Электричество в природе

На базальтовых стенах и колоннах древнеегипетских храмов среди бесчисленных изображений ибисов, быков, воинов нет-нет да попадётся изображение священной рыбы. Это нильский электрический сом. Электрические рыбы известны человечеству с древнейших времён. Учёные снова заинтересовались рыбами, генерирующими электроэнергию. Конечно, при этом многие вспоминали, что ещё в древности- врачи прописывали больным лечение ударами ската в воде. Угорь и скат - живые фабрики электричества. Биологи думают, что электричество используется для защиты и нападения, для связи и передачи информации, ориентации в пространстве. Физики добавляют к этому, что двигательные сигналы внутри всех живых организмов передаются от мозга по нервным волокнам не только путём выработки таких химических веществ, как ацетилхолин, но и через механизм электромагнитной индукции.

Электрические органы – это видоизменённые мышцы. При сокращении любых мышечных волокон всегда возникают слабые электрические разряды. Особенность электрических органов в том, что их мышечные волокна «подключены» (т.е. присоединены между собой) не параллельно, а последовательно, поэтому их напряжение суммируется, достигая огромных величин.

В реках Африки (от нижнего Нигера и Верхнего Нила к югу до Танганьики) живет знаменитый электрический сом, с которым культурное человечество познакомилось еще 6 тысяч лет назад, о чем наглядно свидетельствуют древнеегипетские изображения. Тело у этого сома длиной примерно до метра, и почти по всей его длине, от головы до хвоста, одет сом словно чехлом, похожим на толстую свиную кожу. Это электрический орган, развивающий напряжение разрядного тока до 360 вольт (у головы — отрицательный полюс, у хвоста — положительный). Даже на расстоянии 20 сантиметров разряды весьма ощущаются. А от переданных по леске (когда эта рыба попадается на крючок) или при непосредственном прикосновении к сому человек получает весьма значительный электрошок.

В зоологическом пантеоне Древнего Египта среди многочисленных священных быков, кошек, крокодилов, ибисов и прочего была одна рыба, ныне известная под названиями «мормирус»(рис № 2), «криворыл», «водяной слон» либо «нильская щука». И лишь сравнительно. Недавно современный научный мир узнал о ее прямо-таки чудодейственных способностях. Начать с того, что мозг у нее почти так же велик, как у нас с вами

Но именно это-то и интересно: мозжечок — центральный «диспетчерский пункт» управления равновесием и положением живого тела в пространстве. Действительно, упомянутые чувства развиты умормирусов, как видно, в совершенстве. Плавают они с одинаковой ловкостью и в обычных направлениях, и хвостом вперед, и даже брюхом вверх. Причем все это проделывают в мутной воде, где ничего толком увидеть нельзя. Может быть, электрические органы (а они у мормирусов есть!) как-то помогают в безошибочной ориентации?

В 1953 году в Восточноафриканском ихтиологическом институте были закончены и опубликованы первые опыты. Оказалось, что гимнарх (одна из этих рыб) чутко реагирует на электромагнитное поле, наведенное снаружи у стенки аквариума, и даже на простой кусок медной проволоки, положенный на дно аквариума. А когда в аквариум ввели электроды и пропустили серию электрических импульсов той же частоты и силы, которые производит сама рыба, она тут же бросилась к электродам и атаковала их, надо полагать, приняв за соперника, вторгшегося в ее владения.

Органы располагаются в конце тела и в стебле хвоста. Это генераторы электрического поля. А регистраторы его нарушений размещены в коже рыбы, особенно много их на голове. Кожа необыкновенно толстая, обильно покрыта слизью — изолирующая, как полагают, система. Мелкие отверстия в ней с нервными окончаниями в глубине, заполненные студенистой тканью, названы мормиромастами. По-видимому, они и регистрируют изменения электрического поля. Чувствительность их, установленная экспериментально, необыкновенно высока. У гимнарха реагируют на электрическое поле напряженностью всего в 0,15 милливольта на сантиметр и засекают колебания силы тока «порядка трех миллионных одной биллионной ампера»!

У водяного слона, у одного из видов этого отряда (а в нем 110—150 видов), рыло вытянуто вперед (и чуть вниз) небольшим хоботом. У некоторых рыло лишь вдвое короче остального тела. У другого вида — острый и длинный придаток на подбородке, очень похожий на клык. У некоторых клюворылов прямо-таки птичьи головы. Ибисовый гнатонемус, если показать в профиль лишь его морду, вполне сошел бы за птицу, имя которой носит.

Гнатонемус Петерса — интересный обитатель аквариума. У этой рыбки необычные для ее класса повадки: любит играть небольшим мячом, совсем «как молодые звери», что «указывает на ее хорошо развитый мозг».

Есть и клюворылы, похожие на угрей. Но у многих внешность вполне рыбья: без хоботов, клыков и прочего. У всех рот очень небольшой, но вполне, разумеется, достаточный, чтобы потреблять пищу, которую они, роясь ночами в иле мутных рек и озер, собирают на дне. В основном это насекомые, черви, кое-какие растения и разного рода органика. Электрорадары очень помогают и в таких розысках, и в превентивной обороне от недругов, тайно подбирающихся под прикрытием мрака и взбаламученного ила.

Клюворылы невелики, от 20—30 сантиметров, некоторые вдвое больше, до метра (мормируса и мормиропса). Последний кормится и креветками, и донными рыбками. У него своя индивидуальная территория. Это рыба-одиночка. Многие другие клюворылы живут стаями: вместе в темноте корм добывают, вместе по утрам прячутся в разных укромных местах.

Родина клюворылых — почти вся Африка, кроме крайнего ее Юга, Сахары и областей к северу и западу от нее (но в бассейне Нила, до самой дельты, они обитают). На этой обширной территории гимнарх, уже не раз здесь упомянутый (он же «большая нильская щука»), живет в заболоченных мелководьях Среднего Нила, озер Рудольфа, Альберта, Чад и всего бассейна Нигера. Днем прячется, забившись в гущу водорослей и подводных трав, ночами охотится. Он одиночка и домосед. Этим и вполне внушительным ростом (до 1,6 метра) напоминает мормиропса. Но ряд своеобразных черт обрекает его на известное одиночество и в научной классификации: определен систематиками в особое семейство гимнарховых, которое в единственном числе и представляет. (Все прочие «нильские щуки» — в семействе клюворылых.) Нет у гимнарха анального и хвостового плавников, конец тела нитью вытянут назад, грудные плавники крохотные, а спинной велик — сплошной оторочкой тянется по всему верху рыбы. Плавательный пузырь особенный — похож на легкое, с множеством слепых ответвлений (альвеолы своего рода). Когда болото пересохнет, гимнарх может дышать воздухом.

«Гимнархи строят большие плавучие гнезда, стенки которых выступают из воды на 5—10 сантиметров, а вход расположен на 15 сантиметров под поверхностью. Самец бдительно охраняет гнездо... Личинки имеют длинные наружные жабры, подобно личинкам двоякодышащих рыб» (профессор Т. С. Расе).

Электрические скаты (рис № 3) (Torpedo) (их около 30 видов) – малоподвижные существа, плохо и неохотно плавающие. Большую часть жизни они проводят, зарывшись в песок или ил, оживляясь только для того, чтобы разрядить свои «батареи» и перекусить тем, что подвернулось. Свою основную добычу – мелких рачков и червей, поражённых электрическим разрядом, они подбирают без особой спешки. На крупную, уже оглушённую рыбу скаты бросаются стремительно и продолжают генерировать электрические разряды, чтобы окончательно добить её.

Электрические органы расположены по бокам тела между головой и грудными плавниками и состоят из видоизмененной мышечной ткани. Масса этих органов может достигать одной шестой массы рыбы. Кроме сильных разрядов, производимых при нападении и защите, скаты создают вокруг себя электрическое поле, генерируя слабые разряды напряжением 0.2-2.0 В., редко до 10 В и даже 50 В и силе тока 1 А, такие разряды следуют с частотой 35-300 Гц. Вторжение любого предмета искажает однородность электрического поля и дает возможность скату судить скату о приближении добычи или врага. Наиболее крупные электрические скаты достигают почти двухметровой длины при массе около 100 килограммов. В прибрежных водах Японии, Юго-Восточной Азии и Индии встречается индийский электрический скат, длина тела которого не превышает 13,5 см. Электрические скаты ведут малоподвижный образ жизни и не отличаются особыми способностями к плаванию. Они держатся преимущественно на мелководье, но их можно встретить и на значительной глубине. Так, электрический скат Морси погружается на глубину до 1 километра. Обычно скаты лежат на морском дне или слегка погружаются в ил или песок. Здесь они и поджидают свою добычу. Охотятся они на ракообразных, моллюсков и других обитателей моря. Крупные скаты не брезгуют и рыбой. Причем они способны добыть довольно крупную рыбу массой до 2 килограммов. В их желудках находили камбалу, угрей и другую рыбу. Крупную добычу они убивают сильными разрядами тока, предварительно охватив ее грудными плавниками. Нечаянная встреча человека с электрическим скатом не сулит ничего хорошего.

В бассейне Карибского моря ската манта (рис № 4) называют большой морской дьявол, а также «антильский вампир». Такие прозвища скат получил из-за плохой репутации. Дело в том, что скат имеет поражающий воображение людей силуэт, похожий на манто, и всегда чрезвычайно большого размера – до 9 метров в размахе, вес бывает, достигает 3 тонн.

Манты – исполины среди скатов. Живут манты во всех теплых морях и тропической зоне океанов, включая Средиземное море. Скаты являются представителями древнего класса Elasmobranchii (пластиножаберных). Эти рыбы относятся к числу самых примитивных из существующих в настоящее время позвоночных животных. Они 350 миллионов лет следовали собственным путем в бурном потоке эволюции и к изменившимся условиям приспосабливались по-своему, мало меняясь сами. Скатов иногда называют в шутку «акулами, расплющенными катком». Плавают скаты с помощью волнообразных движений расширенных грудных плавников. Широкие грудные плавники у ската срослись с головой, образовав треугольные, похожие на крылья выступы, что придает им сходство с летучими мышами. Кожа у скатов в отличие от акул очень гладкая. Скат манта получил свое название морской дьявол за головные плавники, свернутые в трубку и торчащие вперед, как рога. Жаберные щели, позволяющие скату дышать, расположены на нижней поверхности тела. К тому же эти скаты ведут себя весьма шумно. Манты в отличие от большинства скатов проводят жизнь в открытом океане, у поверхности воды. Когда даже несколько из них оказываются в одном месте, они устраивают настоящий водный балет: описывают круги ,следуют друг за другом.

Электрические угри (Electrophorus electricus)(рис № 5 ) (он совсем не «родственник» прочих угрей и назван так только за сходную форму тела), обитающий в пресных водах Южной Америки,– рыба с самым сильным электроразрядом. Размеры её немалые – до 1,5 м, а иногда и до 3м в длину при весе до 20 кг. С помощью ундулирующих движений огромного анального плавника угорь с одинаковой лёгкостью может перемещаться вперед, назад, вверх и вниз. Напряжение создаваемых электрическим угрём разрядов может достигать 650 В, но обычно не превышает 350 В. Сила тока при этом не велика – всего 0,5–0,75 А. Его разряд может оглушить даже крупных зверей, а мелкие животные погибают мгновенно. Кроме описанных выше высоковольтных органов у электрического угря есть ещё два типа вспомогательных низковольтных органов. Назначение одного из них неясно, известно только, что он действует в связи с основной батареей. Второй тип вспомогательного электрического органа играет роль локатора, служащего для обнаружения препятствий на пути движения, а у старых рыб – и для поисков пищи, так как с возрастом зрение у угрей ухудшается. Частота локационных разрядов не превышает 20–30 в секунду, однако при возбуждении рыбы может достигать 50. Вес электрических органов составляет от четверти до трети веса рыбы! На языке местных индейцев эти угри называются «арима», что значит «лишающие движения». Знаменитый электрический угорь тоже из подотряда гимнотовидных. Уже более 260 лет, с 1729 года, европейцы знают о нем и о поражающей силе его электрических разрядов. Фарадей первым рассчитал мощность «батарей» электрического угря: она равна 15 заряженным лейденским банкам с общей рабочей поверхностью элементов 2250 квадратных метров!

Электрический орган, студневидная ткань, разделенная соединительнотканными перегородками, занимает большую часть тела этой удивительной рыбы: до 5/6 ее длины и 318 веса. Положительный полюс — у головы, отрицательный — у хвоста. Собственно, электрических органов три: во всех вместе до полумиллиона производящих электроток элементарных пластин, соединенных нервами последовательно. Поэтому их вольтаж суммируется и достигает при разряде «свежезаряженного» двух-трехметрового угря 550—650 и даже будто бы 1200 вольт. Электрические клетки-пластинки сложены столбиками, которые соединены между собой параллельно, что увеличивает общую силу тока до двух ампер, а мощность — до киловатта!

«Разряд состоит из 4—8 серий, но, тем не менее, краток: он длится лишь две-три тысячных секунды и, как сообщает Сакс, без заметного утомления может быть повторен до 150 раз в час. Очень возможно, что даже для крупного млекопитающего разряд представляет опасность, если это животное попадает в электрическое поле угря, которое соответствует его длине, или, что еще хуже, притронется к рыбе в двух разных местах» (Жак Шери).

Один из трех электрических органов угря имеет особое назначение. Его небольшого напряжения разряды (до 50 в секунду) создают локационное электрическое поле вокруг рыбы. Рецепторы, воспринимающие нарушения поля, — небольшие бугорки на голове угря. Если покрыть их изолирующей массой, это лишает рыбу способности ориентироваться с помощью радара. Угорь, по-видимому, может установить, какой природы предмет попал в поле действия его локатора. Если это годное в пищу животное, он немедленно поворачивает голову в сторону предполагаемой добычи. Затем приводит в действие электрический орган большой мощности — мечет «молнии» — и не спеша, пожирает парализованную электрическим разрядом жертву. Лягушка, например, падает замертво на расстоянии больше метра от «разрядившегося» угря. (Само электрическое поле регистрируется приборами за 5—10 метров от центра угря.)

Электрические угри обитают в застойных, мутных водах Гвианы, бассейна верхнего Ориноко, средней и нижней Амазонки. Цветом оливково-бурые (молодые — с темным мраморным рисунком), горло ярко-оранжевое.

Согласно немногочисленным наблюдениям, ко времени размножения электрические угри покидают свои обычные места обитания и возвращаются в них уже в сопровождении подросшей молоди, которая начинает вести самостоятельный образ жизни, достигнув длины 10—12 сантиметров» (В. Э. Беккер).