От всички гръбначни животни само рибите са в състояние да генерират достатъчно електрическа енергия, за да парализират или дори да убият човек. Електрическите органи служат на рибите за защита, ориентация, лов и евентуално комуникация. Около двеста и петдесет вида риби са способни да генерират електрическа енергия; заряд от такава сила, който може да служи като оръжие срещу човек, се натрупва само от електрически змиорки ( Electrophorus electricus), открити в Южна Америка и електрически лъчи, принадлежащи към семейството Torpedinidae.

Как животните генерират такива мощни импулси на електрическа енергия остава загадка за учените, но естеството на животинското електричество е разбираемо. Електрическата енергия възниква в тялото на всяко животно - включително хората. Електрическите импулси преминават по нервните влакна и изпращат сигнали до мозъчните клетки и други клетки за различни явления. Дори четенето на тези страници, четец, генерира електрически сигнали; но електрическите змиорки и някои лъчи имат толкова много енергия, че се използват като оръжие срещу други риби и животни. Нека разгледаме как се формира.

Човечеството научи, че животинските тъкани генерират електричество през 1791 г., когато Луиджи Галвани, професор по анатомия в университета в Болоня, открива, че нервните и мускулните тъкани на жабешкия крак реагират на електрически ток. С течение на времето учените са установили, че импулсите, които изпращат сигнали през човешката нервна система, са от електрохимичен характер. 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 бездействие на клетката, нейната мембрана има отрицателен потенциал, тъй като отрицателно заредени йони се натрупват от вътрешността на клетката; обаче извън клетката има както положителни, така и отрицателни йони, а сред тях има натриеви йони, които носят положителен заряд. Когато нервната клетка изпрати сигнал, нейната мембрана променя полярността и натриевите йони проникват през нея в клетката, променяйки потенциала си на положителен. След като дойде в нормалното си състояние, клетката се отървава от натриевите йони посредством механизъм, чиято "структура" е неизвестна; учените го наричат \u200b\u200b"натриева помпа", защото изглежда, че изпомпва натриевите йони от клетката.

Когато клетката предава сигнал, "помпата" спира да работи. Натриевите и калиевите йони се привличат един към друг, обменят заряди и неутрализират електрическия потенциал на клетката. Малки разряди се движат нагоре по нервно влакно от клетката, генерирайки електрическо поле в околната тъкан и течност. Сигнал или нервен импулс се движи по нервно влакно, докато достигне точка, където се разклонява в процеси, наречени нервни окончания. Краищата проникват в пространството, което разделя една нервна клетка от друга. Това пространство между две съседни клетки на нервната тъкан се нарича синапс.

В даден момент нервен импулс, който отива към мускула, достига синапса, на противоположната страна на който е клетката на мускулните влакна. Тази точка, наречена нервно-мускулна връзка, играе решаваща роля за генерирането на електричество в рибите. Когато възникне нервен импулс в нервно-мускулната връзка около нервните окончания, се освобождава химикал, наречен ацетилхолин. Докато изтича от нервна клетка към мускул, ацетилхолинът предава импулс на мускулното влакно, деполяризирайки го и по този начин предизвиква електрически разряд. Също така се предполага, че друга функция на ацетилхолина е да спре действието на „натриевата помпа“ в клетката, която позволява на йони да проникнат в клетъчната мембрана.

Обикновено електрическият сигнал кара мускула да се свива, което се проявява в различни движения на тялото на животното. Някои мускули при рибите обаче са загубили способността да се свиват. Нервните окончания, които отиват към тези мускули, лежат много плътно в областта на нервно-мускулните връзки и влакната на мускулните клетки растат толкова много, че образуват нещо като жив електрод.

Електрическите органи на рибите като електрическата змиорка и електрическите лъчи са съставени от няколко от тези „електроди“. Когато всички те се разредят, се генерира електрически ток с висока мощност. Разрядът се контролира от сноп нерви, който при електрическа змиорка излиза от гръбначния мозък, а при електрически лъч - от мозъка.

Електрическите скатове, живеещи както в умерения, така и в тропическия пояс, са способни да създават напрежение до 50 волта и по-високо на своите "електроди"; това е достатъчно за убиване на риби и ракообразни, с които се хранят скатовете. Електрически лъч е като гъвкава палачинка с дълга и дебела опашка. Докато ловува, скатът се втурва към жертвата с цялото си тяло и го „обхваща“ с „крилете“, в краищата на които има електрически органи. Прегръдката се затваря, „електродите“ се разреждат - и скатът убива жертвата си с токов удар.

Най-големият от електрическите лъчи е Torpedo nоbiliana, обитател на водите на Северния Атлантик; на дължина достига 1,8 метра, тежи около 100 килограма и е в състояние да създаде потенциална разлика от 200 волта - това е достатъчно, за да убие всяко животно във водата наблизо. Специалната ефективност на електрически разряд във вода се дължи на факта, че водата е добър проводник на електрически ток.

Електрическият лъч се споменава в много легенди, дошли до нас от незапомнени времена; тълкуватели на сънища вярвали, че той предвещава неизбежно нещастие. Гърците и римляните знаеха, че скатът притежава източник на някаква странна енергия и тъй като тогава електричеството не беше известно, те вярваха, че източникът му е някакво неизвестно вещество. Имаше и друго поверие - сякаш скат, уловен на бронзова кука, убива рибаря, който е хвърлил снастта, а смъртта идва от съсирването на кръвта.

В старите дни скатовете са били използвани за лечение на шок. Лекарите поставяха малки лъчи върху главите на пациенти, страдащи от главоболие и други заболявания; Смята се, че скатът има лечебни свойства.

Електрическа змиорка, която генерира 650-волтов разряд на ток - няколко пъти по-голямо от напрежението, което дори най-големият скат може да създаде - може да убие човек във водата наблизо. Електрическата змиорка няма много общо с другите змиорки; тя е свързана с рибата нож и живее в реки. Електрическата змиорка е дълга 2,7 метра и дебела около 10 сантиметра. Четири пети от тялото му е заето от три електрически органа и само една пета от дължината му пада върху други органи, които изпълняват такива важни жизненоважни функции като дишане, храносмилане, размножаване и други.

Водите, в които живее електрическата змиорка, са бедни на кислород, но това не пречи на змиорката: тя се е научила да диша и атмосферен кислород. Многобройните кръвоносни съдове в устата му са способни да асимилират кислород и змиорката улавя въздух, издигащ се на повърхността на водата.

Младите електрически змиорки виждат добре, но зрението им рязко се влошава с възрастта. Това не притеснява особено змиорката, тъй като в тъмната, мътна вода, където обикновено живее, все още няма много смисъл от очите. Същите електрически органи помагат да се търси плячка за змиорка: тя излъчва относително слаби електрически импулси, чието напрежение не надвишава 40 - 50 волта; тези разряди с ниско напрежение му помагат да намери малък морски живот, с който се храни змиорката. В допълнение, електрическите змиорки вероятно са в състояние да възприемат взаимно електрическите разряди - във всеки случай, когато една от тях парализира жертвата с токов удар, други змиорки бързат да плячка.

Електрическите змиорки се адаптират добре към живота в плен и често се наблюдават в аквариуми; Обикновено аквариумът е оборудван с някакъв вид 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, тъй като при миризмата на плячка змиорката започва да генерира електрически разряди във водата. Аквариумът може да бъде оборудван и с усилватели на звука и тогава посетителите ще чуят статичните шумове, придружаващи електрическите разряди, генерирани от змиорката.

Работата с електрическа змиорка е доста опасен бизнес. В лондонския зоопарк веднъж змиорката е причинила токов удар на придружителя, който я е хранел. Друга змиорка започна да генерира електрически разряди, когато беше носена в метална кутия и министърът трябваше да хвърли кутията на земята. Но само при директен контакт ударът на змиорката е фатален; обаче плувец във водата в близост до мястото на изпускане може да се удави в шок.

Способността на змиорките да генерират огромни количества електричество привлича вниманието на биолози и лекари повече от век. По време на Втората световна война военните, включително американските, също се интересуват от нея: две години след влизането на САЩ във войната двеста електрически змиорки, уловени в Южна Америка, са доставени в Ню Йорк. В зоопарка в Бронкс за тях бяха уредени двадесет и два дървени басейна. Акнето се използва в експерименти за изследване на действието на нервните газове, които блокират предаването на нервните импулси и по този начин могат да спрат работата на сърцето, белите дробове и други жизненоважни органи. Същността на действието на газовете е, че те предотвратяват разграждането на ацетилхолин, след като той спира "натриевата помпа" на нервната клетка. Обикновено в организма ацетилхолинът се разгражда веднага след като изпълни функцията си; процесът на разграждане се контролира от ензим, наречен холинестераза. Нервните газове пречат на действието на този ензим.

Електрическите органи на змиорката съдържат голямо количество холинестераза, която също е силно активна; Ето защо военните специалисти се нуждаеха от електрическите змиорки, донесени в зоопарка в Бронкс: те служеха като източник на ензима, необходим за изследване на нервните ефекти на отровните газове. Повечето от работниците в зоопарка едва след войната научиха защо толкова много електрически змиорки се държат в мазетата на заграждението на лъва.

Рибите съставляват малцинство от световния океан; много по-голяма част от обитателите му са безгръбначни и именно сред тях има най-малките и най-безвредни водни животни и най-големите и опасни.

Приключенските филми и романи, разположени в моретата на южното полукълбо, често се отличават с гигантска мида Tridacna gigasизобразен като вид жив капан, капан, който чака 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 човешка смърт от сблъсък с Tridacna gigasВъпреки това, дори такива авторитетни източници като списанието „Science of the Sea“, публикувано от американския флот, предупреждават читателя за опасността, която тази мида представлява за гмуркача. Въпреки това е малко вероятно мекотело, което случайно затвори клапаните си около човешки крак, да го задържи; по-скоро ще се опита да се отърве от неудобната плячка.

От всички гръбначни животни само рибите са в състояние да генерират достатъчно електрическа енергия, за да парализират или дори да убият човек. Електрическите органи служат на рибите за защита, ориентация, лов и евентуално комуникация. Около двеста и петдесет вида риби са способни да генерират електрическа енергия; заряд от такава сила, който може да служи като оръжие срещу човек, се натрупва само от електрически змиорки ( Electrophorus electricus), открити в Южна Америка, и електрически лъчи, принадлежащи към семейството Torpedinidae.

Как животните генерират такива мощни импулси на електрическа енергия остава загадка за учените, но естеството на животинското електричество е разбираемо. Електрическата енергия възниква в тялото на всяко животно - включително хората. Електрическите импулси преминават по нервните влакна и изпращат сигнали до мозъчните клетки и други клетки за различни явления. Дори четенето на тези страници, четец, генерира електрически сигнали; но електрическите змиорки и някои лъчи имат толкова много енергия, че се използват като оръжие срещу други риби и животни. Нека разгледаме как се формира.

Човечеството научи, че животинските тъкани генерират електричество през 1791 г., когато Луиджи Галвани, професор по анатомия в университета в Болоня, открива, че нервните и мускулните тъкани на жабешкия крак реагират на електрически ток. С течение на времето учените са установили, че импулсите, които изпращат сигнали през човешката нервна система, са от електрохимичен характер. 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 бездействие на клетката, нейната мембрана има отрицателен потенциал, тъй като отрицателно заредени йони се натрупват от вътрешността на клетката; обаче извън клетката има както положителни, така и отрицателни йони, а сред тях има натриеви йони, които носят положителен заряд. Когато нервната клетка изпрати сигнал, нейната мембрана променя полярността и натриевите йони проникват през нея в клетката, променяйки потенциала си на положителен.

След като дойде в нормалното си състояние, клетката се отървава от натриевите йони посредством механизъм, чиято "структура" е неизвестна; учените го наричат \u200b\u200b"натриева помпа", защото изглежда, че изпомпва натриевите йони от клетката.

Когато клетката предава сигнал, "помпата" спира да работи. Натриевите и калиевите йони се привличат един към друг, обменят заряди и неутрализират електрическия потенциал на клетката. Малки разряди се движат нагоре по нервно влакно от клетката, генерирайки електрическо поле в околната тъкан и течност. Сигнал или нервен импулс се движи по нервно влакно, докато достигне точка, където се разклонява в процеси, наречени нервни окончания. Краищата проникват в пространството, което разделя 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 сладководни тела. Сред животните на нашата планета най-мощният електрически разряд се създава от електрическата змиорка (снимка отгоре); с изхвърлянето си той е в състояние да парализира коня. Електрически лъч (снимка отдолу), "прегръщащ" плячката си с перки, също я парализира с електрически разряд

В даден момент нервен импулс, който отива към мускула, достига синапса, на противоположната страна на който е клетката на мускулните влакна. Тази точка, наречена нервно-мускулна връзка, играе решаваща роля за генерирането на електричество в рибите. Когато възникне нервен импулс в нервно-мускулната връзка около нервните окончания, се освобождава химикал, наречен ацетилхолин. Докато изтича от нервна клетка към мускул, ацетилхолинът предава импулс на мускулното влакно, деполяризирайки го и по този начин предизвиква електрически разряд. Също така се предполага, че друга функция на ацетилхолина е да спре действието на „натриевата помпа“ в клетката, която позволява на йони да проникнат в клетъчната мембрана.

Обикновено електрическият сигнал кара мускула да се свива, което се проявява в различни движения на тялото на животното. Някои мускули при рибите обаче са загубили способността да се свиват. Нервните окончания, които отиват към тези мускули, лежат много плътно в областта на нервно-мускулните връзки и влакната на мускулните клетки растат толкова много, че образуват нещо като жив електрод.

Електрическите органи на рибите като електрическата змиорка и електрическите лъчи са съставени от няколко от тези „електроди“. Когато всички те се разредят, се генерира електрически ток с висока мощност. Разрядът се контролира от сноп нерви, който при електрическа змиорка излиза от гръбначния мозък, а при електрически лъч - от мозъка.

Електрическите скатове, живеещи както в умерения, така и в тропическия пояс, са способни да създават напрежение до 50 волта и по-високо на своите "електроди"; това е достатъчно за убиване на риби и ракообразни, с които се хранят скатовете. Електрически лъч е като гъвкава палачинка с дълга и дебела опашка. Докато ловува, скатът се втурва към жертвата с цялото си тяло и го „обхваща“ с „крилете“, в краищата на които има електрически органи. Прегръдката се затваря, „електродите“ се разреждат - и скатът убива жертвата си с токов удар.

Най-големият от електрическите лъчи е Torpedo nobiliana, обитател на водите на Северния Атлантик; на дължина достига 1,8 метра, тежи около 100 килограма и е в състояние да създаде потенциална разлика от 200 волта - това е достатъчно, за да убие всяко животно във водата наблизо. Специалната ефективност на електрически разряд във вода се дължи на факта, че водата е добър проводник на електрически ток.

Електрическият лъч се споменава в много легенди, дошли до нас от незапомнени времена; тълкуватели на сънища вярвали, че той предвещава неизбежно нещастие. Гърците и римляните знаеха, че скатът притежава източник на някаква странна енергия и тъй като тогава електричеството не беше известно, те вярваха, че източникът му е някакво неизвестно вещество. Имаше и друго поверие - сякаш скат, уловен на бронзова кука, убива рибаря, който е хвърлил снастта, а смъртта идва от съсирването на кръвта.

В старите дни скатовете са били използвани за лечение на шок. Лекарите поставяха малки лъчи върху главите на пациенти, страдащи от главоболие и други заболявания; Смята се, че скатът има лечебни свойства.

Електрическа змиорка, която генерира 650-волтов разряд на ток - няколко пъти по-голямо от напрежението, което дори най-големият скат може да създаде - може да убие човек във водата наблизо. Електрическата змиорка няма много общо с другите змиорки; тя е свързана с рибата нож и живее в реки. Електрическата змиорка е дълга 2,7 метра и дебела около 10 сантиметра. Четири пети от тялото му е заето от три електрически органа и само една пета от дължината му пада върху други органи, които изпълняват такива важни жизненоважни функции като дишане, храносмилане, размножаване и други.

Водите, в които живее електрическата змиорка, са бедни на кислород, но това не пречи на змиорката: тя се е научила да диша и атмосферен кислород. Многобройните кръвоносни съдове в устата му са способни да асимилират кислород и змиорката улавя въздух, издигащ се на повърхността на водата.

Младите електрически змиорки виждат добре, но зрението им рязко се влошава с възрастта. Това не притеснява особено змиорката, тъй като в тъмната, мътна вода, където обикновено живее, все още няма много смисъл от очите. Същите електрически органи помагат да се търси плячка за змиорка: тя излъчва относително слаби електрически импулси, чието напрежение не надвишава 40 - 50 волта; тези разряди с ниско напрежение му помагат да намери малък морски живот, с който се храни змиорката. В допълнение, електрическите змиорки вероятно са в състояние да възприемат взаимно електрическите разряди - във всеки случай, когато една от тях парализира жертвата с токов удар, други змиорки бързат да плячка.

Електрическите змиорки се адаптират добре към живота в плен и често се наблюдават в аквариуми; Обикновено аквариумът е оборудван с някакъв вид 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, тъй като при миризмата на плячка змиорката започва да генерира електрически разряди във водата. Аквариумът може да бъде оборудван и с усилватели на звука и тогава посетителите ще чуят статичните шумове, придружаващи електрическите разряди, генерирани от змиорката.

Работата с електрическа змиорка е доста опасен бизнес. В лондонския зоопарк веднъж змиорката е причинила токов удар на придружителя, който я е хранел. Друга змиорка започна да генерира електрически разряди, когато беше носена в метална кутия и министърът трябваше да хвърли кутията на земята. Но само при директен контакт ударът на змиорката е фатален; обаче плувец във водата в близост до мястото на изпускане може да се удави в шок.

Способността на змиорките да генерират огромни количества електричество привлича вниманието на биолози и лекари повече от век. По време на Втората световна война се заинтересувах от военните, включително американските: две години след влизането на САЩ във войната, двеста електрически змиорки, уловени в Южна Америка, бяха докарани в Ню Йорк. В зоопарка в Бронкс за тях бяха уредени двадесет и два дървени басейна. Змиорките са били използвани в експерименти за изследване на действието на нервните газове, които блокират предаването на нервните импулси и по този начин могат да спрат работата на сърцето, белите дробове и други жизненоважни органи. Същността на действието на газовете е, че те предотвратяват разграждането на ацетилхолин, след като той спира "натриевата помпа" на нервната клетка. Обикновено в организма ацетилхолинът се разгражда веднага след като изпълни функцията си; процесът на разграждане се контролира от ензим, наречен холинестераза. Нервните газове просто пречат на действието на този ензим.

Електрическите органи на змиорката съдържат голямо количество холинестераза, която също е силно активна; Ето защо военните специалисти се нуждаеха от електрическите змиорки, донесени в зоопарка в Бронкс: те служеха като източник на ензима, необходим за изследване на нервните ефекти на отровните газове. Повечето от работниците в зоопарка едва след войната научиха защо толкова много електрически змиорки се държат в мазетата на заграждението на лъва.

Рибите съставляват малцинство от световния океан; много по-голяма част от обитателите му са безгръбначни и именно сред тях има най-малките и най-безвредни водни животни и най-големите и опасни.

Приключенските филми и романи, разположени в моретата на южното полукълбо, често се отличават с гигантска мида Tridacna gigasизобразен като вид жив капан, капан, който чака 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 човешка смърт от сблъсък с Tridacna gigasДори такива авторитетни източници като списанието „Science of the Sea“, публикувано от американския флот, предупреждават читателя за опасността, която тази мида представлява за гмуркача. Въпреки това е малко вероятно мекотело, което случайно затвори клапаните си около човешки крак, да го задържи; по-скоро ще се опита да се отърве от неудобната плячка.

Доминик Стейтъм

Снимка © depositphotos.com / Yourth2007

Призовават се Риби, способни да откриват електрически полета електрорецептив, и тези, способни да генерират мощно електрическо поле, като електрическа змиорка, се наричат електрогенен.

Как електрическата змиорка генерира толкова високо електрическо напрежение?

Електрическите риби не са единствените, способни да произвеждат електричество. Всъщност всички живи организми правят това в една или друга степен. Мускулите в тялото ни например се контролират от мозъка с помощта на електрически сигнали. Електроните, произведени от бактерии, могат да се използват за генериране на електричество в горивните клетки, наречени електроцити. (вижте таблицата по-долу). Въпреки че всяка клетка носи незначителен заряд, поради факта, че хиляди такива клетки са сглобени последователно, като батерии във фенерче, могат да се генерират напрежения до 650 волта (V). Ако подредите тези редове успоредно, можете да получите електрически ток от 1 ампер (A), което дава токов удар от 650 вата (W; 1 W \u003d 1 V × 1 A).

Как змиорката успява да не се шокира с токов удар?

Снимка: CC-BY-SA Steven Walling чрез Wikipedia

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

На второ място, змиорките са способни да причинят най-мощните токови удари по време на чифтосването, без да навредят на партньора. Удрянето на друга змиорка със същата сила извън чифтосването обаче може да я убие. Това предполага, че акнето има някаква защитна система, която може да се включва и изключва.

Възможно ли е да еволюира електрическата змиорка?

Много е трудно да си представим как това може да се случи в хода на незначителни промени, както се изисква от процеса, предложен от Дарвин. В случай, че ударната вълна беше важна от самото начало, вместо да зашеметява, тя би предупредила жертвата за опасност. Освен това, в хода на еволюцията, за да се развие способността да зашеметява жертва, електрическата змиорка ще трябва по същото време разработване на система за самозащита. Всеки път, когато имаше мутация, която увеличава силата на електрическия удар, трябва да се появи друга мутация, която би подобрила електрическата изолация на змиорката. Изглежда малко вероятно една мутация да е достатъчна. Например, за да се придвижат 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 зашеметяват плячката си, има много видове, които използват електричество с ниско напрежение за навигация и комуникация. Електрическите змиорки принадлежат към група южноамерикански риби, известни като "опашки на ножове" (семейство Mormyridae), които също използват електролокация и се смята, че са развили тази способност заедно със своите южноамерикански колеги. Освен това еволюционистите са принудени да твърдят, че електрическите органи в рибите еволюирал независимо осем пъти... Като се има предвид сложността на тяхната структура, поразително е, че тези системи са могли да се развият в хода на еволюцията поне веднъж, да не говорим за осем.

Ножните колела от Южна Америка и химерата от Африка използват своите електрически органи за местоположение и комуникация и използват редица различни видове електрорецептори. И в двете групи има видове, които произвеждат електрически полета с различни сложни форми на вълната. Два вида ножове, Brachyhypopomus benetti и Brachyhypopomus walteri толкова сходни помежду си, че биха могли да бъдат причислени към един и същи тип, но първият от тях произвежда постоянен ток на напрежение, а вторият - променлив ток на напрежение. Еволюционната история става още по-забележителна, когато ровите още по-дълбоко. За да не могат техните електролокационни устройства да си пречат помежду си и да не пречат, някои видове използват специална система, с която всяка от рибите променя честотата на електрическия разряд. Забележително е, че тази система работи по почти същия начин (използва се същият изчислителен алгоритъм) като тази на стъклен нож от Южна Америка ( Eigenmannia) и африканска риба аба аба ( Гимнарх). Възможно ли е такава система за премахване на смущения да се е развила независимо в хода на еволюцията в две отделни групи риби, живеещи на различни континенти?

Шедьовър на Божието творение

Силовият агрегат на електрическата змиорка затъмнява всички човешки творения със своята компактност, гъвкавост, мобилност, екологична безопасност и способност за самовъзстановяване. Всички части на този апарат са перфектно интегрирани в полираното тяло, което дава на змиорката способността да плува с голяма скорост и пъргавина. Всички детайли на неговата структура - от малки клетки, които генерират електричество до най-сложния изчислителен комплекс, който анализира изкривяванията на електрическите полета, произведени от змиорките - показват дизайна на великия Създател.

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

Електрическите риби генерират електричество точно както правят нервите и мускулите в тялото ни. Вътре в електроцитните клетки има специални ензимни протеини, наречени Na-K AT фаза изпомпвайте натриевите йони през клетъчната мембрана и изсмуквайте калиевите йони. („Na“ е химичният символ за натрий, а „K“ е химическият символ за калий. “„ ATP “е аденозин трифосфат, енергийна молекула, използвана за работа на помпата). Дисбалансът между калиевите йони вътре и извън клетката създава химичен градиент, който изтласква калиевите йони отново от клетката. По същия начин дисбалансът между натриевите йони създава химичен градиент, който изтегля 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 калиевите йони с положителен заряд се натрупват извън клетката, около клетъчната мембрана се натрупва електрически градиент, като външната страна на клетката има по-положителен заряд от вътрешната. Помпи Na-K ATPase (натриева калиева аденозин трифосфатаза) са конструирани по такъв начин, че да изберат само един положително зареден йон, в противен случай отрицателно заредени йони също биха преминали, неутрализирайки заряда.

По-голямата част от тялото на електрическата змиорка се състои от електрически органи. Основният орган и орган на Хънтър е отговорен за генерирането и съхраняването на електрически заряд. Органът на Сакс генерира електрическо поле с ниско напрежение, което се използва за електролокация.

Химичният градиент действа, за да изтласка калиевите йони навън и електрическият градиент ги изтегля обратно. В момента на баланса, когато химическите и електрическите сили се отменят, ще има около 70 миливолта по-положителен заряд извън клетката, отколкото вътре. По този начин вътре в клетката има отрицателен заряд от -70 миливолта.

Въпреки това, повече протеини, вградени в клетъчната мембрана, осигуряват канали за натриеви йони - това са порите, които позволяват на натриевите йони отново да влязат в клетката. Обикновено тези пори са затворени, но когато електрическите органи се активират, порите се отварят и натриевите йони с положителен заряд отново навлизат в клетката под въздействието на градиента на химичния потенциал. В този случай балансът се постига, когато вътре в клетката се събере положителен заряд до 60 миливолта. Има общо изменение на напрежението от -70 на +60 миливолта и това е 130 mV или 0,13 V. Това разреждане се случва много бързо, за около една милисекунда. И тъй като около 5000 електроцита се събират в серия от клетки, благодарение на синхронното разреждане на всички клетки, могат да се генерират до 650 волта (5000 × 0,13 V \u003d 650).

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

Терминологичен речник

Атом или молекула, която носи електрически заряд поради неравен брой електрони и протони. Йонът ще има отрицателен заряд, ако съдържа повече електрони, отколкото протони, и положителен заряд, ако съдържа повече протони от електрони. Калиевите (K +) и натриевите (Na +) йони имат положителен заряд.

Градиент

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

Електрически градиент

Градиентът на промяна в величината на електрическия заряд. Например, ако има повече положително заредени йони извън клетката, отколкото вътре в клетката, електрически градиент ще тече през клетъчната мембрана. Поради факта, че едни и същи заряди се отблъскват един от друг, йоните ще се движат по такъв начин, че да балансират заряда вътре и извън клетката. Движението на йони поради електрическия градиент се случва пасивно, под въздействието на електрическа потенциална енергия, а не активно, под въздействието на енергия, идваща от външен източник, например от молекула АТФ.

Химичен градиент

Химичен градиент на концентрация. Например, ако има повече натриеви йони извън клетката, отколкото вътре в клетката, тогава химическият градиент на натриевите йони ще премине през клетъчната мембрана. Поради произволното движение на йони и сблъсъци между тях, има тенденция натриевите йони да преминават от по-високи концентрации към по-ниски концентрации, докато се установи баланс, т.е. докато има еднакъв 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 енергия, получена от външен източник като молекула АТФ.

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

Електрическите риби са на Земята от милиони години. Останките им са открити в много древни слоеве на земната кора - в силурските и девонските находища. На древногръцките вази има изображения на електрически торпеден скат. В трудовете на древногръцки и римски писатели натуралисти има много препратки към прекрасната, непонятна сила, с която е надарено торпедото. Лекарите от древен Рим държали тези скатове в големите си аквариуми. Те се опитаха да използват торпедото за лечение на заболявания: пациентите бяха принудени да докоснат рампата и пациентите сякаш се възстановяваха от токовите удари. Дори в наше време, по средиземноморския бряг и атлантическия бряг на Иберийския полуостров, възрастните хора понякога се скитат боси в плитки води, надявайки се да бъдат излекувани от ревматизъм или подагра с торпедно електричество.

Електрическа торпедна рампа.

Очертанията на тялото на торпедото наподобяват китара с дължина от 30 см до 1,5 м и дори до 2 м. Кожата му придобива цвят, подобен на околната среда (виж статията "Оцветяване и имитация при животни"). Различни видове торпеда живеят в крайбрежните води на Средиземно и Червено море, Индийския и Тихия океан и край бреговете на Англия. В някои заливи в Португалия и Италия торпедите буквално се роят на пясъчното дъно.

Електрическите разряди на торпедото са много силни. Ако този лъч попадне в риболовната мрежа, токът му може да премине през влажните нишки на мрежата и да удари рибаря. Електрическите разряди предпазват торпедото от хищници - акули и октоподи - и му помагат да лови малки риби, които тези изхвърляния парализират или дори убиват. Електричеството на торпедото се генерира в специални органи, един вид "електрически батерии". Те са разположени между главата и гръдните перки и са съставени от стотици шестоъгълни колони от желатиново вещество. Колоните са разделени една от друга с плътни прегради, към които прилепват нервите. Върховете и основите на стълбовете са в контакт с кожата на гърба и корема. Нервите, които отиват към електрическите органи, имат около половин милион окончания вътре в „батериите“.

Скинтът на дископиджа е оцелен.

За няколко десетки секунди торпедото излъчва стотици и хиляди кратки изхвърляния, преминаващи от корема към гърба. Напрежението на тока в различните видове лъчи варира от 80 до 300 V при сила на тока 7-8 А. В нашите морета има няколко вида бодливи райски лъчи, сред които черноморският скат - морската лисица . Действието на електрическите органи в тези лъчи е много по-слабо от това на торпедата. Може да се приеме, че електрическите органи служат като рай за комуникация помежду си, като „безжичен телеграф“.

В източната част на тропическите води на Тихия океан живее скатовидният скат. Той заема като че ли междинно положение между торпедата и трънливите склонове. Скатът се храни с малки ракообразни и лесно ги приема, без да използва електрически ток. Електрическите му разряди не могат да убият никого и вероятно служат само за предпазване от хищници.

Скат морска лисица.

Скатите не са единствените с електрически органи. Тялото на африканския речен сом Malapterurus е обвито, подобно на кожух, с желатинов слой, в който се генерира електрически ток. Електрическите органи представляват около една четвърт от теглото на целия сом. Разрядното му напрежение достига 360 V, опасно е дори за хората и, разбира се, фатално за рибите.

Учените са установили, че африканската сладководна риба, гимнархът, непрекъснато излъчва слаби, но чести електрически сигнали през целия си живот. С тях гимнархът сякаш изследва пространството около себе си. Той уверено плува в кална вода сред водорасли и камъни, без да докосва тялото за препятствия. Африканският рибен мормирус и роднините на електрическата змиорка, южноамериканските химни, са надарени със същата способност.

Астролог.

В Индийския, Тихия и Атлантическия океан, в Средиземно и Черно море живеят малки риби с дължина до 25 см, рядко дължина до 30 см, - звездоносци. Обикновено те лежат на крайбрежното дъно и наблюдават за плячка, която плува отгоре. Следователно очите им са разположени в горната част на главата и гледат нагоре. Оттук и името на тези риби. Някои видове звездотърсачи имат електрически органи, които са разположени на короната им и вероятно служат за сигнализиране, въпреки че тяхното действие е забележимо и за рибарите. Независимо от това, рибарите лесно хващат много звездоносци.

Електрическата змиорка живее в южноамериканските тропически реки. Това е сиво-синя змиеподобна риба до 3 м.Делът на главата и коремната част представлява само 1/5 от тялото му. По останалите 4/5 от тялото от двете страни са разположени сложни електрически органи. Те се състоят от 6-7 хиляди плочи, отделени една от друга с тънка обвивка и изолирани от подложка от желатиново вещество.

Плочите образуват вид батерия, чието разреждане е насочено от опашката към главата. Напрежението, генерирано от змиорката, е достатъчно, за да убие риба или жаба във водата. Змиорките и хората, които се къпят в реката, са силно засегнати: електрическият орган на змиорката развива напрежение от няколкостотин волта.

Змиорката създава особено силно напрежение, когато се извива така, че жертвата да е между опашката и главата: получава се затворен електрически пръстен. Електрическият разряд на змиорката привлича други близки змиорки.

Това свойство може да се използва. Чрез изхвърляне на всеки източник на електричество във водата е възможно да се привлекат цялото стадо змиорки, необходимо е само да се избере подходящото напрежение и честота на разрядите. Месо от електрическа змиорка се яде в Южна Америка. Но да го хванеш е опасно. Един от методите за риболов е предназначен да гарантира, че змиорката, която е изтощила батерията си, ще стане безопасна за дълго време. Следователно рибарите правят това: изгонват стадо крави в реката, змиорките ги нападат и консумират доставките им на електричество. Изгонили кравите от реката, рибарите бият змиорките с копия.

Смята се, че 10 000 змиорки могат да осигурят енергия за електричество, което да се движи за няколко минути. Но след това влакът ще трябва да стои няколко дни, докато змиорките ще възстановят снабдяването си с електрическа енергия.

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

Тези разряди образуват характерни биоелектрически полета около рибното тяло. Установено е, че слаби електрически полета съществуват при такива риби като речен костур, щука, лопатка, хляб, карась, червенокос, крокар и др.