Рыба которая бьется током как называется. Привлекают ли рыб электрические и магнитные поля – От чего зависит клев. Как электрический угорь генерирует такое высокое электрическое напряжение
Великолепный и таинственный электрический угорь
Электрический угорь (Electrophorus electricus) обитает в темных водах болот и рек в северной части Южной Америки. Это таинственный хищник, обладающий сложной системой электролокации и способный перемещаться и охотиться в условиях низкой видимости. Используя «электрорецепторы» для определения искажений электрического поля, вызванных его собственным телом, он способен обнаруживать потенциальную жертву, сам при этом оставаясь незамеченным. Он обездвиживает жертву с помощью сильнейшего электрического шока, достаточно сильного, чтобы оглушить такое крупное млекопитающее, как лошадь, или даже убить человека. 1 Своей удлиненной округлой формой тела угорь напоминает рыбу, которую мы обычно называем муреной (порядок Anguilliformes); однако принадлежит к другому порядку рыб (Gymnotiformes).
Рыб, способных обнаруживать электрические поля, называют электрорецептивными, а способных генерировать мощное электрическое поле, таких как электрический угорь, называют электрогенными.
Как электрический угорь генерирует такое высокое электрическое напряжение?
Электрические рыбы – не единственные, кто способен генерировать электричество. Фактически все живые организмы делают это в той или иной мере. Мышцы нашего тела, к примеру, управляются мозгом с помощью электрических сигналов. Электроны, вырабатываемые бактериями, могут быть использованы для выработки электричества в топливных клетках, которые называются электроцитами. 2 (см. таблицу ниже). И хотя каждая из клеток несет незначительный заряд, благодаря тому, что тысячи таких клеток собираются в серии, подобно батарейкам в фонарике, может быть выработано напряжение до 650 вольт (V). Если организовать эти ряды в параллели, можно получить электрический ток силой в 1Ампер (A), что дает электрический удар силой в 650 ватт (W; 1 W = 1 V × 1 A). 3
Каким образом угрю удается не оглушать самого себя электрическим током?
Фото:CC-BY-SA Steven Walling via Wikipedia
Ученые не знают точно, как ответить на этот вопрос, но результаты некоторых интересных наблюдений могут пролить свет на данную проблему. Во-первых, жизненно важные органы угря (например, мозг и сердце) расположены возле головы, вдалеке от органов, вырабатывающих электричество, и окружены жировой тканью, которая может действовать в виде изоляции. Кожа также имеет изолирующие свойства, поскольку, согласно результатам наблюдений, угри с поврежденной кожей более подвержены самооглушению электрическим ударом.
Во-вторых, наиболее сильные электрические удары угри способны наносить в момент спаривания, не нанося при этом вреда партнеру. Однако если удар такой же силы нанести другому угрю не во время спаривания, это может его убить. 4 Это предполагает, что у угрей существует некая система защиты, которую можно включать и отключать.
Мог ли электрический угорь возникнуть в результате эволюции?
Очень трудно представить себе, как это могло бы произойти в ходе незначительных изменений, как того требует процесс, предложенный Дарвиным. В случае, если ударная волна была важной с самого начала, то вместо того, чтобы оглушить, она предупреждала бы жертву об опасности. Более того, чтобы в ходе эволюции выработать способность оглушать жертву, электрическому угрю пришлось бы одновременно вырабатывать и систему самозащиты. Каждый раз, когда возникала мутация, увеличивающая силу электрического удара, должна была возникать и другая мутация, улучшающая электроизоляцию угря. Кажется маловероятным то, что одной мутации было бы достаточно. К примеру, для того, чтобы передвинуть органы ближе к голове, понадобилось бы целая серия мутаций, которые должны были возникнуть одновременно.
Хотя немногие рыбы способны оглушать свою добычу, существует множество видов, использующих электричество низкого напряжения для навигации и общения. Электрические угри относятся к группе южно-американских рыб, известных под названием «ножетелки» (семейство Mormyridae), которые тоже используют электролокацию и, как считается, развили эту способность наряду со своими южно-американскими собратьями 5 . Более того, эволюционисты вынуждены заявлять, что электрические органы у рыб эволюционировали независимо друг от друга восемь раз. 6 Если учесть сложность их строения, поражает уже то, что эти системы могли развиться в ходе эволюции хотя бы один раз, не говоря уже о восьми.
Ножетелки из Южной Америки и химеровые из Африки используют свои электрические органы для определения местонахождения и коммуникации, и используют ряд различных видов электрорецепторов. В обеих группах есть виды, продуцирующие электрические поля разных сложных форм волны. 7 Два вида ножетелок, Brachyhypopomus benetti и Brachyhypopomus walteri настолько похожи друг на друга, что их можно было бы отнести к одному виду, однако первый из них вырабатывает ток постоянного напряжения, а второй – ток переменного напряжения. 8, 9 Эволюционная история становится еще более примечательной, если копнуть еще глубже. Для того, чтобы их аппараты электролокации не мешали друг другу и не создавали помех, некоторые виды используют специальную систему, с помощью которой каждая из рыб меняет частоту электрического разряда. Примечательно, что эта система работает практически так же (используется такой же вычислительный алгоритм), как у стеклянной ножетелки из Южной Америки (Eigenmannia) и африканской рыбы аба-аба (Gymnarchus). 10 Могла ли такая система устранения помех независимо развиться в ходе эволюции у двух отдельных групп рыб, обитающих на разных континентах?
Шедевр Божьего творения
Энергетический агрегат электрического угря затмил все творения человека своей компактностью гибкостью, мобильностью, экологической безопасностью и способностью к самовосстановлению. Все части этого аппарата идеальным образом интегрированы в лощеное тело, что дает угрю возможность плыть с большой скорость и проворством. Все детали его строения – от крохотных клеток, вырабатывающих электричество, до сложнейшего вычислительного комплекса, анализирующего искажения производимых угрем электрических полей, – указывают на замысел великого Создателя.
Как электрический угорь генерирует электричество? (научно-популярная статья)
Электрические рыбы генерируют электричество подобно тому, как это делают нервы и мышцы в нашем теле. Внутри клеток-электроцитов особые энзимные протеины под названием Na-K ATФаза выкачивают натриевые ионы через клеточную мембрану, и всасывают ионы калия. (‘Na’ – химический символ натрия, а ‘K’ – химический символ калия». ‘ATФ’ – аденозинтрифосфат – энергетическая молекула, 11 используемая для работы насоса). Дисбаланс между ионами калия внутри и снаружи клетки приводит к возникновению химического градиента, который снова выталкивает ионы калия из клетки. Подобным образом, дисбаланс между ионами натрия порождает химический градиент, который затягивает ионы натрия обратно в клетку. Другие протеины, встроенные в мембрану, действуют в виде каналов для ионов калия, пор, позволяющих ионам калия покинуть клетку. По мере того, как ионы калия с позитивным зарядом накапливаются снаружи клетки, вокруг клеточной мембраны нарастает электрический градиент, при чем наружная часть клетки имеет более позитивный заряд, чем ее внутренняя часть. Насосы Na-K ATФазы (натрий-калиевой аденозинтрифосфатазы) построены таким образом, что они выбирают лишь один позитивно заряженный ион, иначе негативно заряженные ионы также стали бы перетекать, нейтрализуя заряд.
Анатомия электрического угря Большая часть тела электрического угря состоит из электрических органов. Главный орган и орган Хантера отвечают за выработку и накопление электрического заряда. Орган Сакса вырабатывает электрическое поле низкого напряжения, которое используется для электролокации.
Химический градиент действует таким образом, что выталкивает ионы калия, а электрический градиент втягивает их обратно. В момент наступления баланса, когда химические и электрические силы упраздняют друг друга, снаружи клетки будет находиться примерно на 70 милливольт больше позитивного заряда, чем внутри. Таким образом, внутри клетки оказывается негативный заряд в -70 милливольт.
Однако большее количество протеинов, встроенных в клеточную мембрану, обеспечивают каналы для ионов натрия – это поры, которые позволяют ионам натрия снова попадать в клетку. В обычном состоянии эти поры перекрыты, однако когда электрические органы активируются, поры раскрываются, и ионы натрия с позитивным зарядом снова поступают в клетку под воздействием градиента химического потенциала. В данном случае баланс достигается, когда внутри клетки собирается позитивный заряд до 60 милливольт. Происходит общее изменение напряжения от -70 до +60 милливольт, и это составляет 130 mV или 0.13 V. Этот разряд происходит очень быстро, примерно за одну миллисекунду. И поскольку в серии клеток собрано примерно 5000 электроцитов, благодаря синхронному разряду всех клеток может вырабатываться до 650 вольт (5000 × 0.13 V = 650).
Насос Na-K ATФазы (натрий-калиевой аденазинтрифосфотазы). За каждый цикл два иона калия (K + ) поступают в клетку, а три иона натрия (Na + ) выходят из клетки. Этот процесс приводится в движение энергией АТФ молекул.
Глоссарий
Ион
Атом или молекула, несущий электрический заряд благодаря неравному количеству электронов и протонов. Ион будет иметь негативный заряд, если в нем содержится больше электронов, чем протонов, и позитивный заряд – если в нем содержится больше протонов, нежели электронов. Ионы калия (K + ) и натрия (Na + ) имеют позитивный заряд.
Градиент
Изменение какой-либо величины при перемещении от одной точки пространства к другой. Например, если вы отходите от костра, температура понижается. Таким образом, костер генерирует температурный градиент, уменьшающийся с расстоянием.
Электрический градиент
Градиент изменения величины электрического заряда. Например, если снаружи клетки содержится большее количество позитивно заряженных ионов, чем внутри клетки, электрический градиент будет проходить через клеточную мембрану. Благодаря тому, что одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, ионы будут двигаться таким образом, чтобы сбалансировать заряд внутри и снаружи клетки. Передвижения ионов из-за электрического градиента происходят пассивно, под воздействием электрической потенциальной энергии, а не активно, под воздействием энергии, поступающей из внешнего источника, например из АТФ-молекулы.
Химический градиент
Градиент химической концентрации. Например, если снаружи клетки содержится большее количество ионов натрия, чем внутри клетки, то химический градиент натриевого иона будет проходить через клеточную мембрану. Из-за произвольного движения ионов и столкновений между ними существует тенденция, что ионы натрия будут двигаться от более высоких концентраций к более низким концентрациям до тех пор, пока не будет установлен баланс, то есть пока по обе стороны мембраны не окажется одинаковое количество ионов натрия. 12 Это происходит пассивно, в результате диффузии. Движения обусловлены кинетической энергией ионов, а не энергией, получаемой из внешнего источника, такого как АТФ молекула.
Как вырабатывают электричество электрические угри
- Как вырабатывают электричество электрические угри
- Как снять электричество с волос
- Почему люди бьются током
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.
Japanese aquarium Enoshima electric eel used to light Christmas trees. The tree is connected to the aquarium-dwelling fish it produces about 800 watts of electricity, which is enough for illumination.
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.
Электрические рыбы: список, особенности и интересные факты
Электрические разряды в природе возникают не только во время грозы, в виде молний. Процессы, вызывающие слабые электрические явления, происходят, например, во многих растениях. Но самым удивительным носителем этой способности являются электрические рыбы. Их дар вырабатывать разряды сильной мощности не доступен ни одному виду животных.
Зачем рыбам электричество
О том, что некоторые рыбы могут сильно «бить» затронувшего их человека или животное, знали еще древние жители морских побережий. Римляне считали, что в этот момент у обитателей глубин выделяется какой-то сильный яд, вследствие которого у жертвы наступает временный паралич. И только с развитием науки и техники стало понятно, что рыбам свойственно создавать электрические разряды разной силы.
Какая рыба – электрическая? Ученые утверждают, что эти способности свойственны почти всем представителям названного вида фауны, просто у большинства из них разряды небольшие, ощутимые только мощными чувствительными приборами. Используют они их для передачи сигналов друг другу – как средство общения. Сила излучаемых сигналов позволяет определить в рыбьей среде, кто есть кто, или, иными словами, выяснить силу своего противника.
Электрические рыбы используют свои особые органы для защиты от врагов, в качестве оружия поражения добычи, а также как локаторы-ориентиры.
Где у рыб электростанция?
Электрические явления в организме рыб заинтересовали ученых, занимающихся явлениями природной энергии. Первые эксперименты по изучению биологического электричества проводил Фарадей. Для своих опытов он использовал скатов как самых сильных производителей зарядов.
Одно, на чем сошлись все исследователи, что основная роль в электрогенезе принадлежит клеточным мембранам, которые способны раскладывать положительные и отрицательные ионы в клетках, в зависимости от возбуждения. Видоизмененные мышцы рыб, которые соединены между собой последовательно, это и есть так называемые электростанции, а соединительные ткани – проводники.
“Энергодобывающие” органы могут иметь самый различный вид и место размещения. Так, у скатов и угрей это почкообразные образования по бокам, у рыб-слонов – цилиндрические нити в районе хвоста.
Как уже было сказано, производить ток в том или ином масштабе свойственно многим представителям этого класса, но есть настоящие электрические рыбы, которые опасны не только для других животных, но и для человека.
Электрическая рыба-змея
Южноамериканский электрический угорь не имеет ничего общего с обычными угрями. Назван он так просто по внешнему сходству. Эта длинная, до 3 метров, змееобразная рыба весом до 40 кг способна генерировать разряд напряжением в 600 вольт! Тесное общение с такой рыбешкой может стоить жизни. Даже если сила тока не станет непосредственной причиной смерти, то к потере сознания приводит точно. А беспомощный человек может захлебнуться и утонуть.
Электрические угри живут в Амазонке, во многих неглубоких реках. Местное население, зная их способности, не заходит в воду. Электрическое поле, производимое рыбой-змеей, расходится в радиусе 3 метров. При этом угорь проявляет агрессию и может нападать без особой на то надобности. Наверное, он это делает с перепугу, так как основной рацион его составляет мелкая рыбешка. В этом плане живая «электроудочка» не знает никаких проблем: выпустил зарядик, и завтрак готов, обед и ужин заодно.
Семейство скатов
Электрические рыбы – скаты – объединяются в три семейства и насчитывают около сорока видов. Им свойственно не только вырабатывать электричество, но и аккумулировать его, чтобы использовать в дальнейшем по назначению.
Основная цель выстрелов – отпугивание врагов и добыча мелкой рыбешки для пропитания. Если скат выпустит за один раз весь свой накопленный заряд, его мощности хватит, чтобы убить или обездвижить крупное животное. Но такое происходит крайне редко, так как рыба – скат электрический – после полного «обесточивания» становится слабой и уязвимой, ей требуется время, чтобы снова накопить мощность. Так что свою систему энергоснабжения скаты строго контролируют с помощью одного из отделов мозга, который выполняет роль реле-выключателя.
Семейство гнюсовых, или электрических скатов, называют еще «торпедами». Самый крупный из них – обитатель Атлантического океана, черный торпедо (Torpedo nobiliana). Этот вид скатов, которые достигают в длину 180 см, вырабатывает самый сильный ток. И при близком контакте с ним человек может потерять сознание.
Скат Морсби и токийский торпедо (Torpedo tokionis) – самые глубоководные представители своего семейства. Их можно встретить на глубине 1 000 м. А самый маленький среди своих собратьев – индийский скат, его максимальная длина – всего 13 см. У берегов Новой Зеландии живет слепой скат – его глаза полностью спрятаны под слоем кожи.
Электрический сом
В мутных водоемах тропической и субтропической Африки живут электрические рыбы – сомы. Это довольно крупные особи, от 1 до 3 м в длину. Сомы не любят быстрых течений, живут в уютных гнездах на дне водоемов. Электрические органы, которые расположены по бокам рыбы, способны производить напряжение в 350 В.
Малоподвижный и апатичный сом не любит уплывать далеко от своего жилища, выползает из него для охоты по ночам, но также и непрошеных гостей не любит. Встречает он их легкими электрическими волнами, ими же и добывает себе добычу. Разряды помогают сому не только охотиться, но и ориентироваться в темной мутной воде. Мясо электрического сома считается деликатесом у местного африканского населения.
Нильский дракончик
Еще один африканский электрический представитель царства рыб – нильский гимнарх, или аба-аба. Его изображали на своих фресках фараоны. Обитает он не только в Ниле, но в водах Конго, Нигера и некоторых озер. Это красивая «стильная» рыбка с длинным изящным телом, длиной от сорока сантиметров до полутора метров. Нижние плавники отсутствуют, зато один верхний тянется вдоль всего тела. Под ним и находится «батарейка», которая производит электромагнитные волны силой 25 В практически постоянно. Голова гимнарха несет положительный заряд, а хвост – отрицательный.
Свои электрические способности гимнархи используют не только для поиска пищи и локации, но и в брачных играх. Кстати, самцы гимнархов просто потрясающе фанатичные отцы. Они не отходят от кладки икринок. И стоит только приблизится кому-то к детям, папа так окатит нарушителя электрошокером, что мало не покажется.
Гимнархи очень симпатичны – их вытянутая, похожая на дракончика, мордочка и хитрые глазки снискали любовь среди аквариумистов. Правда, симпатяга довольно агрессивен. Из нескольких мальков, поселенных в аквариум, в живых останется только один.
Морская корова
Большие выпуклые глаза, вечно приоткрытый рот, обрамленный бахромой, выдвинутая челюсть делают рыбу похожей на вечно недовольную сварливую старуху. Как называется электрическая рыба с таким портретом? Морская корова семейства звездочетов. Сравнение с коровой навевают два рожка на голове.
Эта неприятная особь большую часть времени проводит, зарывшись в песок и подстерегая проплывающую мимо добычу. Враг не пройдет: корова вооружена, как говорится, до зубов. Первая линия нападения – длинный красный язычок-червячок, которым звездочет заманивает наивных рыбок и ловит их, даже не вылезая из укрытия. Но если надо, то она взметнется мгновенно и оглушит жертву до потери сознания. Второе оружие для собственной защиты – позади глаз и над плавниками расположены ядовитые шипы. И это еще не все! Третье мощное орудие расположено сзади головы – электрические органы, которые генерируют заряды напряжением в 50 В.
Кто еще электрический
Вышеописанные – это не единственные электрические рыбы. Названия не перечисленных нами звучат так: гнатонем Петерса, черная ножетелка, мормиры, диплобатисы. Как видите, их немало. Наука сделала большой шаг вперед в изучении этой странной способности некоторых рыб, но разгадать полностью механизм аккумуляции электроэнергии большой мощности полностью не удалось и до нынешнего времени.
Рыбы лечат?
Официальная медицина не подтвердила обладание электромагнитного поля рыб целебным эффектом. Но медицина народная издавна использует электрические волны скатов для излечения многих болезней ревматического характера. Для этого люди специально прогуливаются вблизи и получают слабые разряды. Вот такой себе натуральный электрофорез.
Электрических сомов жители Африки и Египта используют для лечения тяжелой стадии лихорадки. Для повышения иммунитета у детей и укрепления обшего состояния экваториальные жители заставляют тех прикасатся к сомам, а также поят водой, в которой некоторое время плавала эта рыба.
Источники:
http://www.origins.org.ua/page.php?id_story=1892
http://www.kakprosto.ru/kak-827905-kak-vyrabatyvayut-elektrichestvo-elektricheskie-ugri
http://fb.ru/article/283909/elektricheskie-ryibyi-spisok-osobennosti-i-interesnyie-faktyi
