2.30. Magnetoretseptori hüpoteetiline diagramm

mida ta hindab ebamugavaks. Sellest välja pääsemiseks on ainult üks viis - viia võre kristallid algpingele ja see on omakorda võimalik ainult keha asendi muutumise kaudu Maa magnetjoonte suhtes, st. kala on sunnitud antud marsruudile tagasi pöörduma. Magnetoretseptorite olemasolu etmoidluus selgitab mitteelektriliste ja nõrgalt elektriliste kalaliikide reaktsioonivõimet elektromagnetväljadele. Tugevalt elektrilistel kalaliikidel teostab magnetvälja vastuvõtmist kala külgjoon ja sellest tuletatud struktuurid. Magnetväljas on kala keha induktsioonielektriväljade allikas, mis fikseeritakse külgjoonstruktuuridega. Katsetes kallakutel näidati, et Lorenzini ampullide elektriline aktiivsus muutub nii elektromagnetväljas kui ka püsimagneti väljas.

Huvitaval kombel sõltuvad kalade reaktsioonid magnetvälja muutusele ka vee liikumisest. Seega tekkis uisus reaktsioon tehisreservuaaris olevale magnetväljale, kui retseptori ampullkanal (Lorenzini ampullid) oli veevoolu suuna suhtes nurga all. Kui kanal asus piki veevoolu, siis Lorenzini ampullide elektrilist aktiivsust vastusena magnetvälja muutustele ei registreeritud. Järelikult võivad merehoovused kalade rände ajal täita kalade liikumise suuna korrigeerimise funktsiooni. Mõned eksperdid avaldavad arvamust, et lisaks ülalkirjeldatud struktuuridele on labürint tõenäolise magnetoretseptsiooni morfoloogiline alus. Kuid eksperimentaalsed tõendid poolringikujuliste kanalite osalemise kohta kalade magnetoretseptsioonis on selleks ebapiisavad. Nende seost magnetväljade vastuvõtuga metsikutel rändlindudel ja posttuvidel on veenvalt tõestanud arvukad katsed. Samuti on viiteid sellele, et magnetvälja tugevuse muutus toob kaasa sümpaatilise närvisüsteemi sõlmede erutuvuse muutumise ilma vahepealse magnetoretseptsioonita. On teada, et magnetväli mõjutab igasuguse elektrilaengu või osakese liikumist. Järelikult reageerib keha magnetväljale ka ilma spetsiifiliste retseptoriteta. Magnetväljas muutuvad membraanipotentsiaal, ringvoolud, elektrilised nähtused südamelihases ja neuronites. Magnetvälja muutustest võivad teavitada ka elektritundlikud elundid. Inimese heaolu muutused, koduloomade käitumine koos geomagnetilise olukorra muutustega on hästi teada. Maa elektromagnetvälja muutustega enne globaalseid katastroofe – maavärinaid, vulkaanipurskeid, orkaane – kaasnevad etoloogilised anomaaliad erineva organiseerituse tasemega loomadel (sipelgatest primaatideni). Loomade massilist hukkumist, aga ka uute liikide tekkimist Maal, peavad paljud teadlased äkiliste elektromagnetiliste anomaaliate põhjuseks, mis jätavad loomad ilma ruumilisest ja ajalisest orientatsioonist.

Magnetiline aferentatsioon, nagu mis tahes muu sensoorne informatsioon, siseneb vaheseinasse. Tõenäoliselt on käbinääre seotud magnetosensoorikaga. Postituvidel, merisigadel ja rottidel täheldati tehismagnetväljas epifüüsi elektrilise aktiivsuse suurenemist. Rottidel muutis kunstlik magnetväli käbinäärme sekretoorset aktiivsust. Öösel suurendas 15-minutiline magnetkiirgus ensüümi atsetüültransferaasi aktiivsust ja hormooni melatoniini moodustumist käbinäärmes. Seega saab talamus teavet geomagnetvälja muutuste kohta kahe traditsioonilise kanali – närvilise ja humoraalse – kaudu.

Arvestades, et valgusstimulatsioonil suureneb ka käbinääre elektriline aktiivsus, võib eeldada, et käbinääre osaleb navigeerimisel kalade positsioneerimisel aferentses sünteesis. Sel juhul võib magnetosensoorsel aferentatsioonil olla võtmeroll.

Seega loovad telluurilised hoovused, magnetväljad ja Maa elektromagnetvälja kõikumised, merehoovused, valgus- ja keemilised stiimulid ning neile vastavad meeleelundid objektiivsed eeldused siirdekalade täpse geograafilise asukoha määramise ja navigeerimise mehhanismiks.

Räägi mulle elektrikaladest. Kui palju voolu nad toodavad?

Elektriline säga.

Elektriangerjas.

Elektriline Stingray.

V. Kumuškin (Petrosavodsk).

Elektrikaladest kuulub meistritiitlile Amazonase lisajõgedes ja teistes Lõuna-Ameerika jõgedes elav elektriangerjas. Täiskasvanud angerjad ulatuvad kahe ja poole meetrini. Elektrilised organid – transformeerunud lihased – asuvad angerja külgedel, ulatudes piki selgroogu 80 protsendi ulatuses kogu kala pikkusest. See on omamoodi aku, mille pluss on kere esiosas ja miinus taga. Pinge all olev aku genereerib pinget umbes 350 ja suurimatel inimestel kuni 650 volti. Hetkelise voolutugevusega kuni 1-2 amprit on selline tühjendus võimeline inimese pikali lööma. Elektrilahenduste abil kaitseb angerjas end vaenlaste eest ja teenib ise toitu.

Ekvatoriaal-Aafrika jõgedes elab veel üks kala - elektriline säga. Selle mõõtmed on väiksemad - 60-100 cm Spetsiaalsed näärmed, mis toodavad elektrit, moodustavad umbes 25 protsenti kala kogumassist. Elektrivool jõuab pingeni 360 volti. Teada on elektrilöögi juhtumeid inimestel, kes suplesid jões ja astusid kogemata sellisele sägale. Kui elektrisäga kukub söödale, siis võib õngitseja saada ka väga tuntava elektrilöögi, mis on läbi märja õngenööri ja ridva käele läinud.

Oskuslikult juhitud elektrilahendusi saab aga kasutada meditsiinilistel eesmärkidel. On teada, et elektriline säga oli iidsete egiptlaste seas traditsioonilise meditsiini arsenalis auväärsel kohal.

Elektriuisud on samuti võimelised tootma väga olulist elektrienergiat. Neid on rohkem kui 30 tüüpi. Need 15–180 cm suurused istuvad põhjaelanikud on levinud peamiselt kõigi ookeanide troopiliste ja subtroopiliste vete rannikuvööndis. Põhjas peitudes, mõnikord pooleldi liiva või muda sisse sukeldatud, halvavad nad oma saagi (muud kalad) voolulahendusega, mille pinge eri tüüpi kiirtes varieerub 8–220 volti. Rai võib sellega kogemata kokku puutuvale inimesele põhjustada olulise elektrilöögi.

Lisaks suure tugevusega elektrilaengutele on kalad võimelised tekitama ka madalpinge nõrka voolu. Tänu nõrga voolu rütmilistele tühjenemistele sagedusega 1 kuni 2000 impulssi sekundis orienteeruvad nad suurepäraselt isegi mudases vees ja annavad üksteisele märku tekkivast ohust. Sellised on mormiirid ja hümnarhid, kes elavad Aafrika jõgede, järvede ja soode sogastes vetes.

Üldiselt, nagu eksperimentaalsed uuringud on näidanud, on peaaegu kõik kalad, nii mere- kui mageveekalad, võimelised eraldama väga nõrku elektrilahendusi, mida saab tuvastada ainult spetsiaalsete instrumentide abil. Need heitmed mängivad olulist rolli kalade käitumisreaktsioonides, eriti nende puhul, mida peetakse pidevalt suurtes parvedes.