От всички гръбначни само рибите са в състояние да произведат достатъчно електрическа енергия, за да парализират или дори да убият човек. Електрическите органи служат на рибата за защита, ориентация, лов и вероятно комуникация. Около двеста и петдесет вида риби са способни да генерират електрическа енергия; обаче само електрическите змиорки натрупват заряд, толкова силен, че може да служи като оръжие срещу хората ( Electrophorus electricus), живеещи в Южна Америка и електрически лъчи, принадлежащи на семейството Torpedinidae.

Как животните генерират толкова мощни импулси на електрическа енергия остава загадка за учените, но природата на животинското електричество е съвсем ясна. Електрическа енергиясреща се в тялото на всяко животно – включително и на човека. Електрическите импулси преминават по нервните влакна и изпращат сигнали до мозъчните клетки и други клетки за различни явления. Дори четенето на тези страници, читателю, генерира електрически сигнали; но при електрическите змиорки и някои скатове енергията се натрупва толкова много, че се използва като оръжие срещу други риби и животни. Нека да разгледаме как се формира.

Човечеството научи, че животинската тъкан генерира електричество през 1791 г., когато Луиджи Галвани, професор по анатомия в университета в Болоня, откри, че нервната и мускулната тъкан на жабешкия бут реагира на електрически ток. С течение на времето учените откриха, че импулсите изпращат сигнали нервна системахора, са от електрохимично естество. За да опростим картината, можем да кажем, че нервните сигнали са движението на йони, тоест заредени частици през мембраните на нервните клетки. В състояние на покой или неактивност на клетката нейната обвивка има отрицателен потенциал, тъй като отрицателно заредените йони се натрупват от вътрешността на клетката; въпреки това има както положителни, така и отрицателни йони извън клетката и сред тях са натриевите йони, които пренасят положителен заряд. Когато една нервна клетка изпрати сигнал, нейната мембрана променя полярността си и натриевите йони проникват през нея в клетката, променяйки нейния потенциал на положителен. Връщайки се в нормалното си състояние, клетката се освобождава от натриевите йони с помощта на механизъм, чието „устройство“ е неизвестно; Учените го наричат ​​„натриева помпа“, защото изглежда изпомпва натриевите йони от клетката.

Когато клетката предаде сигнала, "помпата" спира да работи. Натриевите и калиевите йони се привличат един към друг, като обменят заряди и неутрализират електрическия потенциал на клетката. Малки разряди се движат нагоре по нервните влакна, простиращи се от клетката, като стимулират електрическо полев околната тъкан и течност. Сигналът или нервният импулс се движи по нервното влакно, докато достигне точка, където се разклонява на разклонения, наречени нервни окончания. Окончанията проникват в пространството, разделящо една нервна клетка от друга. Това пространство между две съседни клетки на нервната тъкан се нарича синапс.

В даден момент нервен импулс, изпратен към мускула, достига до синапс, от противоположната страна на който има клетка от мускулно влакно. Тази точка, наречена нервно-мускулна връзка, играе критична роля в генерирането на електричество в рибите. При поява на нервен импулс в нервно-мускулното съединение се отделя секрет около нервните окончания. химическо вещество, наречен ацетилхолин. Изтичайки от нервна клетка към мускулна клетка, ацетилхолинът предава импулс към мускулното влакно, като го деполяризира и по този начин предизвиква електрически разряд. Предполага се също, че друга функция на ацетилхолина е да спира действието на „натриевата помпа“ в клетката, което позволява на йоните да проникнат през клетъчната мембрана.

Обикновено електрическият сигнал предизвиква свиване на мускула, което се отразява в различни движения на тялото на животното. Някои мускули при рибите обаче са загубили способността си да се свиват. Нервните окончания, отиващи към тези мускули, лежат много плътно в областта на нервно-мускулната връзка, а влакната на мускулните клетки растат толкова много, че образуват нещо като жив електрод.

Електрическите органи на рибите като електрическите змиорки и електрическите лъчи са изградени от няколко подобни "електрода". Когато всички те са разредени, възниква електрически ток с голяма мощност. Разрядът се контролира от сноп нерви, който при електрическата змиорка идва от гръбначния мозък, а при електрическия скат - от мозъка.

Електрическите скатове, които живеят както в умерените, така и в тропическите зони, са способни да създават напрежение до 50 волта и по-високо на своите „електроди“; това е достатъчно, за да убие рибите и ракообразните, с които се хранят скатовете. Електрическият скат изглежда като гъвкава палачинка с дълга и дебела опашка. Когато ловува, скатът се втурва към плячката с цялото си тяло и я „прегръща“ с „крилата си“, в краищата на които има електрически органи. Прегръдката се затваря, „електродите“ се разреждат - и скатът убива жертвата си с електрически разряд.

Най-големият от електрическите скатове е Нобилно торпедо, обитател на водите на Северния Атлантик; достига 1,8 метра дължина, тежи около 100 килограма и е в състояние да създаде потенциална разлика от 200 волта - това е достатъчно, за да убие всяко животно, попаднало във водата наблизо. Особената ефективност на електрическия разряд във водата се обяснява с факта, че водата е добър проводник на електрически ток.

Електрическият скат се споменава в много легенди, достигнали до нас от незапомнени времена; тълкувателите на сънища вярват, че това предвещава предстоящо нещастие. Гърците и римляните са знаели, че скатът притежава източник на някаква странна енергия и тъй като тогава електричеството не е било известно, те са вярвали, че източникът му е някакво неизвестно вещество. Имаше и друго вярване - че скат, уловен на бронзова кука, убива рибар, който е изоставил принадлежностите, а смъртта настъпва от съсирването на кръвта.

В древността скатовете са били използвани за лечение чрез шок. Лечителите поставяли малки скатове върху главите на пациенти, страдащи от главоболие и други заболявания; Смятало се, че скатът има лечебни свойства.

Електрическа змиорка, която генерира ток от 650 волта - няколко пъти повече от напрежението, което дори най-големият скат може да произведе - може да убие всеки във водата наблизо. Електрическата змиорка има малко общо с другите змиорки; той е свързан с рибата нож и живее в реките. Електрическата змиорка достига дължина 2,7 метра и дебелина около 10 сантиметра. Четири пети от тялото му е заето от три електрически органа и само една пета от дължината му се отчита от други органи, които изпълняват такива важни жизнени функции като дишане, храносмилане, възпроизводство и други.

Водите, в които живее електрическата змиорка, са бедни на кислород, но това не я притеснява: тя се е научила да диша и атмосферен кислород. Многобройните кръвоносни съдове в устата му могат да абсорбират кислород, а змиорката улавя въздуха, издигайки се до повърхността на водата.

Младата електрическа змиорка вижда добре, но с възрастта зрението й рязко се влошава. Това не притеснява особено змиорката, защото на тъмно, мътна водакъдето обикновено живее, очите все още са малко полезни. Същите електрически органи помагат на змиорката да търси плячка: тя излъчва сравнително слаби електрически импулси, чието напрежение не надвишава 40 - 50 волта; тези разряди с ниско напрежение му помагат да намери малки морски обитатели, с които змиорката се храни. В допълнение, електрическите змиорки вероятно са в състояние да възприемат електрическите разряди на другите - във всеки случай, когато една от тях парализира плячката с електрически удар, други змиорки се втурват към плячката.

Електрическите змиорки се адаптират добре към живота в плен и често могат да се видят в аквариуми; Обикновено аквариумът е оборудван с някакъв вид електрически уредда демонстрира уникалните способности на змиорката, например с лампа, към която водят жици от два електрода, спуснати във водата. Когато в аквариума се хвърлят парчета храна или малки рибки, лампата светва, защото, усещайки плячка, змиорката започва да генерира електрически разряди във водата. Аквариумът може да бъде оборудван и със звукови усилватели и тогава посетителите ще чуят статични шумове, придружаващи текущите разряди, генерирани от змиорката.

Боравенето с електрическа змиорка е доста опасно. Веднъж в зоологическата градина в Лондон една змиорка удари силен токов удар на служителя, който я хранеше. Друга змиорка започнала да генерира електрически разряди, докато била носена в метална кутия и придружителят трябвало да хвърли кутията на земята. Но само при директен контакт ударът на змиорката е фатален; въпреки това, плувец, хванат във водата близо до мястото на изхвърляне, може да се удави, докато е в шок.

Способността на змиорката да генерира огромни количества електричество привлича вниманието на биолози и лекари повече от век. По време на Втората световна война военните, включително американските, се заинтересуваха от него: две години след влизането на САЩ във войната двеста електрически змиорки, уловени в Южна Америка, бяха доставени в Ню Йорк. Зоологическата градина в Бронкс построи двадесет и два дървени басейна за тях. Змиорките са използвани в експерименти за изследване на ефектите на нервните газове, които блокират предаването на нервните импулси и по този начин могат да спрат функционирането на сърцето, белите дробове и други жизненоважни органи. Същността на действието на газовете е, че те предотвратяват разграждането на ацетилхолина, след като спре "натриевата помпа" на нервната клетка. Обикновено ацетилхолинът се разгражда в тялото веднага след като е изпълнил функцията си; Процесът на разграждане се контролира от ензим, наречен холинестераза. Нервните газове точно пречат на действието на този ензим.

Електрическите органи на змиорката съдържат голямо количество холинестераза, която също е много активна; Ето защо военните специалисти се нуждаеха от електрически змиорки, донесени в зоопарка в Бронкс: те служеха като източник на ензима, необходим за изследване на нервно-паралитичните ефекти на отровните газове. Повечето работници в зоологическите градини научиха едва след войната защо толкова много електрически змиорки се държат в мазетата на заграждението с лъвове.

Рибите съставляват малцинство от обитателите на световните океани; много по-голяма част от обитателите му са безгръбначни и именно сред тях има най-миниатюрните и безобидни водни животни и най-големите и опасни.

В приключенски филми и романи, чието действие се развива в моретата на южното полукълбо, често се появява гигантска мида Тридакна гигас, изобразен като един вид жив капан, капан, чакащ непредпазлив плувец. Всъщност този гигант се храни с планктон и изобщо не притежава огромната сила, която обикновено му се приписва - дори ако размерът на черупката му наистина достига 1,2 метра, а теглото на самия мекотел е 220 килограма. Няма нито един документиран случай на загинал човек от сблъсък с Тридакна гигас, но дори и такива авторитетни източници като публикуваните от американеца военноморски флотсписание "Наука за морето", предупреждават читателя за опасността, която този мекотел представлява за водолаз. Въпреки това е малко вероятно мекотело, което случайно затваря клапите си около човешки крак, да го задържи; по-скоро ще се опита да се отърве от неудобна плячка.

От всички гръбначни само рибите могат да произвеждат достатъчно количествоелектрическа енергия, за да парализира или дори да убие човек. Електрическите органи служат на рибата за защита, ориентация, лов и вероятно комуникация. Около двеста и петдесет вида риби са способни да генерират електрическа енергия; обаче само електрическите змиорки натрупват заряд, толкова силен, че може да служи като оръжие срещу хората ( Electrophorus electricus), живеещи в Южна Америка, и електрически лъчи, принадлежащи към семейството Torpedinidae.

Как животните генерират толкова мощни импулси на електрическа енергия остава загадка за учените, но природата на животинското електричество е съвсем ясна. Електрическата енергия възниква в тялото на всяко животно, включително и на човека. Електрическите импулси преминават по нервните влакна и изпращат сигнали до мозъчните клетки и други клетки за различни явления. Дори четенето на тези страници, читателю, генерира електрически сигнали; но при електрическите змиорки и някои скатове енергията се натрупва толкова много, че се използва като оръжие срещу други риби и животни. Нека да разгледаме как се формира.

Човечеството научи, че животинската тъкан генерира електричество през 1791 г., когато Луиджи Галвани, професор по анатомия в университета в Болоня, откри, че нервната и мускулната тъкан на крака на жаба реагира на електрически ток. С течение на времето учените са открили, че импулсите, които изпращат сигнали в човешката нервна система, са от електрохимично естество. За да опростим картината, можем да кажем, че нервните сигнали са движението на йони, тоест заредени частици, през мембраните на нервните клетки. В състояние на покой или неактивност на клетката нейната обвивка има отрицателен потенциал, тъй като отрицателно заредените йони се натрупват от вътрешността на клетката; обаче извън клетката има както положителни, така и отрицателни йони, сред които са натриевите йони, които носят положителен заряд. Когато една нервна клетка изпрати сигнал, нейната мембрана променя полярността си и натриевите йони проникват през нея в клетката, променяйки нейния потенциал на положителен.

Връщайки се в нормалното си състояние, клетката се освобождава от натриевите йони с помощта на механизъм, чието "устройство" е неизвестно; Учените го наричат ​​„натриева помпа“, защото изглежда изпомпва натриеви йони от клетката.

Когато клетката предаде сигнала, "помпата" спира да работи. Натриевите и калиевите йони се привличат един към друг, като обменят заряди и неутрализират електрическия потенциал на клетката. Малки разряди се движат нагоре по нервно влакно, простиращо се от клетката, възбуждайки електрическо поле в околната тъкан и течност. Сигналът или нервният импулс се движи по нервното влакно, докато достигне точка, където се разклонява на разклонения, наречени нервни окончания. Окончанията проникват в пространството, разделящо една нервна клетка от друга. Това пространство между две съседни клетки на нервната тъкан се нарича синапс.

Електрическите риби живеят както в морета, така и в сладки водоеми. Сред животните на нашата планета най-мощен електрически разряд създава електрическата змиорка (горната снимка); с отделянето си е в състояние да парализира кон. Електрическият скат (долната снимка), „прегръщайки“ плячката си с перките си, също я парализира с електрически разряд

В даден момент нервен импулс, пътуващ до мускула, достига синапс, от противоположната страна на който има клетка от мускулно влакно. Тази точка, наречена нервно-мускулна връзка, играе критична роля в генерирането на електричество в рибите. Когато възникне нервен импулс в нервно-мускулната връзка, химикал, наречен ацетилхолин, се освобождава около нервните окончания. Изтичайки от нервна клетка към мускулна клетка, ацетилхолинът предава импулс към мускулното влакно, като го деполяризира и по този начин предизвиква електрически разряд. Предполага се също, че друга функция на ацетилхолина е да спира действието на „натриевата помпа“ в клетката, което позволява на йоните да проникнат през клетъчната мембрана.

Обикновено електрическият сигнал предизвиква свиване на мускула, което се отразява в различни движения на тялото на животното. Някои мускули при рибите обаче са загубили способността си да се свиват. Нервните окончания, отиващи към тези мускули, лежат много плътно в областта на нервно-мускулната връзка, а влакната на мускулните клетки растат толкова много, че образуват нещо като жив електрод.

Електрическите органи на рибите като електрическите змиорки и електрическите лъчи са изградени от няколко подобни "електрода". Когато всички те са разредени, възниква електрически ток с голяма мощност. Разрядът се контролира от сноп нерви, който при електрическата змиорка идва от гръбначния мозък, а при електрическия скат - от мозъка.

Електрическите скатове, които живеят както в умерените, така и в тропическите зони, са способни да създават напрежение до 50 волта и по-високо на своите „електроди“; това е достатъчно, за да убие рибите и ракообразните, с които се хранят скатовете. Електрическият скат изглежда като гъвкава палачинка с дълга и дебела опашка. Когато ловува, скатът се втурва към плячката с цялото си тяло и я „прегръща“ с „крилата си“, в краищата на които има електрически органи. Прегръдката се затваря, „електродите“ се разреждат - и скатът убива жертвата си с електрически разряд.

Най-големият от електрическите скатове е Нобилно торпедо, обитател на водите на Северния Атлантик; достига 1,8 метра дължина, тежи около 100 килограма и е в състояние да създаде потенциална разлика от 200 волта - това е достатъчно, за да убие всяко животно, попаднало във водата наблизо. Особената ефективност на електрическия разряд във водата се обяснява с факта, че водата е добър проводник на електрически ток.

Електрическият скат се споменава в много легенди, достигнали до нас от незапомнени времена; тълкувателите на сънища вярват, че това предвещава предстоящо нещастие. Гърците и римляните са знаели, че скатът притежава източник на някаква странна енергия и тъй като тогава електричеството не е било известно, те са вярвали, че източникът му е някакво неизвестно вещество. Имаше и друго вярване - че скат, уловен на бронзова кука, убива рибар, който е изоставил принадлежностите, а смъртта настъпва от съсирването на кръвта.

В древността скатовете са били използвани за лечение чрез шок. Лечителите поставяли малки скатове върху главите на пациенти, страдащи от главоболие и други заболявания; Смятало се, че скатът има лечебни свойства.

Електрическа змиорка, която генерира ток от 650 волта - няколко пъти повече от напрежението, което дори най-големият скат може да произведе - може да убие всеки във водата наблизо. Електрическата змиорка има малко общо с другите змиорки; той е свързан с рибата нож и живее в реките. Електрическата змиорка достига дължина 2,7 метра и дебелина около 10 сантиметра. Четири пети от тялото му е заето от три електрически органа и само една пета от дължината му се отчита от други органи, които изпълняват такива важни жизнени функции като дишане, храносмилане, възпроизводство и други.

Водите, в които живее електрическата змиорка, са бедни на кислород, но това не я притеснява: тя се е научила да диша и атмосферен кислород. Многобройните кръвоносни съдове в устата му могат да абсорбират кислород, а змиорката улавя въздуха, издигайки се до повърхността на водата.

Младата електрическа змиорка вижда добре, но с възрастта зрението й рязко се влошава. Това не притеснява особено змиорката, тъй като в тъмната, мътна вода, където обикновено живее, очите и без това са от малка полза. Същите електрически органи помагат на змиорката да търси плячка: тя излъчва сравнително слаби електрически импулси, чието напрежение не надвишава 40 - 50 волта; тези разряди с ниско напрежение му помагат да намери малки морски същества, с които змиорката се храни. В допълнение, електрическите змиорки вероятно са в състояние да възприемат електрическите разряди на другите - във всеки случай, когато една от тях парализира плячката с електрически удар, други змиорки се втурват към плячката.

Електрическите змиорки се адаптират добре към живота в плен и често могат да се видят в аквариуми; Обикновено аквариумът е оборудван с някакво електрическо устройство, за да демонстрира уникалните способности на змиорката, например лампа, към която проводниците водят от два електрода, спуснати във водата. Когато в аквариума се хвърлят парчета храна или малки рибки, лампата светва, защото, усещайки плячка, змиорката започва да генерира електрически разряди във водата. Аквариумът може да бъде оборудван и със звукови усилватели и тогава посетителите ще чуят статични шумове, придружаващи текущите разряди, генерирани от змиорката.

Боравенето с електрическа змиорка е доста опасно. Веднъж в зоологическата градина в Лондон една змиорка удари силен токов удар на служителя, който я хранеше. Друга змиорка започнала да генерира електрически разряди, докато била носена в метална кутия и придружителят трябвало да хвърли кутията на земята. Но само при директен контакт ударът на змиорката е фатален; въпреки това, плувец, хванат във водата близо до мястото на изхвърляне, може да се удави, докато е в шок.

Способността на змиорката да генерира огромни количества електричество привлича вниманието на биолози и лекари повече от век. По време на Втората световна война военните, включително американските, се заинтересуваха от него: две години след влизането на САЩ във войната двеста електрически змиорки, уловени в Южна Америка, бяха доставени в Ню Йорк. Зоологическата градина в Бронкс построи двадесет и два дървени басейна за тях. Змиорките са използвани в експерименти за изследване на ефектите на нервните газове, които блокират предаването на нервните импулси и по този начин могат да спрат функционирането на сърцето, белите дробове и други жизненоважни органи. Същността на действието на газовете е, че те предотвратяват разграждането на ацетилхолина, след като спре "натриевата помпа" на нервната клетка. Обикновено ацетилхолинът се разгражда в тялото веднага след като е изпълнил функцията си; Процесът на разграждане се контролира от ензим, наречен холинестераза. Нервните газове точно пречат на действието на този ензим.

Електрическите органи на змиорката съдържат голямо количество холинестераза, която също е много активна; Ето защо военните експерти се нуждаеха от електрически змиорки, донесени в зоопарка в Бронкс: те служеха като източник на ензима, необходим за изследване на нервно-паралитичните ефекти на отровните газове. Повечето работници в зоологическите градини научиха едва след войната защо толкова много електрически змиорки се държат в мазетата на заграждението с лъвове.

Рибите съставляват малцинство от обитателите на световните океани; много по-голяма част от обитателите му са безгръбначни и именно сред тях има най-миниатюрните и безобидни водни животни и най-големите и опасни.

В приключенски филми и романи, чието действие се развива в моретата на южното полукълбо, често се появява гигантска мида Тридакна гигас, изобразен като един вид жив капан, капан, чакащ непредпазлив плувец. Всъщност този гигант се храни с планктон и изобщо не притежава огромната сила, която обикновено му се приписва - дори ако размерът на черупката му наистина достига 1,2 метра, а теглото на самия мекотел е 220 килограма. Няма нито един документиран случай на загинал човек от сблъсък с Тридакна гигасВъпреки това, дори такива авторитетни източници като списанието Marine Science, публикувано от американския флот, предупреждават читателя за опасността, която този мекотел представлява за водолаз. Въпреки това е малко вероятно мекотело, което случайно затваря клапите си около човешки крак, да го задържи; по-скоро ще се опита да се отърве от неудобна плячка.

Доминик Стейтъм

Снимка ©depositphotos.com/Yourth2007

Риба, която може да открие електрически полета, наречена електрорецептивни, а тези, способни да генерират мощно електрическо поле, като електрическа змиорка, се наричат електрогенен.

Как електрическа змиорка генерира толкова високо електрическо напрежение?

Електрическите риби не са единствените, които могат да генерират електричество. На практика всички живи организми правят това в една или друга степен. Мускулите в нашето тяло, например, се управляват от мозъка с помощта на електрически сигнали. Електроните, произведени от бактериите, могат да се използват за генериране на електричество в горивни клетки, наречени електроцити. (виж таблицата по-долу). Въпреки че всяка клетка носи само малък заряд, чрез подреждане на хиляди клетки в серия, като батерии във фенерче, могат да се генерират напрежения до 650 волта (V). Ако подредите тези редове успоредно, можете да произведете електрически ток от 1 ампер (A), което дава електрически удар от 650 вата (W; 1 W = 1 V × 1 A).

Как змиорката избягва да се шокира?

Снимка: CC-BY-SA Стивън Уолинг чрез Wikipedia

Учените не знаят как точно да отговорят на този въпрос, но резултатите от някои интересни наблюдения може да хвърлят светлина върху този проблем. Първо, жизненоважните органи на змиорката (като мозъка и сърцето) са разположени близо до главата, далеч от органите, произвеждащи електричество, и са заобиколени от мастна тъкан, която може да действа като изолация. Кожата има и изолационни свойства, тъй като се наблюдава, че акнето с увредена кожа е по-податливо на самозашеметяване чрез електрически удар.

Второ, змиорките са в състояние да доставят най-мощните електрически удари в момента на чифтосване, без да причиняват вреда на партньора. Ако обаче удар със същата сила бъде нанесен върху друга змиорка не по време на чифтосване, той може да я убие. Това предполага, че змиорките имат някаква защитна система, която може да се включва и изключва.

Може ли електрическата змиорка да е еволюирала?

Много е трудно да си представим как това може да се случи чрез малки промени, както се изисква от процеса, предложен от Дарвин. Ако ударната вълна беше важна от самото начало, тогава вместо да зашемети, тя щеше да предупреди жертвата за опасност. Освен това, за да развие способността да зашеметява плячка, електрическата змиорка ще трябва да го направи едновременноразработете система за самозащита. Всеки път, когато възникне мутация, която увеличава силата на електрическия шок, трябва да е възникнала друга мутация, която подобрява електрическата изолация на змиорката. Изглежда малко вероятно една единствена мутация да е достатъчна. Например, за да се преместят органите по-близо до главата, ще са необходими цяла поредица от мутации, които трябва да се появят едновременно.

Въпреки че малко риби са способни да зашеметят плячката си, има много видове, които използват електричество с ниско напрежение за навигация и комуникация. Електрическите змиорки принадлежат към група южноамерикански риби, известни като „змиорки-ножове“ (семейство Mormyridae), които също използват електролокация и се смята, че са развили тази способност заедно със своите южноамерикански братовчеди. Нещо повече, еволюционистите са принудени да заявят, че електрическите органи в рибите еволюирали независимо един от друг осем пъти. Като се има предвид сложността на тяхната структура, поразително е, че тези системи биха могли да се развият по време на еволюцията поне веднъж, да не говорим за осем.

Ножовете от Южна Америка и химерите от Африка използват своите електрически органи за местоположение и комуникация и използват редица различни видове електрорецептори. И двете групи съдържат видове, които произвеждат електрически полета с различни сложни вълнови форми. Два вида остриета за ножове Brachyhypopomus benettiИ Brachyhypopomus walteriса толкова сходни един с друг, че могат да бъдат класифицирани като един тип, но първият от тях произвежда ток с постоянно напрежение, а вторият произвежда ток с променливо напрежение. Еволюционната история става още по-забележителна, когато се задълбочите още повече. За да се гарантира, че техните електролокационни устройства не си пречат и не създават смущения, някои видове използват специална система, с помощта на който всяка от рибките променя честотата на електрическия разряд. Трябва да се отбележи, че тази система работи почти по същия начин (използвайки същия изчислителен алгоритъм) като стъкления нож от Южна Америка ( Eigenmannia) и африканска риба аба-аба ( Гимнарх). Може ли такава система за елиминиране на смущенията да се е развила независимо в хода на еволюцията в две отделни групи риби, живеещи на различни континенти?

Шедьовър на Божието творение

Енергийната единица на електрическата змиорка е засенчила всички човешки творения със своята компактност, гъвкавост, мобилност, екологична безопасност и способност за самолечение. Всички части на този апарат са идеално интегрирани в полираното тяло, което дава на змиорката способността да плува с голяма скорост и ловкост. Всички детайли на неговата структура - от малки клетки, които генерират електричество до най-сложния изчислителен комплекс, който анализира изкривяванията на електрическите полета, произведени от змиорката - сочат към плана на великия Създател.

Как електрическата змиорка генерира електричество? (научно-популярна статия)

Електрическите риби генерират електричество подобно на нервите и мускулите в нашето тяло. Вътре в клетките на електроцитите има специални ензимни протеини, наречени Na-K АТФазаизпомпвайте натриевите йони през клетъчна мембрана, и абсорбират калиеви йони. („Na“ е химическият символ за натрий, а „K“ е химическият символ за калий. „ATP“ е аденозин трифосфат, енергийна молекула, използвана за работата на помпата). Дисбалансът между калиевите йони вътре и извън клетката води до химически градиент, който изтласква калиевите йони отново извън клетката. По същия начин дисбалансът между натриевите йони създава химичен градиент, който привлича натриевите йони обратно в клетката. Други протеини, вградени в мембраната, действат като канали за калиеви йони, пори, които позволяват на калиевите йони да напуснат клетката. Тъй като положително заредените калиеви йони се натрупват от външната страна на клетката, около клетъчната мембрана се натрупва електрически градиент, което кара външната част на клетката да бъде по-положително заредена от вътрешната. Помпи Na-K АТФ-аза (натриево-калиева аденозин трифосфатаза)са проектирани по такъв начин, че избират само един положително зареден йон, в противен случай отрицателно заредените йони също биха потекли, неутрализирайки заряда.

По-голямата част от тялото на електрическата змиорка се състои от електрически органи. Основният орган и органът на Хънтър са отговорни за производството и натрупването на електрически заряд. Органът на Сакс произвежда електрическо поле с ниско напрежение, което се използва за електролокация.

Химическият градиент изтласква калиевите йони навън, докато електрическият градиент ги дърпа обратно. В момента на баланс, когато химическите и електрическите сили взаимно се компенсират, ще има около 70 миливолта повече положителен заряд от външната страна на клетката, отколкото отвътре. Така вътре в клетката се появява отрицателен заряд от -70 миливолта.

Въпреки това повечеПротеините, вградени в клетъчната мембрана, осигуряват канали за натриеви йони – това са пори, които позволяват на натриевите йони да навлязат отново в клетката. Обикновено тези пори са затворени, но когато електрическите органи се активират, порите се отварят и положително заредените натриеви йони се връщат обратно в клетката под въздействието на градиент на химичен потенциал. IN в този случайбалансът се постига, когато в клетката се натрупа положителен заряд до 60 миливолта. Има обща промяна на напрежението от -70 до +60 миливолта, което е 130 mV или 0,13 V. Това разреждане се случва много бързо, за около една милисекунда. И тъй като приблизително 5000 електроцита се събират в серия от клетки, до 650 волта (5000 × 0,13 V = 650) могат да бъдат генерирани поради синхронното разреждане на всички клетки.

Na-K ATPase (натриево-калиева аденозин трифосфатаза) помпа.По време на всеки цикъл два калиеви йона (K+) влизат в клетката и три натриеви йона (Na+) напускат клетката. Този процес се задвижва от енергията на АТФ молекулите.

Речник

Атом или молекула, която носи електрически заряд поради неравен брой електрони и протони. Един йон ще има отрицателен заряд, ако съдържа повече електрони, отколкото протони, и положителен заряд, ако съдържа повече протони, отколкото електрони. Калиеви (K+) и натриеви (Na+) йони имат положителен заряд.

Градиент

Промяна на всяка стойност при преместване от една точка в пространството в друга. Например, ако се отдалечите от огъня, температурата пада. По този начин огънят генерира температурен градиент, който намалява с разстоянието.

Електрически градиент

Градиент на изменение на големината на електрическия заряд. Например, ако има повече положително заредени йони извън клетката, отколкото вътре в клетката, през клетъчната мембрана ще тече електрически градиент. Тъй като като зарядите се отблъскват взаимно, йоните ще се движат по начин, който балансира заряда вътре и извън клетката. Движенията на йони, дължащи се на електрическия градиент, се извършват пасивно, под въздействието на електрическа потенциална енергия, а не активно, под въздействието на енергия, идваща от външен източник, например от ATP молекула.

Химичен градиент

Градиент на химична концентрация. Например, ако има повече натриеви йони извън клетката, отколкото вътре в клетката, тогава химичен градиент на натриев йон ще тече през клетъчната мембрана. Поради произволното движение на йони и сблъсъците между тях, има тенденция натриевите йони да се движат от по-високи концентрации към по-ниски концентрации, докато се установи баланс, т.е. докато има равен брой натриеви йони от двете страни на мембрана. Това се случва пасивно, в резултат на дифузия. Движенията се задвижват от кинетичната енергия на йоните, а не от енергията, получена от външен източник, като молекула на АТФ.

На топло и тропически морета, в калните реки на Африка и Южна Америка живеят няколко десетки вида риби, способни от време на време или постоянно да излъчват електрически разряди с различна сила. Тези риби не само използват електрическия си ток за защита и атака, но също така сигнализират взаимно и откриват препятствията предварително (електролокация). Електрическите органи се намират само в рибите. Тези органи все още не са открити при други животни.

Електрическите риби съществуват на Земята от милиони години. Техните останки са открити в много древни слоеве на земната кора - в силурски и девонски отлагания. На древногръцки вази има изображения на електрическо торпедо на морски скат. В писанията на древногръцки и римски писатели натуралисти има много препратки към прекрасната, неразбираема сила, с която е надарено торпедото. лекари древен РимТе държаха тези скатове в големите си аквариуми. Те се опитаха да използват торпеда за лечение на болести: пациентите бяха принудени да докоснат скат и пациентите сякаш се възстановиха от електрически удари. Дори и днес по средиземноморското крайбрежие и атлантическото крайбрежие на Иберийския полуостров възрастни хора понякога се скитат боси в плитки води, надявайки се да бъдат излекувани от ревматизъм или подагра чрез електричеството на торпедо.

Табло с електрическа рампа.

Очертанията на тялото на торпедото приличат на китара с дължина от 30 см до 1,5 м и дори до 2 м. Кожата му придобива цвят, подобен на среда(виж статията „Оцветяване и имитация при животни“). Различни видовеТорпедата живеят в крайбрежните води на Средиземно море и Червено море, Индийския и Тихия океан, край бреговете на Англия. В някои заливи на Португалия и Италия торпедата буквално гъмжат по пясъчното дъно.

Електрическите разряди на торпедото са много силни. Ако този скат попадне в риболовна мрежа, течението му може да премине през мокрите нишки на мрежата и да удари рибаря. Електрическите разряди предпазват торпедото от хищници - акули и октоподи - и му помагат да ловува малки риби, които тези разряди парализират или дори убиват. Електричеството в арматурното табло се генерира в специални органи, уникални “ електрически батерии" Те са разположени между главата и гръдните перки и се състоят от стотици шестоъгълни колони от желатинообразно вещество. Колоните са разделени една от друга с плътни прегради, към които се приближават нервите. Върховете и основите на колоните са в контакт с кожата на гърба и корема. Нервите, които се свързват с електрическите органи, имат около половин милион окончания вътре в „батериите“.

Дископийният лъч е оцелиран.

За няколко десетки секунди торпедото издава стотици и хиляди кратки изпускания, протичащи от корема към гърба. U напрежение различни видовескатовете варират от 80 до 300 V със сила на тока 7-8 A. В нашите морета живеят няколко вида бодливи скатове, сред които черноморският скат - морската лисица. Ефектът на електрическите органи на тези скатове е много по-слаб от този на торпедото. Може да се предположи, че електрическите органи служат за комуникация помежду си, подобно на „безжичен телеграф“.

В източната част на тихоокеанските тропически води живее оцелираният дискописен лъч. Заема нещо като междинно положение между торпедо и бодливи склонове. Скатът се храни с малки ракообразни и лесно ги получава, без да използва електрически ток. Неговите електрически разряди не могат да убият никого и вероятно служат само за отблъскване на хищници.

Скат морска лисица.

Не само скатовете имат електрически органи. Тялото на африканския речен сом Malapterurus е обвито като кожено палто в желатинов слой, в който се образува електрически ток. Електрическите органи представляват около една четвърт от теглото на целия сом. Неговото разрядно напрежение достига 360 V, опасно е дори за хората и, разбира се, фатално за рибите.

Учените са установили, че африканската сладководна риба Gymnarhus непрекъснато излъчва слаби, но чести електрически сигнали през целия си живот. С тях гимнархусът сякаш сондира пространството около себе си. Плува уверено в мътна вода сред водорасли и камъни, без да докосва никакви препятствия с тялото си. Същата способност е надарена с африканската риба mormyrus и роднините на електрическата змиорка - южноамериканската гимнастичка.

астролог.

В Индийския, Тихия и Атлантическия океан, в Средиземно и Черно море живеят малки рибки с дължина до 25 см, рядко до 30 см - звездогледи. Обикновено лежат на крайбрежното дъно, дебнейки плячка, която плува отгоре. Следователно очите им са разположени от горната страна на главата и гледат нагоре. Оттук идва и името на тези риби. Някои видове звездобройци имат електрически органи, които се намират на темето на главите им и вероятно служат за сигнализиране, въпреки че ефектът им е забележим и за рибарите. Въпреки това рибарите лесно улавят много звездобройци.

Електрическата змиорка живее в тропическите южноамерикански реки. Това е сиво-синя змиевидна риба до 3 бр м.Главата и торако-коремната част заемат само 1/5 от тялото му. По дължината на останалите 4/5 от тялото от двете страни са разположени сложни електрически органи. Те се състоят от 6-7 хиляди пластини, разделени една от друга с тънка обвивка и изолирани от обвивка от желатиново вещество.

Плочите образуват вид батерия, чийто разряд е насочен от опашката към главата. Генерираното от змиорката напрежение е достатъчно, за да убие риба или жаба във водата. Хората, които плуват в реката, също страдат от змиорки: електрическият орган на змиорката развива напрежение от няколкостотин волта.

Змиорката произвежда особено високо напрежение, когато се извива, така че плячката да е между опашката и главата й: създава се затворен електрически пръстен. Електрическият разряд на змиорката привлича други змиорки наблизо.

Този имот може да се използва. Чрез изхвърляне на всеки източник на електричество във водата е възможно да привлечете цяло стадо змиорки; просто трябва да изберете подходящото напрежение и честота на разрядите. Месото от електрическа змиорка се яде в Южна Америка. Но хващането му е опасно. Един от методите за риболов е предназначен да гарантира, че змиорка, която е разредила батерията си, става безопасна за дълго време. Затова рибарите правят това: карат стадо крави в реката, змиорките ги нападат и изразходват запасите от електричество. След като изгониха кравите от реката, рибарите удариха змиорките с копия.

Смята се, че 10 хиляди змиорки могат да осигурят енергия за движение на електрически влак в рамките на няколко минути. Но след това влакът трябваше да престои няколко дни, докато змиорките възстановят захранването си с електрическа енергия.

Изследванията на съветски учени показват, че много от обикновените, така наречените неелектрически риби, които нямат специални електрически органи, все още са способни да създават слаби електрически разряди във водата в състояние на възбуда.

Тези разряди образуват характерни биоелектрични полета около тялото на рибата. Установено е, че рибите като речен костур, щука, рибар, лоуч, каракуда, червеноперка, горбав и др. имат слаби електрически полета.