Електрична риба але не схил. Електричні риби. Шедевр Божого творіння

У теплих і тропічних морях, у каламутних річках Африки та Південної Америки мешкає кілька десятків видів риб, здатних часом або постійно випускати електричні розряди різної сили. Своїм електричним струмом ці риби не тільки користуються для захисту та нападу, але й сигналізують їм один одному та виявляють завчасно перешкоди (електролокація). Електричні органи зустрічаються лише в риб. В інших тварин ці органи поки що не виявлено.

Електричні риби існують Землі вже мільйони років. Їхні залишки знайдені в дуже древніх шарах земної кори - в силурійських та девонських відкладах. На давньогрецьких вазах зустрічаються зображення електричного морського схилу торпедо. У творах давньогрецьких і давньоримських письменників-натуралістів чимало згадок про чудову, незрозумілу силу, якій наділений торпедо. Лікарі стародавнього Риму тримали цих скатів у себе у великих акваріумах. Вони намагалися використовувати торпедо для лікування хвороб: пацієнтів змушували торкатися схилу, і від ударів електричного струму хворі ніби одужували. Навіть у наш час на узбережжі Середземного моря і атлантичному березі Піренейського півострова люди похилого віку блукають босоніж по мілководді, сподіваючись вилікуватися від ревматизму або подагри електрикою торпедо.

Електричний скат торпедо.

Обриси тіла торпедо нагадують гітару довжиною від 30 см до 1,5 м і навіть до 2 м. Його шкіра приймає колір, подібний до навколишнього середовища (див. ст. «Забарвлення та наслідування у тварин»). Різні види торпедо живуть у прибережних водах Середземного та Червоного морів, Індійського та Тихого океанів, біля берегів Англії. У деяких бухтах Португалії та Італії торпедо буквально кишать на піщаному дні.

Електричні розряди торпедо дуже сильні. Якщо цей скат потрапить у рибальську мережу, його струм може пройти вологими нитками мережі і вдарити рибалки. Електричні розряди захищають торпедо від хижаків - акул та восьминогів - і допомагають йому полювати на дрібну рибу, яку ці розряди паралізують або навіть вбивають. Електрика у торпедо виробляється у спеціальних органах, своєрідних «електричних батареях». Вони знаходяться між головою і грудними плавцями і складаються із сотень шестигранних стовпчиків драглистої речовини. Стовпчики відокремлені один від одного щільними перегородками, до яких підходять нерви. Верхівки та підстави стовпчиків стикаються зі шкірою спини та черева. Нерви, які підходять до електричних органів, мають усередині «батарей» близько півмільйона закінчень.

Похилої дископизі окучатий.

За кілька десятків секунд торпедо випускає сотні та тисячі коротких розрядів, що йдуть потоком від черевця до спини. Напруга струму в різних видів скатів коливається від 80 до 300 В при силі струму в 7-8 А. У наших морях мешкають кілька видів колючих скатів райя, серед них чорноморський скат - морська лисиця. Дія електричних органів у цих скатів набагато слабша, ніж у торпедо. Можна припускати, що електричні органи служать райя для зв'язку один з одним, на зразок бездротового телеграфу.

У східній частині тихоокеанських тропічних вод мешкає схил дископига очища. Він займає як би проміжне положення між торпедо та колючими схилами. Живиться скат дрібними рачками і легко їх видобуває, не застосовуючи електричного струму. Його електричні розряди нікого не можуть вбити і, мабуть, служать лише для того, щоб відганяти хижаків.

Похилої морської лисиці.

Електричні органи є у скатів. Тіло африканського річкового сома малаптеруруса обгорнуте, як шубою, драглистим шаром, у якому утворюється електричний струм. Перед електричних органів припадає близько чверті ваги всього сома. Напруга розрядів його досягає 360 В, вона небезпечна навіть для людини і, звичайно, згубна для риб.

Вчені встановили, що африканська прісноводна риба гімнархус все життя безперервно випромінює слабкі, але часті електричні сигнали. Ними гімнархус начебто промацує простір навколо себе. Він впевнено плаває в каламутній воді серед водоростей та каміння, не зачіпаючи тілом ні за які перешкоди. Такою ж здатністю наділені африканська риба мормірус та родичі електричного вугра – американські гімноти.

Звездочет.

В Індійському, Тихому та Атлантичному океанах, у Середземному та Чорному морях живуть невеликі риби, до 25 см, рідко до 30 см завдовжки, - зоречети. Зазвичай вони лежать на прибережному дні, підстерігаючи видобуток, що пропливає зверху. Тому їхні очі розташовані на верхній стороні голови і дивляться нагору. Звідси походить назва цих риб. Деякі види звіздарів мають електричні органи, які знаходяться у них на темряві, служать, ймовірно, для сигналізації, хоча їхня дія відчутна і для рибалок. Проте рибалки безперешкодно виловлюють чимало звіздарів.

У американських тропічних річках живе електричний вугор. Це сіро-синя змієподібна риба довжиною до 3 м.На частку голови та грудобрюшної частини припадає лише 1/5 її тіла. Уздовж решти 4/5 тіла з обох боків розташовані складні електричні органи. Вони складаються з 6-7 тис. платівок, відокремлених один від одного тонкою оболонкою та ізольованих прокладкою із драглистої речовини.

Платівки утворюють своєрідну батарею, розряд якої спрямований від хвоста до голови. Напруги струму, що виробляється вуграм, достатньо, щоб убити у воді рибу чи жабу. Погано доводиться від вугрів і людей, що купаються в річці: електричний орган вугра розвиває напругу кілька сотень вольт.

Вугор створює особливо сильну напругу струму, коли він зігнеться дугою так, що жертва знаходиться між його хвостом і головою: виходить замкнене електричне кільце. Електричний розряд вугра приваблює інших вугрів поблизу.

Цією властивістю можна скористатися. Розряджаючи у воду будь-яке джерело електрики, вдається залучити цілу череду вугрів, треба лише підібрати відповідну напругу струму та частоту розрядів. М'ясо електричного вугра у Південній Америці їдять. Але ловити його небезпечно. Один із способів лову розрахований на те, що вугор, який розрядив свою батарею, надовго стає безпечним. Тому рибалки надходять так: у річку заганяють череду корів, вугри нападають на них і витрачають свій запас електрики. Прогнавши корів із річки, рибалки б'ють вугрів острогами.

Підраховано, що 10 тис. вугрів могли б дати енергію для руху електропоїзда протягом кількох хвилин. Але після цього поїзду довелося б стояти кілька діб, доки вугри відновили б свій запас електричної енергії.

Дослідження радянських учених показали, що багато з звичайних, так званих неелектричних риб, які не мають спеціальних електричних органів, все ж таки в стані збудження здатні створювати у воді слабкі електричні розряди.

Ці розряди утворюють навколо тіла риб характерні біоелектричні поля. Встановлено, що слабкі електричні поля є у таких риб, як річковий окунь, щука, піскар, в'юн, карась, краснопірка, горбиль та ін.

У живій природі існує чимало процесів, пов'язаних із електричними явищами. Розглянемо деякі з них.

Багато квітів і листя мають здатність закриватися і розкриватися в залежності від часу та доби. Це зумовлено електричними сигналами, що є потенціалом дії. Можна змусити листя закриватися за допомогою зовнішніх електричних подразників. Крім того, у багатьох рослин виникають струми ушкоджень. Зрізи листя, стебла завжди заряджені негативно по відношенню до нормальної тканини.

Якщо взяти лимон або яблуко і розрізати, а потім прикласти до шкірки два електроди, то вони не виявлять різниці потенціалів. Якщо один електрод прикласти до шкірки, а інший до внутрішньої частини м'якоті, то з'явиться різниця потенціалів, і гальванометр відзначить появу сили струму.

Зміну потенціалу деяких рослинних тканин на момент їх руйнування досліджував індійський учений Бос. Зокрема, він поєднав зовнішню та внутрішню частину горошини гальванометром. Горошину він нагрівав до температури до 60С, при цьому був зареєстрований електричний потенціал в 0,5 В. Цим же вченим була досліджена подушечка мімози, яку він дратував короткими імпульсами струму.

При подразненні виникав потенціал дії. Реакція мімози була не миттєвою, а із запізненням на 0,1 с. Крім того, у провідних шляхах мімози поширювався інший тип збудження, так звана повільна хвиля, що виникає при ушкодженнях. Ця хвиля мине до душі, досягаючи стебла, викликає виникнення потенціалу дії, що передається вздовж стебла і призводить до опускання навколишнього листя. Мімоза реагує рухом листа на подразнення подушечки струмом 0,5 мкА. Чутливість мови людини у 10 разів нижча.

Не менш цікаві явища, пов'язані з електрикою, можна знайти й у риб. Стародавні греки остерігалися зустрічатися у воді з рибою, яка змушувала ціпеніти тварин і людей. Ця риба була електричним схилом і але сила назва торпеда.

У житті різних риб роль електрики різна. Деякі їх за допомогою спеціальних органів створюють у воді потужні електричні розряди. Так, наприклад, прісноводний вугор створює напругу такої сили, що може відбити напад противника чи паралізувати жертву. Електричні органи риби складаються з м'язів, які втратили спроможність до скорочення. М'язова тканина служить провідником, а сполучна – ізолятором. До органу йдуть нерви від спинного мозку. А загалом він є дрібнопластинчастою структурою з елементів, що чергуються. Вугор має від 6000 до 10000 з'єднаних послідовно елементів, що утворюють колонку, і близько 70 колонок у кожному органі, розташованих уздовж тіла.

У багатьох риб (гімнарха, рибиножа, гнатонемуса) голова заряджається позитивно, хвіст – негативно, а ось у електричного сома, навпаки, хвіст – позитивно, а голова – негативно. Свої електричні властивості риби використовують як для атаки, так і для захисту, а також для того, щоб відшукувати жертву, орієнтуватися в каламутній воді, впізнавати небезпечних супротивників.

Існують також слабоелектричні риби. Вони не мають будь-яких електричних органів. Це прості риби: карасі, коропи, піскарі та інших. Вони відчувають електричне полі і випромінюють слабкий електричний сигнал.

Спочатку біологи виявили дивну поведінку невеликої прісноводної рибки – американського соміка. Він відчував наближення до нього металевої палички у воді на відстані кількох міліметрів. Англійський вчений Ганс Ліссман укладав у парафінову чи скляну оболонку металеві предмети, опускав їх у воду, але обдурити нільського соміка та гімнархуса йому не вдалося. Рибка відчувала метал. Дійсно виявилося, що риби мають спеціальні органи, які сприймають слабку напруженість електричного поля.

Перевіряючи чутливість електрорецепторів у риб, вчені проводили досвід. Закривали акваріум з рибкою темною тканиною або папером і водили поруч повітрям невеликим магнітом. Рибка відчувала магнітне поле. Потім дослідники просто водили біля акваріума руками. І вона реагувала навіть на найслабше, що створюється людською рукою, біоелектричне поле.

Риби не гірші, а часом і краще за найчутливіші у світі прилади реєструють електричне поле і помічають найменшу зміну його напруженості. Риби, як виявилося, не лише плаваючі “гальванометри”, а й плаваючі “електрогенератори”. Вони випромінюють у воду електричний струм і створюють навколо себе електричне поле, значно більше за силою, ніж звичайні живі клітини.

За допомогою електричних сигналів риби можуть навіть особливим чином "перемовлятися". Вугри, наприклад, побачивши їжі починають генерувати імпульси струму певної частоти, залучаючи цим своїх побратимів. А якщо двох риб помістити в один акваріум, частота їх електричних розрядів одразу збільшується.

Риби суперники визначають силу свого супротивника за силою випромінюваних їм сигналів. Інші тварини таких почуттів немає. Чому ж лише риби наділені цією властивістю?

Риби живуть у воді. Морська вода чудовий провідник. Електричні хвилі поширюються у ній, не згасаючи, на тисячі кілометрів. Крім того, риби мають фізіологічні особливості будови м'язів, які згодом стали живими генераторами.

Здатність риб акумулювати електричну енергію, робить їх ідеальними акумуляторами. Якби вдалося детальніше розібратися з деталями їх роботи, стався б переворот у техніці, щодо створення акумуляторів. Електролокація та підводний зв'язок риб дозволила розробити систему для бездротового зв'язку між рибальським судном та тралом.

Доречно було б закінчити висловлюванням, яке було написано поряд із звичайним скляним акваріумом з електричним схилом, представленим на виставці Англійського наукового Королівського товариства в 1960 р. В акваріум було опущено два електроди, до яких було підключено вольтметр. Коли риба перебувала у стані спокою, вольтметр показував 0 У, під час руху риби - 400 У. Природу цього електричного явища, що спостерігається задовго до організації Англійського Королівського суспільства, людина розгадати досі неспроможна. Таємниця електричних явищ у живій природі і зараз хвилює уми вчених і вимагає свого вирішення.

Електричний вугор – велика риба, довжиною від 1 до 3 метрів, вага вугра сягає 40 кг. Тіло вугра витягнуте - змієподібне, вкрите сіро-зеленою шкірою без луски, причому в передній частині воно округло, а ближче до хвоста плескате з боків. Вугри мешкають у Південній Америці, зокрема у басейні річки Амазонка.

Великий вугор створює розряд напругою до 1200 В і силою струму до 1 А. Навіть невеликі акваріумні особини виробляють розряди від 300 до 650 В. Таким чином, електричний вугор може становити серйозну небезпеку для людини.

Електричний вугор накопичує значні заряди електрики, розряди якого використовує для полювання та оборони від хижаків. Але вугор – не єдина риба, яка виробляє електрику.

Електричні риби

Крім електричних вугрів, безліч прісноводних і морських риб здатні генерувати електрику. Усього налічується близько трьохсот таких видів із різних неспоріднених сімейств.

Більшість «електричних» риб використовують електричне поле для навігації або знаходження видобутку, але окремі представники мають більш серйозні заряди.

Електричні скати - хрящові риби, родичі акул, залежно від виду, можуть мати напругу заряду від 50 до 200 В, сила струму при цьому досягає 30 А. Подібний заряд може вразити досить великий видобуток.

Електричні соми - прісноводні риби, що досягають 1 метра завдовжки, вага не перевищує 25 кг. Незважаючи на відносно скромні розміри, електричний сом здатний виробити 350-450, при силі струму в 0,1-0,5 А.

Електричні органи

Згадані риби виявляють незвичайні здібності завдяки видозміненим м'язам – електричному органу. У різних риб ця освіта має різну будову і розмір, і розташування, наприклад, у електричного вугра воно розміщується по обидва боки вздовж тіла і становить близько 25% риби.

У японському акваріумі Еносіми електричний вугор використовується для освітлення ялинки. Дерево з'єднане з акваріумом, риба, що мешкає в ньому, виробляє близько 800 Вт електроенергії, чого цілком достатньо для ілюмінації.

Будь-який електричний орган складається з електричних пластин - видозмінених нервових і м'язових клітин, мембрани яких і створюють різницю потенціалів.

Електричні пластинки, з'єднані послідовно, зібрані стовпчики, які паралельно з'єднані між собою. Різниця потенціалів, що виробляється пластинками, накопичується на протилежних кінцях електричного органу. Залишається лише активувати його.

Електричний вугор, наприклад, згинається, і між позитивно зарядженою передньою частиною тіла та негативно зарядженою задньою проскакує серія електричних розрядів, вражаючи жертву.

Електромагнітна сенсорика риб

Електромагнітні поля поширені у природі. Земля має власне магнітне поле. Іоносфера Землі насичена електричними струмами, які постійно підживлюються з Космосу. Електричні та магнітні явища пов'язані між собою. Магнітне поле Землі, величина та напрямок якого змінюються у часі, сприяє виникненню електричних полів (закон Фарадея). Єдність цих двох фізичних явищ позначилося і механізмі сприйняття рибами електричних і магнітних полів. Електрорецепція. Функціонування всіх органів риб і особливо органів, що складаються зі збудливих тканин, супроводжується утворенням електричних та магнітних полів. Для морської води характерний електричний потенціал 0,1-0,5 мкВ/см, створений перебігом. Водне середовище, в якому мешкають риби, має високу електропровідність. Тому цілком закономірно, що електромагнітні поля відіграють у житті риб. Електричний потенціал води може виконувати роль своєрідних маяків при міграціях риб. Електричну реактивність (подразливість) риб прийнято ділити на три рівні.

Перший (нижній) рівень (поріг) її характеризується легким посмикуванням всього тіла чи його частини. Для більшості риб нижній поріг електроподразливості оцінюють 10-100 мВ/см. Другий рівень (гальванотаксис) проявляється у спрямованій локомоторній реакції на дію електричного подразника.

Третій рівень – електрошок – це відповідь риби на подразник надпорогової величини.

Існують види, у яких у процесі еволюції сформувалися високоспеціалізовані електричні органи, що забезпечують електромагнітну рецепцію або генерують електричні імпульси різної величини. Їх досить багато (близько 300 морських та прісноводних видів). Розрізняють 3 групи риб.

До першої групи входять сильноелектричні види з добре розвиненими спеціалізованими електричними органами (створюють імпульси 100-400 В), до другої - слабоелектричні види, що мають біологічні електрогенератори (створюють імпульси до 1 В).

У сильноелектричних видів нижній поріг електрочутливості на 3-4 порядки вищий, ніж у слабоелектричних. Наприклад, для відлякування акул достатньо створити градієнт напруги 10-100 мкВ/см.

Неелектричні види без спеціалізованих електричних органів (більшість їхтіофауни) створюють поля з напругою від декількох мікровольт до сотень мілівольт.

Групу сильноелектричних риб представляють електричні скати, електричні вугри (прісноводні), електричний сом з водойм Африки. власного захисту від більших хижаком Вражаючий ефект цих хижаків такий, що людина, що потрапляє в їхнє електричне поле, піддається м'язовому паралічу і тимчасово втрачає свідомість.

Група слабоелектричних видів більш численна. Це прісноводні риби загону мормірид, які практично безперервно генерують слабкі ритмічні імпульси від 0,3 до 12 В. Доведено, що ці риби використовують електричні імпульси для внутрішньо-і міжвидового спілкування.

Неелектричні види найбільш помітні електричні імпульси генерують у стані великої напруги: при кидках на жертву (щука), агресивно-оборонних реакціях (форель, окунь), нересті (всі риби). Доведено, що параметри імпульсів цих видів риб (амплітуда, частота, час електроімпульсу) залежать від функціонального стану та температури води. Хижаки та нічні риби в порівнянні з мирними та денними рибами мають сильніші електромагнітні поля. У табл. 2.6 наведено характеристики електричних розрядів неелектричних (прісноводних) риб.

*Величина різниці потенціалу.

Біологічне значення електричних явищ у неелектричних риб виражається в орієнтації та комунікації окремих особин, а також здійсненні міжгрупових комунікацій усередині зграї або скупчення риби. Електрична чутливість цих риб змінюється у процесі онтогенезу. Наприклад, у горбуші і сьомги вона становить 1х10-8 А/мм 2 (у молоді вона в кілька разів менша, ніж у статевозрілих особин). Крім того, нижній поріг чутливості зростає із підвищенням температури середовища. На цей показник положення тіла риби щодо ліній струму, а також питомий опір води, у свою чергу, рецепторна чутливість до електромагнітних явищ риб обернено пропорційна їхній електрогенеруючій здатності. Так, сильноелектричні риби, наприклад акули та скати, реагують на електричні поля напруженістю 0,01 мкВ/см. Тому цим рибам доступні електричні поля, що виходять від жертви, в результаті роботи дихальних м'язів і серця.

Слабоелектричні види, наприклад мінога та химера, чутливі до електричних полів напруженістю 0,1×0,2 мкВ/див.

Органи, що генерують та рецептують електричні імпульси, розділені. Наприклад, електричні органи скатів мають ниркоподібну форму та досягають 25 % маси тіла риби. Вони розташовані з боків тіла на ділянці від голови до грудних плавців

У електричних вугрів електрогенеруючі органи також дуже великі, що тягнуться з обох боків тіла.

Електричний орган електричного сома має вигляд довгого тяжа, розташованого практично вздовж усього тіла між шкірою та м'язами з обох боків. У слабоелектричних видів риб мормірид електричні органи розташовані на хвості. У неелектричних видів риб електричні імпульси генеруються скелетною мускулатурою та серцем.

Електрорецепторний апарат представлений різними утвореннями бічної лінії (у схилів та акул, наприклад, ампулам Лоренціні). Магніторецепція. Згідно з результатами досліджень риби, чутливі і до суто магнітних полів. Реакція зміну магнітних полів докладно вивчена у сильноелектричних риб особливо в акул і скатів. У літературі описана реактивність та неелектричних видів риб до магнітних полів. Джерелами магнітних полів (рис. 2.27) у водоймищі є магнітне поле Землі, зміна активності Сонця, а також переміщення мас води та руху самих риб. Незважаючи на те, що магнітне поле Землі добре вивчене та виміряне (див. рис. 2.27), причина його формування залишається неясною. Сучасна вимірювальна техніка дозволяє стверджувати, що джерело магнітного поля, що реєструється на поверхні Землі, розташований усередині земної кулі. Зовнішні джерела викликають коливання напруженості магнітного поля Землі. Найбільш відома гіпотеза геомагнітного поля, згідно з якою його джерелом служить якесь самозбудливе гідромагнітне динамо, що генерує електричний струм, який, у свою чергу, індукує магнітне поле. Ця модель, однак, не пояснює причин зміни магнітного поля в часі походження магнітних аномалій Землі.

Магнітні аномалії Землі і донині доставляють людству і тваринному світу великі неприємності. Так, у районі о. Маврикій, у Бермудському трикутнику, у фінського о. Юссаро у районі Вогненної Землі магнітний компас не працює, електронні навігаційні прилади дають збої. В умовах видимості тут відбуваються аварії корабля.

Мал. 2.27. Магнітне поле Землі

Магнітна аномалія, з одного боку, може перешкодити тваринам, що мігрують, в орієнтації. З іншого боку, магнітна аномалія може бути використана як маяк на маршруті руху. На Алясці магнітна аномалія Землі така, що поштові голуби у цьому районі збиваються зі шляху. А ось морські тварини (китоподібні, риби) використовують це природне явище для навігації. На рис 2.28 показано магнітна аномалія в районі Кію узбережжя Великобританії. У цьому місці спостерігають дива у поведінці мігруючих тварин. Наприклад, тут часто-густо відбуваються викиди китів на берег. У цьому районі збиваються з курсу поштові голуби. До речі, відомого собаку Баскервілей автор помістив у район цієї магнітної аномалії, у відоме за девонським періодом графство Девон. Магнітні аномалії відмічені й інших районах (Курська аномалія, Бразильська аномалія, Бермудський трикутник).

Потрапляючи у область магнітних аномалій, перелітні птахи збиваються з маршруту, тобто. стають нездатними використовувати магнітне полі для орієнтації. Той факт, що магнітне поле Землі існувало задовго до виникнення життя на ній, свідчить про те, що процес еволюції тваринного світу протягом усієї своєї історії перебував під впливом цього чинника довкілля. В даний час вплив магнітного поля на фізіологію тварин не викликає сумнівів, так як магніторецепція виявлена ​​в багатьох систематичних групах живих організмів, починаючи з бактерій і закінчуючи ссавцями.

Останнім часом зміни активності Сонця дуже відслідковуються

фізиками. Для цих змін характерна певна циклічність, яка визначає циклічність змін багатьох параметрів довкілля живих істот на нашій планеті. Так, харчова активність риб часто пов'язана із спалахами на Сонці, що добре відомо рибалкам. Іоносфера Землі вловлює вплив сонячних та місячних приливних сил. Тому магнітне поле Землі виявляє малоамплітудні зміни з періодами, рівними сонячної та місячної доби, синодичного місяця та тропічного року. Точність цих коливань магнітосфери Землі є надзвичайно високою. Коливання магнітного поля можуть служити синхронізатором біологічного годинника, давати можливість усім чутливим організмам, включаючи риб, відзначати хід часу.

За допомогою умовних рефлексів доведено, що не тільки пластинчатожаберні, а й костисті риби, наприклад лососеві, вугрі, реагують на зміну магнітного поля і змінюють свою просторову орієнтацію в магнітних полях штучного походження. У природі відомі кілька типів варіацій магнітного поля.

По-перше, це добові зміни, зумовлені проходженням сонячних вітрів через іоносферу та магнітосферу Землі.

По-друге, це короткоперіодні геомагнітні флуктуації власного магнітного поля Землі, що мають добову періодичність. По-третє, це магнітні бурі, що виникають епізодично внаслідок взаємодії магнітосфери Землі з потоками електронів і протонів, що випромінюються Сонцем (спалахи на Сонці).

Всі три типи магнітних збурень призводять до утворення у земній корі та морській воді так званих телуричних струмів.

Градієнт потенціалу телуричних струмів має добові коливання 0,01-0,1 мкВ/см. Під час магнітних бур флуктуації телуричних струмів багаторазово зростають, досягаючи 0,1 – 100кВ/см. Градієнт телуричних струмів значно вищий поблизу берега і вздовж континентального шельфу. Це пояснює прихильність міграційних маршрутів багатьох птахів та риб до берегової лінії чи шельфу.

Телуричні струми, що є пороговими подразниками для риб, використовуються рибами, що мігрують, для прив'язки до певного маршруту. Доведено зміну електричної активності ампул Лоренціні акул при флуктуаціях телуричних струмів.

Для інших таксономічних груп організмів переконливо виявлено, що геомагнітне поле Землі є фактором зовнішнього середовища, який використовується для орієнтації в просторі. Це, перш за все, відноситься до видів тварин, які здійснюють тривалі міграції (перелітні птахи, комахи, ссавці, які ведуть нічний або підземний спосіб життя). Важко утриматися від припущення, як і мігруючі види використовують магнітне полі Землі для орієнтації.

Магніторецепція сильно виражена не тільки у мігруючих тварин, але і виявлена ​​у видів, що мешкають в умовах поганого освітлення, що мають слабкий зір, - норних гризунів, печерних тварин, кажанів. Відомо чимало прикладів міграцій риб, які не можна пояснити лише використанням ними на шляху зорової та хімічної рецепції. Так, вугор європейський здійснює складний шлях із Саргасового моря до Європи, не збитися з якого, спираючись лише на зорову та хімічну рецепцію неможливо. Біологія вугра багато в чому залишається незрозумілою. Так, хоч і вважається, що європейський річковий вугор нереститься в Саргасовому морі, проте досі в місцях нересту не було виловлено жодної статевозрілої особини. Цікаво, що личинки річкового вугра на різній стадії розвитку виявляються в районах з певною напругою магнітного поля Землі (див. рис. 2.27). Концепція трирічного пасивного дрейфу личинок вугра на протязі Гольфстрім до берегів Європи виглядає малопереконливою.

Тихоокеанські лососі дуже швидко і безпомилково роблять тисячокілометрові кидки від узбережжя Північної Америки в Тихий океан і назад. Смугастий тунець і меч-риба здійснюють щоденні переміщення з океану на прибережні мілководдя незалежно від освітленості або каламутності води в океані.

Причому багато пелагічних риб мають унікальну генетично детерміновану здатність довго зберігати постійний компасний курс, утримати який, використовуючи небесні і наземні орієнтири, неможливо. Наприклад, меч-риба може витримувати постійний курс у відкритому океані протягом кількох діб. Таку ж здатність до навігації в морі має і атлантичний лосось.

Мал. 2.29 Міграційні шляхи вугра

Донедавна на морських судах для навігації використовували переважно компас і карту. Іншого способу утримати правильний курс у відкритому морі при поганій видимості (відсутність зоряного неба, Місяця, Сонця) моряки не мали. Отже, і риб повинен бути механізм орієнтації у відкритому просторі з обмеженою видимістю, аналогічний компасу і карті. Він може складатися з рецепторного апарату, карти електромагнітного поля Землі та центрального апарату порівняння.

Механізм магніторецепції. У риб (тунці, вугрі, лососі, скати, акули) виявлено тканини та органи з магнітними властивостями. Табл. 2.7 на прикладі жовтоперого тунця дає уявлення про магнітні властивості деяких тканин та органів риб.

* М. М. Вокер, Д. Л. Кіршвінк, Е. Е. Дайзон, 1989

** Приставка "п" - "піко" (1012).

Найбільш яскраво вираженими магнітними властивостями риб відрізняється передня частина голови. Більш детальний аналіз показав, що магнітний матеріал риб концентрується в області ґратчасто-нюхової кістки. Аналіз низки видів риб з п'яти сімейств показав, що їх гратчасто-нюхова кістка відрізняється високими магнітними характеристиками. Однак найбільший магнітний момент цієї частини черепа зафіксований у видів риб, які здійснюють тривалі міграції (блакитний марлін, тунці, лососі, вугор).

Магнітний матеріал гратчасто-нюхової кістки виділено та вивчено. Це магнетит - кристали з магнітними властивостями, що заповнюють грати кістки. Хімічний склад магнетиту риб ідентичний складу магнетитних структур комах, плазунів та птахів, і представлений оксидами заліза, марганцю та кальцію (табл. 2.8).

Форма кристалів розміром 45х38нм близька до кубічної. Правильна форма, хімічна та просторова однорідність у різних видів хребетних тварин, що займають різне еволюційне становище, підкреслюють їхнє ендогенне біогенне походження, тобто. синтез на органічній матриці кісток

2.8. Хімічний склад магнетитних кристалів тунця.

Оксид Масова частка, %

Магнетитні кристали перебувають у взаємодії друг з одним у вигляді власних магнітних полів. При зміні зовнішнього магнітного поля окремі кристали здатні повертатися на кшталт стрілки компаса, змінюючи при цьому своє власне поле та сумарне поле гратчастої кістки. Феромагнітна гіпотеза магніторецепції дозволяє пояснити реактивність риб на магнітні поля та використання рибами магнітних полів для навігації. Проте досі не описана анатомічна структура, у якій відбувається трансформація магнітного поля на потенціал дії, тобто. у нервовий імпульс. Гіпотетично магніторецептор риби може мати таку схему (рис. 2.30). Поворот кристала магнетиту подразнює чутливе закінчення дендриту нейрона. В результаті потенціал дії, що утворився, збуджує нейрон. У магнітній решітці гратчастої кістки орієнтація та величина магнітної напруги окремих кристалів магнетиту генетично детерміновані. Однак екологічні умови, в яких зростає молодь, можуть внести поправку до структури решітки та напруженості кристалів.

Сумарна магнітна напруга магнітних грат риби може бути досить високою. Тому зміна напруженості магнітного поля риби, наприклад, при зміні сонячної активності, може привести її в стан тривоги, дискомфорту. Звідси зниження кормової активності риб, що рибалки оцінюють як відсутність клювання.

Магнітні грати можуть виконувати і функцію своєрідної навігаційної карти. Перед міграцією магнітна напруга окремих кристалів магнетиту та сумарне магнітне поле всієї решітки налаштовуються щодо магнітних ліній Землі на шляху майбутньої міграції. Відхилення від генетично детермінованого маршруту призводить до напруги магнітного поля риби,

Рис.2.30. Гіпотетична схема магніторецептора

що вона оцінює як дискомфортний стан. Вийти з нього можна лише одним способом – привести кристали решітки у вихідну напругу, а це, у свою чергу, можливо лише через зміну положення тіла щодо магнітних ліній Землі, тобто. риба змушена повернутись на заданий маршрут. Наявність магніторецепторів гратчастої кістки пояснює реактивність до електромагнітних полів неелектричних та слабоелектричних видів риб. У сильноелектричних видів риб рецепція магнітного поля здійснюється бічною лінією риб та похідними від неї структурами. У магнітному полі тіло риби є джерелом електричних індукційних полів, які фіксуються структурами бічної лінії. У дослідах на скатах показано, що електрична активність ампул Лоренціні змінюється як електромагнітному полі, і у полі постійного магніту.

Цікаво, що реакції риб зміну магнітного поля залежать ще й руху води. Так, у схилу реакція на магнітне поле в штучному водоймищі виникала тоді, коли ампулярний канал рецептора (ампули Лоренціні) знаходився під кутом до напрямку струму води. Якщо канал розташовувався вздовж водного потоку, електроактивність ампул Лоренціні зміну магнітного поля не реєструвалася. Отже, морські течії при міграціях риб можуть виконувати функцію коригування напряму руху риб. Деякі фахівці висловлюють думку, що крім описаних вище структур лабіринт є морфологічною основою можливої ​​магниторецепции. Проте експериментальних доказів участі напівкружних каналів у магніторецепції риб для цього недостатньо. Їхній зв'язок з рецепцією магнітних полів у диких перелітних птахів та поштових голубів переконливо доведено численними експериментами. Є вказівки і те, що зміна напруженості магнітного поля призводить до зміни збудливості вузлів симпатичної нервової системи без проміжної магниторецепции. Відомо, що магнітне поле впливає рух будь-якого електричного заряду чи частки. Отже, реакція на магнітне поле організмом здійснюється без специфічних рецепторів. Мембранний потенціал, кругові струми, електричні явища в серцевому м'язі та нейронах змінюються в магнітному полі. Електрочутливі органи можуть інформувати про зміну магнітного поля. Зміни самопочуття людини, поведінки свійських тварин за змін геомагнітної обстановки загальновідомі. Зміна електромагнітного поля Землі перед глобальними катастрофами - землетрусами, виверженнями вулканів, ураганами-супроводжується етологічними аномаліями тварин різного рівня організації (від мурах до приматів). Масову загибель тварин, як і поява нових видів на Землі, багато дослідників пов'язують іменне електромагнітними аномаліями, що раптово виникли, які позбавляють тварин просторової і тимчасової орієнтації.

Магнітна аферентація, як і будь-яка інша сенсорна інформація, надходить у проміжний мозок. Ймовірно, до магнітосенсорики має відношення епіфіз. У поштових голубів, морських свинок та щурів спостерігали підвищення електричної активності епіфіза у штучному магнітному полі. У щурів штучне магнітне поле змінювало секреторну активність епіфіза. У нічний час 15-хвилинна магнітна експозиція підвищувала активність ферменту ацетилтрансферази та утворення гормону мелатоніну в епіфізі. Таким чином, таламус отримує інформацію про зміну геомагнітного поля двома традиційними каналами - нервовим і гуморальним.

Зважаючи на те, що електроактивність епіфіза зростає і за світлової стимуляції, можна припустити, що епіфіз причетний до аферентного синтезу при позиціонуванні риби в процесі навігації. При цьому магнітосенсорна аферентація може відігравати ключову роль.

Таким чином, телуричні струми, магнітні поля та флуктуація електромагнітного поля Землі, морські течії, світлові та хімічні подразники, а також відповідні сенсорні органи створюють об'єктивні передумови для механізму точного географічного позиціонування та навігації у мігруючих риб.

Розкажіть про електричні риби. Якої величини струм вони виробляють?

Електричний сом.

Електричний вугор.

Електричний скат.

В. Кумушкін (м. Петрозаводськ).

Серед електричних риб першість належить електричному вугрю, що у притоках Амазонки та інших річках Південної Америки. Дорослі особини вугра сягають двох з половиною метрів. Електричні органи - перетворені м'язи - розташовуються біля вугра з боків, простягаючись вздовж хребта на 80 відсотків усієї довжини риби. Це своєрідна батарея плюс якої знаходиться в передній частині тіла, а мінус - в задній. Жива батарея виробляє напругу близько 350, а у найбільших особин – до 650 вольт. За миттєвої сили струму до 1-2 ампер такий розряд здатний звалити з ніг людини. За допомогою електричних розрядів вугор захищається від ворогів і видобуває собі їжу.

У річках Екваторіальної Африки мешкає інша риба – електричний сом. Розміри його менші - від 60 до 100 см. Спеціальні залози, що виробляють електрику, становлять близько 25 відсотків загальної ваги риби. Електричний струм досягає напруги 360 вольт. Відомі випадки електричного шоку у людей, які купалися в річці і ненароком наступили на такого сома. Якщо електричний сом трапляється на вудку, то й рибалок може отримати дуже відчутний удар струмом, що пройшов мокрим лісом і вудлищем до його руки.

Проте вміло спрямовані електричні розряди можна використовувати з лікувальною метою. Відомо, що електричний сом займав почесне місце в арсеналі народної медицини у стародавніх єгиптян.

Виробляти дуже значну електричну енергію здатні й електричні скати. Їх налічується понад 30 видів. Ці малорухливі жителі дна, розміром від 15 до 180 см, поширені головним чином прибережній зоні тропічних і субтропічних вод всіх океанів. Причаївшись на дні, іноді наполовину занурившись у пісок або мул, вони паралізують свій видобуток (інших риб) розрядом струму, напруга якого у різних видів скатів буває від 8 до 220 вольт. Схил може завдати значного удару струмом і людині, яка випадково зіткнулася з ним.

Крім електричних зарядів великої сили риби здатні виробляти і низьковольтний, слабкий струм струм. Завдяки ритмічним розрядам слабкого струму з частотою від 1 до 2000 імпульсів в секунду, вони навіть у каламутній воді чудово орієнтуються і сигналізують один одному про небезпеку, що виникає. Такі морміруси і гімнархи, що мешкають у каламутних водах річок, озер та боліт Африки.

Взагалі ж, як показали експериментальні дослідження, практично всі риби, і морські, і прісноводні здатні випромінювати дуже слабкі електричні розряди, які можна вловити лише за допомогою спеціальних приладів. Ці розряди відіграють важливу роль у поведінкових реакціях риб, особливо тих, що постійно тримаються великими зграями.