Как устроены электрические рыбы? Великолепный и таинственный электрический угорь Электро рыба.

В живой природе существует немало процессов, связанных с электрическими явлениями. Рассмотрим некоторые из них.

Многие цветы и листья имеют способность закрываться и раскрываться в зависимости от времени и суток. Это обусловлено электрическими сигналами, представляющими собой потенциал действия. Можно заставить листья закрываться с помощью внешних электрических раздражителей. Кроме то го, у многих растений возникают токи повреждений. Срезы листьев, стебля всегда заряжены отрицательно по отношению к нормальной ткани.

Если взять лимон или яблоко и разрезать, а потом приложить к кожуре два электрода, то они не выявят разницы потенциалов. Если же один электрод приложить к кожуре, а другой к внутренней части мякоти, то появится разность потенциалов, и гальванометр отметит появление силы тока.

Изменение потенциала некоторых растительных тканей в момент их разрушения исследовал индийский ученый Бос. В частности, он соединил внешнюю и внутреннюю часть горошины гальванометром. Горошину он нагревал до температуры до 60С, при этом был зарегистрирован электрический потенциал в 0,5 В. Этим же ученым была исследована подушечка мимозы, которую он раздражал короткими импульса ми тока.

При раздражении возникал потенциал действия. Реакция мимозы была не мгновенной, а с запаздыванием на 0,1 с. Кроме того, в проводящих путях мимозы распространялся другой тип возбуждения, так называемая медленная волна, появляющаяся при повреждениях. Эта волна минует по душечки, достигая стебля, вызывает возникновение потенциала действия, передающегося вдоль стебля и приводящего к опусканию близлежащих листьев. Мимоза реагирует движением листа на раздражение подушечки током 0,5 мкА. Чувствительность языка человека в 10 раз ниже.

Не менее интересные явления, связанные с электричеством, можно обнаружить и у рыб. Древние греки остерегались встречаться в воде с рыбой, которая заставляла цепенеть животных и людей. Эта рыба была электрическим скатом и но сила название торпеда.

В жизни разных рыб роль электричества различна. Некоторые из них с помощью специальных органов создают в воде мощные электрические разряды. Так, например, пресноводный угорь создает напряжение такой силы, что может отразить нападение противника или парализовать жертву. Электрические органы рыбы состоят из мышц, которые потеряли способность к сокращению. Мышечная ткань служит проводником, а соединительная - изолятором. К органу идут нервы от спинного мозга. А в целом он представляет собой мелкопластинчатую структуру из чередующихся элементов. Угорь имеет от 6000 до 10000 соединенных последователь но элементов, образующих колонку, и около 70 колонок в каждом органе, расположенных вдоль тела.

У многих рыб (гимнарха, рыбыножа, гнатонемуса) голова заряжается положительно, хвост - отрицательно, а вот у электрического сома, наоборот, хвост - положительно, а голова - отрицательно. Свои электрические свойства рыбы используют как для атаки, так и для защиты, а также для того, чтобы отыскивать жертву, ориентироваться в мутной воде, опознавать опасных противников.

Существуют также слабоэлектрические рыбы. Они не имеют каких либо электрических органов. Это обыкновенные рыбы: караси, карпы, пескари и др. Они чувствуют электрическое поле и излучают слабый электрический сигнал.

Сначала биологи обнаружили странное поведение небольшой пресноводной рыбки - американского сомика. Он чувствовал приближение к нему металлической палочки в воде на расстоянии нескольких миллиметров. Английский ученый Ганс Лиссман заключал в парафиновую или стеклянную оболочку металлические предметы, опускал их в воду, но обмануть нильского сомика и гимнархуса ему не удалось. Рыбка чувствовала металл. Действительно, оказалось, что рыбы имеют специальные органы, которые воспринимают слабую напряженность электрического поля.

Проверяя чувствительность электрорецепторов у рыб, ученые проводили опыт. Закрывали аквариум с рыбкой темной тканью или бумагой и водили рядом по воздуху небольшим магнитом. Рыбка чувствовала магнитное поле. Потом исследователи просто водили возле аквариума руками. И она реагировала даже на самое слабое, создаваемое человеческой рукой, биоэлектрическое поле.

Рыбы не хуже, а порой и лучше самых чувствительных в мире приборов регистрируют электрическое поле и замечают малейшее изменение его напряженности. Рыбы, как оказалось, не только плавающие “гальванометры”, но и плавающие “электрогенераторы”. Они излучают в воду электрический ток и создают вокруг себя электрическое поле, значительно большее по силе, чем возникающее вокруг обычных живых клеток.

С помощью электрических сигналов рыбы могут даже особым образом “переговариваться”. Угри, например, при виде пищи начинают генерировать импульсы тока определенной частоты, привлекая тем самым своих собратьев. А если двух рыб поместить в один аквариум, частота их электрических разрядов сразу же увеличивается.

Рыбы соперники определяют силу своего противника по силе излучаемых им сигналов. Другие животные таких чувств не имеют. Почему же только рыбы наделены этим свойством?

Рыбы живут в воде. Морская вода прекрасный проводник. Электрические волны распространяются в ней, не затухая, на тысячи километров. Кроме того, рыбы имеют физиологические особенности строения мышц, которые со временем стали “живыми генераторами”.

Способность рыб аккумулировать электрическую энергию, делает их идеальными аккумуляторами. Если бы удалось подробнее разобраться с деталями их работы, произошел бы переворот в технике, в плане создания аккумуляторов. Электролокация и подводная связь рыб позволила разработать систему для беспроводной связи между рыболовным судном и тралом.

Уместно было бы закончить высказыванием, которое было написано рядом с обычным стеклянным аквариумом с электрическим скатом, представленном на выставке Английского научного Королевского общества в 1960 г. В аквариум были опущены два электрода, к которым был подключен вольтметр. Когда рыба находилась в состоянии покоя, вольтметр показывал 0 В, при движении рыбы - 400 В. Природу этого электрического явления, наблюдаемого задолго до организации Английского Королевского общества, человек разгадать до сих пор не может. Тайна электрических явлений в живой природе и сейчас будоражит умы ученых и требует своего решения.

Электромагнитная сенсорика рыб

Электромагнитные поля широко распространены в природе. Земля имеет собственное магнитное поле. Ионосфера Земли насыщена электрическими токами, постоянно подпитываемыми из Космоса. Электрические и магнитные явления связаны между собой. Магнитное поле Земли, величина и направление которого меняются во времени, способствует возникновению электрических полей (закон Фарадея). Единство этих двух физических явлений отразилось и на механизме восприятия рыбами электрических и магнитных полей. Электрорецепция. Функционирование всех органов рыб и особенно органов, состоящих из возбудимых тканей, сопровождается образованием электрических и магнитных полей. Для морской воды характерен электрический потенциал 0,1-0,5 мкВ/см, созданный течением. Водная среда, в которой обитают рыбы, обладает высокой электропроводностью. Поэтому вполне закономерно, что электромагнитные поля играют важную роль в жизни рыб. Электрический потенциал воды может выполнять роль своеобразных маяков при миграциях рыб. Электрическую реактивность (электрораздражимость) рыб принято делить на три уровня.

Первый (нижний) уровень (порог) ее характеризуется легким подергиванием всего тела или его части. Для большинства рыб нижний порог электрораздражимости оценивают в 10-100 мВ/см. Второй уровень (гальванотаксис) проявляется в направленной локомоторной реакции на действие электрического раздражителя.

Третий уровень - электрошок - это ответ рыбы на раздражитель сверхпороговой величины.

Существуют виды, у которых в процессе эволюции сформировались высокоспециализированные электрические органы, обеспечивающие электромагнитную рецепцию или генерирующие электрические импульсы различной величины. Их довольно много (около 300 морских и пресноводных видов). Различают 3 группы рыб.

В первую группу входят сильноэлектрические виды с хорошо развитыми специализированными электрическими органами (создают импульсы 100-400 В), во вторую - слабоэлектрические виды, имеющие биологические электрогенераторы (создают импульсы до 1 В).

У сильноэлектрических видов нижний порог электрочувствительности на 3-4 порядка выше, чем у слабоэлектрических. Например, для отпугивания акул достаточно создать градиент напряжения 10-100 мкВ/см.

Неэлектрические виды без специализированных электрических органов (большая часть ихтиофауны) создают поля с напряжение от нескольких микровольт до сотен милливольт.

Группу сильноэлектрических рыб представляют электрические скаты, электрические угри (пресноводные), электрический сом из водоемов Африки, Все они являются активными хищниками и генерируют мощные электрические разряды (до 600 В с силой тога до 1 А) для поражения своей жертвы на расстоянии нескольких метров или для собственной защиты от более крупных хищником Поражающий эффект этих хищников таков, что человек, попадающий в их электрическое поле, подвергается мышечному параличу и временно теряет сознание.

Группа слабоэлектрических видов более многочисленна. Это пресноводные рыбы отряда мормирид, которые практически непрерывно генерируют слабые ритмичные импульсы от 0,3 до 12 В. доказано, что эти рыбы используют электрические импульсы для внутри- и межвидового общения.

Неэлектрические виды наиболее заметные электрические импульсы генерируют в состоянии большого напряжения: при бросках на жертву (щука), агрессивно- оборонительных реакциях (форель, окунь), нересте (все рыбы). Доказано, что параметры импульсов этих видов рыб (амплитуда, частота, время электроимпульса) зависят от функционального состояния и температуры воды. Хищники и ночные рыбы по сравнению с мирными и дневными рыбами имеют более сильные электромагнитные поля. В табл. 2.6 приведены характеристики электрических разрядов неэлектрических (пресноводных) рыб.

*Величина разницы потенциала.

Биологическое значение электрических явлений у неэлектрических рыб выражается в ориентации и коммуникации отдельных особей, а также осуществлении межгрупповых коммуникаций внутри стаи или скоплении рыбы. Электрическая чувствительность этих рыб изменяется в процессе онтогенеза. Например, у горбуши и семги она составляет1х10-8 А/мм 2 (у молоди она в несколько раз меньше, чем у половозрелых особей). Кроме того, нижний порог чувствительности возрастает с повышением температуры среды. На этот показатель положение тела рыбы относительно линий тока, а также удельное сопротивление воды, свою очередь, рецепторная чувствительность к электромагнитным явлениям рыб обратно пропорциональна их электрогенерирующей способности. Так, сильноэлектрические рыбы, например акулы и скаты, реагируют на электрические поля напряженностью 0,01 мкВ/см. Поэтому этим рыбам доступны электрические поля, исходящие от затаившейся жертвы, в результате работы дыхательных мышц и сердца.

Слабоэлектрические виды, например минога и химера, чувствительны к электрическим полям напряженностью 0,1?0,2мкВ/см.

Органы, генерирующие и рецептирующие электрические импульсы, разделены. Например, электрические органы скатов имеют почкообразную форму и достигают 25 % массы тела рыбы. Они расположены по бокам тела на участке от головы до грудных плавников

У электрических угрей электрогенерирующие органы также очень крупные, тянущиеся по бокам тела.

Электрический орган электрического сома имеет вид длинного тяжа, расположенного практически вдоль всего тела между кожей и мышцами по обеим сторонам. У слабоэлектрических видов рыб мормирид электрические органы расположены на хвосте. У неэлектрических видов рыб электрические импульсы генерируются скелетной мускулатурой и сердцем.

Электрорецепторный аппарат представлен различными образованиями боковой линии (у скатов и акул, например, ампулам Лоренцини). Магниторецепция. Согласно результатам исследований рыбы, чувствительны и к чисто магнитным полям. Реакция на изменение магнитных полей подробно изучена у сильноэлектрических рыб особенно у акул и скатов. В литературе описана реактивность и неэлектрических видов рыб к магнитным полям. Источниками магнитных полей (рис. 2.27) в водоеме являются магнитное поле Земли, изменение активности Солнца, а также перемещения масс воды и движения самих рыб. Несмотря на то, что магнитное поле Земли хорошо изучено и измерено (см рис. 2.27), причина его формирования остается неясной. Современная измерительная техника позволяет утверждать, что источник регистрируемого на поверхности Земли магнитного поля рас положен внутри земного шара. Внешние источники лишь вызывают колебания напряженности магнитного поля Земли. Наиболее известна гипотеза геомагнитного поля, согласно которой его источником служит некое самовозбуждающееся гидромагнитное динамо, генерирующее электрический ток, который, в свою очередь, индуцирует магнитное поле. Данная модель, однако, не объясняет причины изменения магнитного поля во времени происхождение магнитных аномалий Земли.

Магнитные аномалии Земли и по сей день доставляют человечеству и животному миру большие неприятности. Так, в районе о. Маврикий, в Бермудском треугольнике, у финского о. Юссаро в районе Огненной Земли магнитный компас не работает, электронные навигационные приборы дают сбои. В условиях видимости здесь происходят кораблекрушения.

Рис. 2.27. Магнитное поле Земли

Магнитная аномалия, с одной стороны, может помешать мигрирующим животным в ориентации. С другой стороны, магнитная аномалия может быть использована в качестве маяка на маршруте движения. На Аляске магнитная аномалия Земли такова, что почтовые голуби в этом районе сбиваются с пути. А вот морские животные (китообразные, рыбы) используют это природное явление для навигации. На рис 2.28 показана магнитная аномалия в районе кию побережья Великобритании. В этом месте наблюдают странности в поведении мигрирующих животных. Например, здесь очень часто происходят выбросы китов на берег. В этом районе сбиваются с курса почтовые голуби. Кстати, небезызвестную собаку Баскервиллей автор поместил в район этой магнитной аномалии, в известное по девонскому периоду графство Девон. Магнитные аномалии отмечены и в других районах (Курская аномалия, Бразильская аномалия, Бермудский треугольник).

Попадая в область магнитных аномалий, перелетные птицы сбиваются с маршрута, т.е. становятся неспособными использовать магнитное поле для ориентации. Тот факт, что магнитное поле Земли существовало задолго до возникновения жизни на ней, свидетельствует о том, что процесс эволюции животного мира на протяжении всей своей истории находился под влиянием этого фактора внешней среды. В настоящее время влияние магнитного поля на физиологию животных не вызывает сомнений, так как магниторецепция обнаружена во многих систематических группах живых организмов, начиная с бактерий и кончая млекопитающими.

В последнее время изменения активности Солнца очень значительно отслеживаются

физиками. Для этих изменений характерна определенная цикличность, которая определяет цикличность изменений многих параметров среды обитания живых существ на нашей планете. Так, пищевая активность рыб часто связана со вспышками на Солнце, что хорошо известно рыбакам. Ионосфера Земли улавливает влияние солнечных и лунных приливных сил. Поэтому магнитное поле Земли проявляет малоамплитудные изменения с периодами, равными солнечным и лунным суткам, синодическому месяцу и тропическому году. Точность этих колебаний магнитосферы Земли чрезвычайно высока. Колебания магнитного поля могут служить синхронизатором биологических часов, давать возможность всем чувствительным организмам, включая рыб, отмечать ход времени.

С помощью условных рефлексов доказано, что не только пластинчатожаберные, но и костистые рыбы, например лососевые, угреобразные, реагируют на изменение магнитного поля и изменяют свою пространственную ориентацию в магнитных полях искусственного происхождения. В природе известно несколько типов вариаций магнитного поля.

Во-первых, это суточные изменения, обусловленные прохождением солнечных ветров через ионосферу и магнитосферу Земли.

Во-вторых, это короткопериодные геомагнитные флуктуации собственного магнитного поля Земли, имеющие суточную периодичность. В-третьих, это магнитные бури, возникающие эпизодически в результате взаимодействия магнитосферы Земли с потоками электронов и протонов, излучаемых Солнцем (вспышки на Солнце).

Все три типа магнитных возмущений приводят к образованию в земной коре и морской воде так называемых теллурических токов.

Градиент потенциала теллурических токов имеет суточные колебания в 0,01-0,1 мкВ/см. Во время магнитных бурь флуктуации теллурических токов многократно возрастают, достигая 0,1 - 100кВ/см. Градиент теллурических токов существенно выше вблизи берега и вдоль континентального шельфа. Это объясняет привязанность миграционных маршрутов многих птиц и рыб к береговой линии или шельфу.

Теллурические токи, являющиеся пороговыми раздражителями для рыб, используются мигрирующими рыбами для привязки к определенному маршруту. Доказано изменение электрической активности ампул Лоренцини акул при флуктуациях теллурических токов.

Для других таксономических групп организмов убедительно оказано, что геомагнитное поле Земли является фактором внешней среды, который используется ими для ориентации в пространстве. Это, прежде всего, относится к видам животных, совершающим длительные миграции (перелетные птицы, насекомые, млекопитающие, ведущие ночной или подземный образ жизни). Трудно удержаться от предположения, что и мигрирующие виды используют магнитное поле Земли для ориентации.

Магниторецепция сильно выражена не только у мигрирующих животных, но и обнаружена у видов, обитающих в условиях плохой освещенности, имеющих слабое зрение, - норных грызунов, пещерных жи-вотных, летучих мышей. Известно немало примеров миграций рыб, которые нельзя объяснить лишь использованием ими в пути зрительной и химической рецепции. Так, угорь европейский совершает сложный путь из Саргассова моря в Европу, не сбиться с которого, опираясь только на зрительную и химическую рецепцию невозможно. Биология угря во многом остается неясной. Так, хотя и считается, что европейский речной угорь нерестится в Саргассовом море, однако до сих пор в местах нереста не было выловлено ни одной половозрелой особи. Интересно, что личинки речного угря на разной стадии развития обнаруживаются в районах со строго определенным напряжением магнитного поля Земли (см. рис. 2.27). Концепция трехлетнего пассивного дрейфа личинок угря в течении Гольфстрим к берегам Европы выглядит малоубедительной.

Тихоокеанские лососи очень быстро и безошибочно совершают тысячекилометровые броски от побережья Северной Америки в Тихий океан и обратно. Полосатый тунец и меч-рыба совершают ежедневные перемещения из океана на прибрежные мелководья независимо от освещенности или мутности воды в океане.

Причем многие пелагические рыбы обладают уникальной генетически детерминированной способностью долго сохранять постоянный компасный курс, удержать который, используя небесные и наземные ориентиры, невозможно. Например, меч-рыба может выдерживать постоянный курс в открытом океане на протяжении нескольких суток. Такой же способностью к навигации в море обладает и атлантический лосось.

Рис. 2.29 Миграционные пути угря

До недавнего времени на морских судах для навигации использовали в основном компас и карту. Другого способа удержать правильный курс в открытом море при плохой видимости (отсутствие звездного неба, Луны, Солнца) у моряков не было. Следовательно, и у рыб должен быть механизм ориентации в открытом пространстве с ограниченной видимостью, аналогичный компасу и карте. Он может состоять из рецепторного аппарата, карты электромагнитного поля Земли и центрального аппарата сравнения.

Механизм магниторецепции. У рыб (тунцы, угри, лососи, скаты, акулы) обнаружены ткани и органы с магнитными свойствами. Табл. 2.7 на примере желтоперого тунца дает представление о магнитных свойствах некоторых тканей и органов рыб.

* М. М. Уокер, Д. Л. Киршвинк, Э. Э. Дайзон, 1989

** Приставка "п" - "пико" (1012).

Наиболее ярко выраженными магнитными свойствами у рыб отличается передняя часть головы. Более детальный анализ показал, что магнитный материал рыб концентрируется в области решетчато-обонятельной кости. Анализ ряда видов рыб из пяти семейств показал, что их решетчато-обонятельная кость отличается высокими магнитными характеристиками. Однако наибольший магнитный момент этой части черепа зафиксирован у видов рыб, совершающих длительные миграции (голубой марлин, тунцы, лососи, угорь).

Магнитный материал решетчато-обонятельной кости выделен и изучен. Это магнетит - кристаллы с магнитными свойствами, заполняющие решетку кости. Химический состав магнетита рыб идентичен составу магнетитных структур насекомых, пресмыкающихся и птиц, и представлен оксидами железа, марганца и кальция (табл. 2.8).

Форма кристаллов размером 45х38нм близка к кубической. Правильная форма, химическая и пространственная однородность у разных видов позвоночных животных, занимающих разное эволюционное положение, подчеркивают их эндогенное биогенное происхождение, т.е. синтез на органической матрице костей.

2.8. Химический состав магнетитных кристаллов тунца

Оксид Массовая доля, %

Магнетитные кристаллы находятся во взаимодействии друг с другом посредством собственных магнитных полей. При изменении внешнего магнитного поля отдельные кристаллы способны поворачиваться наподобие стрелки компаса, изменяя при этом свое собственное поле и суммарное поле решетчатой кости. Ферромагнитная гипотеза магниторецепции позволяет объяснить реактивность рыб на магнитные поля и использование рыбами магнитных полей для навигации. Однако до сих пор не описана анатомическая структура, в которой происходит трансформация магнитного поля в потенциал действия, т.е. в нервный импульс. Гипотетически магниторецептор рыбы может иметь следующую схему (рис. 2.30). Поворот кристалла магнетита раздражает чувствительное окончание дендрита нейрона. В результате образовавшийся потенциал действия возбуждает нейрон. В магнитной решетке решетчатой кости ориентация и величина магнитного напряжения отдельных кристаллов магнетита генетически детерминированы. Однако экологические условия, в которых растет молодь, могут внести поправку в структуру решетки и напряженность кристаллов.

Суммарное магнитное напряжение магнитной решетки рыбы может быть достаточно высоким. Поэтому изменение напряженности магнитного поля рыбы, например, при изменении солнечной активности может привести ее в состояние тревоги, дискомфорта. Отсюда, снижение кормовой активности рыб, что рыбаки оценивают как отсутствие клева.

Магнитная решетка может выполнять и функцию своеобразной навигационной карты. Перед миграцией магнитное напряжение отдельных кристаллов магнетита и суммарное магнитное поле всей решетки настраиваются относительно магнитных линий Земли на пути предстоящей миграции. Отклонение от генетически детерминированного маршрута приводит к напряжению магнитного поля рыбы,

Рис.2.30. Гипотетическая схема магниторецептора

что она оценивает как дискомфортное состояние. Выйти из него можно лишь одним способом - привести кристаллы решетки в исходное напряжение, а это, в свою очередь, возможно только через изменение положения тела относительно магнитных линий Земли, т.е. рыба вынуждена вернуться на заданный маршрут. Наличие магниторецепторов решетчатой кости объясняет реактивность к электромагнитным полям неэлектрических и слабоэлектрических видов рыб. У сильноэлектрических видов рыб рецепция магнитного поля осуществляется боковой линией рыб и производными от нее структурами. В магнитном поле тело рыбы является источником индукционных электрических полей, которые фиксируются структурами боковой линии. В опытах на скатах показано, что электрическая активность ампул Лоренцини изменяется как в электромагнитном поле, так и в поле постоянного магнита.

Интересно, что реакции рыб на изменение магнитного поля зависят еще и от движения воды. Так, у ската реакция на магнитное поле в искусственном водоеме возникала тогда, когда ампулярный канал рецептора (ампулы Лоренцини) находился под углом к направлению тока воды. Если канал располагался вдоль водного потока, электроактивность ампул Лоренцини на изменение магнитного поля не регистрировалась. Следовательно, морские течения при миграциях рыб могут выполнять функцию корректировки направления движения рыб. Некоторые специалисты высказывают мнение о том, что кроме описанных выше структур лабиринт является морфологической основой вероятной магниторецепции. Однако экспериментальных доказательств участия полукружных каналов в магниторецепции у рыб для этого недостаточно. Их связь с рецепцией магнитных полей у диких перелетных птиц и почтовых голубей убедительно доказана многочисленными экспериментами. Имеются указания и на то, что изменение напряженности магнитного поля приводит к изменению возбудимости узлов симпатической нервной системы без промежуточной магниторецепции. Известно, что магнитное поле влияет на движение любого электрического заряда или частицы. Следовательно, реакция на магнитное поле организмом осуществляется и без специфических рецепторов. Мембранный потенциал, круговые токи, электрические явления в сердечной мышце и в нейронах изменяются в магнитном поле. Электрочувствительные органы также могут информировать об изменении магнитного поля. Изменения самочувствия человека, поведения домашних животных при изменениях геомагнитной обстановки общеизвестны. Изменение электромагнитного поля Земли перед глобальными катастрофами - землетрясениями, извержениями вулканов, ураганами- сопровождается этологическими аномалиями животных разного уровня организации (от муравьев до приматов). Массовую гибель животных, как и появление новых видов на Земле, многие исследователи связывают именное внезапно возникшими электромагнитными аномалиями, которые лишают животных пространственной и временной ориентации.

Магнитная афферентация, как и всякая другая сенсорная информация, поступает в промежуточный мозг. Вероятно, к магнитосенсорике имеет отношение эпифиз. У почтовых голубей, морских свинок и крыс наблюдали повышение электрической активности эпифиза в искусственном магнитном поле. У крыс искусственное магнитное поле изменяло секреторную активность эпифиза. В ночное время 15-минутная магнитная экспозиция повышала активность фермента ацетилтрансферазы и образование гормона мелатонина в эпифизе. Таким образом, таламус получает информацию об изменении геомагнитного поля по двум традиционным каналам - нервному и гуморальному.

Принимая во внимание, что электроактивность эпифиза возрастает и при световой стимуляции, можно предположить, что эпифиз причастен к афферентному синтезу при позиционировании рыбы в процессе навигации. При этом магнитосенсорная афферентация может играть ключевую роль.

Таким образом, теллурические токи, магнитные поля и флуктуация электромагнитного поля Земли, морские течения, световые и химические раздражители, а также соответствующие им сенсорные органы создают объективные предпосылки для механизма точного географического позиционирования и навигации у мигрирующих рыб.

Из всех позвоночных только рыбы в состоянии произвести доста­точное количество электрической энергии, чтобы парализовать или даже убить человека. Электрические органы служат рыбам для обороны, ориентации, охоты и, возможно, коммуникации. Электрическую энергию способны вырабатывать около двухсот пятидесяти видов рыб; однако заряд такой силы, что он может служить оружием против человека, накапливают лишь электрические угри (Electrophorus electricus ), обитающие в Южной Америке и электрические скаты, принадлежащие к семейству Тоrpedinidae .

Каким образом животные генерируют такие мощные импульсы электрической энергии, остается для учёных загадкой, однако природа животного электричества вполне понятна. Электрическая энергия возникает в теле любого животного - в том числе человека. Электрические импульсы бегут по нервным волокнам и подают клеткам мозга, а также другим клеткам сигналы о различных явлениях. Даже чтение этих страниц, читатель, приводит к возникновению электрических сигналов; но у электрических угрей и некоторых скатов энергии накапливается так много, что она используется в качестве оружия против других рыб и животных. Рассмотрим, как она образуется.

О том, что ткани животных генерируют электричество, человечество узнало в 1791 году, когда Луиджи Гальвани, профессор анатомии в Болонском университете, обнаружил, что нервная и мышечная ткани ноги лягушки реагируют на электрический ток. Со временем ученые выяснили, что импульсы, рассылающие сигналы по нервной системе человека, имеют электрохимическую природу. Упрощая картину, можно сказать, что нервные сигналы - это движение ионов, то есть заряженных частиц сквозь оболочки нервных клеток. В состоянии покоя или бездействия клетки ее оболочка имеет отрицательный потенциал, так как изнутри клетки скапливаются отрицательно заряженные ионы; однако снаружи клетки находятся и положительные, и отрицательные ионы, и среди них - ионы натрия, несущие положительный заряд. Когда нервная клетка посылает сигнал, оболочка её меняет полярность, и ионы натрия проникают сквозь нее в клетку, меняя ее потенциал на положительный. Придя в обычное состояние, клетка избавляется от ионов натрия при помощи механизма, "устройство" которого неизвестно; ученые называют его "натриевым насосом", потому что он словно выкачивает из клетки ионы натрия.

Когда клетка передает сигнал, "насос" перестает действовать. Ионы натрия и калия притягиваются друг к другу, обмениваясь зарядами и нейтрализуя электрический потенциал клетки. Крошечные разряды поднимаются по нервному волокну, отходящему от клетки, возбуждая электрическое поле в окружающей ткани и жидкости. Сигнал, или нервный импульс, перемещается по нервному волокну до тех пор, пока не достигнет точки, где оно разветвляется на отростки, называемые нервными окончаниями. Окончания пронизывают пространство, отделяющее одну нервную клетку от другой. Это пространство между двумя соседними клетками нервной ткани называется синапсом.

B какой-то момент нервный импульс, направляющийся к мышце, достигает синапса, на противоположной стороне которого на­ходится клетка мышечного волокна. Эта точка, называемая нервно-мышечным соединением играет решающую роль в генериро­вании электричества у рыб. При появлении нервного импульса в нервно-мышечном соединении вокруг нервных окончаний выде­ляется химическое вещество, называемое ацетилхолином. Проса­чиваясь от нервной клетки к мышечной, ацетилхолин передает импульс мышечному волокну, деполяризуя его и вызывая тем самым электрический разряд. Предполагается также, что еще одной функцией ацетилхолина является прекращение действия "натриевого насоса" в клетке, что позволяет ионам проникать сквозь оболочку клетки.

Обычно электрический сигнал заставляет мышцу сокращать­ся, что и проявляется в различных движениях тела животного. Однако некоторые мышцы у рыб потеряли способность сокра­щаться. Нервные окончания, идущие к этим мышцам, залегают в районе нервно-мышечных соединений очень густо, а волокна мышечных клеток настолько разрастаются, что образуют нечто вроде живого электрода.

Электрические органы таких рыб, как электрический угорь и электрические скаты, состоят из нескольких подобных "электро­дов". Когда все они разряжаются, возникает электрический ток большой мощности. Управляет разрядом пучок нервов, который у электрического угря отходит от спинного мозга, а у электрического ската - от головного.

Электрические скаты, обитающие и в умеренной, и в тропиче­ской зонах, способны создать на своих "электродах" напряжение до 50 вольт и выше; этого достаточно, чтобы убивать рыб и ракообразных, которыми питаются скаты. Электрический скат похож на гибкий блин с длинным и толстым хвостом. Охотясь, скат бросается на жертву всем телом и "обнимает" ее своими "крыльями", на концах которых находятся электрические орга­ны. Объятие смыкается, "электроды" разряжаются - и скат убивает свою жертву разрядом тока.

Самый крупный из электрических скатов - это Torpedo nоbiliana , обитатель вод Северной Атлантики; в длину он достига­ет 1,8 метра, весит около 100 килограммов и способен создавать разность потенциалов в 200 вольт - этого достаточно, чтобы убить любое животное, оказавшееся в воде поблизости. Особая действенность электрического разряда в воде объясняется тем, что вода - хороший проводник электрического тока.

Электрический скат упоминается во многих легендах, дошед­ших до нас из глубины веков; толкователи снов считали, что он предвещает близкое несчастье. Греки и римляне знали, что скат владеет источником какой-то странной энергии, и, поскольку электричество тогда не было известно, полагали, что источник ее - какое-то неведомое вещество. Существовало и еще одно поверье - будто скат, пойманный на бронзовый крючок, убивает забросившего снасть рыбака, причем смерть наступает от свертывания крови.

В старину скатов использовали для лечения посредством шока. Лекари помещали небольших скатов на головы пациентов, стра­дающих головными болями и другими недугами; считалось, что скат обладает целебными свойствами.

Электрический угорь, генерирующий разряд тока напряжени­ем 650 вольт - а это в несколько раз больше того напряжения, которое способен создать даже самый крупный из скатов, - впол­не может убить находящегося поблизости в воде человека. Элект­рический угорь имеет мало общего с прочими угрями; он состоит в родстве с рыбой-ножом и обитает в реках. Электрический угорь достигает в длину 2,7 метра, а в толщину - около 10 сантимет­ров. Четыре пятых его тела занимают три электрических органа, и лишь одна пятая его длины приходится на другие органы, вы­полняющие такие важные жизненные функции, как дыхание, пи­щеварение, размножение и прочие.

Воды, в которых живет электрический угорь, бывают бедны кислородом, но угря это не смущает: он научился дышать также и атмосферным кислородом. Многочисленные кровеносные сосу­ды в его пасти способны усваивать кислород, и угорь захваты­вает воздух, поднимаясь к поверхности воды.

Молодой электрический угорь видит хорошо, но с возрастом его зрение резко ухудшается. Это не особенно смущает угря, ибо в темной, мутной воде, где он обычно обитает, от глаз все равно толку мало. Искать добычу угрю помогают все те же электриче­ские органы: он испускает сравнительно слабые электрические импульсы, напряжение которых не превышает 40 - 50 вольт; эти низковольтные разряды помогают ему находить мелких морских обитателей, которыми угорь питается. Кроме того, электрические угри, вероятно, способны воспринимать электрические разряды друг друга - во всяком случае, когда один из них ударом элект­рического тока парализует жертву, к добыче устремляются и другие угри.

Электрические угри хорошо привыкают к жизни в неволе, и их часто можно видеть в аквариумах; обычно аквариум оборуду­ют каким-нибудь электрическим прибором для демонстрации уникальных способностей угря, например лампой, к которой ве­дут провода от двух опущенных в воду электродов. Когда в аква­риум бросают кусочки корма или мелких рыбешек, лампа заго­рается, потому что, почуяв добычу, угорь начинает генерировать в воде электрические разряды. Аквариум можно оборудовать и звукоусилителями, и тогда посетители услышат статические шумы, сопровождающие разряды тока, генерируемые угрем.

Обращение с электрическим угрем - дело довольно опасное. В Лондонском зоопарке угорь однажды сильно ударил электрическим током служителя, который его кормил. Другой угорь на­чал генерировать электрические разряды, когда его переносили в металлической коробке, и служителю пришлось бросить короб­ку на землю. Но только при непосредственном контакте удар угря оказывается смертельным; однако пловец, оказавшийся в воде недалеко от места разряда, может утонуть, находясь в состоянии шока.

Способность угря генерировать огромные количества электро­энергии уже более столетия привлекает внимание биологов и ме­диков. Во время второй мировой войны ею заинтересовались и военные, в том числе и американские: через два года после вступления Соединенных Штатов в войну, в Нью-Йорк были доставлены двести электрических угрей, пойманных в Южной Америке. В зоопарке в Бронксе для них устроили двадцать два деревянных бассейна. Угрей использовали в экспериментах по изучению действия нервно-паралитических газов, которые блоки­руют передачу нервных импульсов, и таким образом могут приостанавливать работу сердца, легких и других жизненно важных органов. Сущность действия газов состоит в том, что они препят­ствуют расщеплению ацетилхолина после того, как он останав­ливает "натриевый насос" нервной клетки. Обычно в организме ацетилхолин расщепляется сразу же после того, как выполнит свою функцию; процесс расщепления управляется ферментом, который называется холинэстераза. Нервно-паралитические газы как раз и препятствуют действию этого фермента.

Электрические органы угря содержат большое количество холинэстеразы, которая отличается к тому же высокой актив­ностью; потому-то военным специалистам и понадобились электрические угри, привезенные в зоопарк в Бронксе: они служили источником фермента, нужного для изучения нервно-паралити­ческого действия отравляющих газов. Большинство работников зоопарка лишь после войны узнали, зачем в подвалах львиного вольера держали такое количество электрических угрей.

Рыбы составляют меньшую часть обитателей Мирового океа­на; гораздо большую часть его обитателей составляют беспозво­ночные, и именно среди них имеются и самые миниатюрные и безобидные водные животные, и самые громадные и опасные.

В приключенческих фильмах и романах, действие которых происходит в морях южного полушария, часто появляется гигантский моллюск Tridacna gigas , изображаемый этакой живой ловушкой, капканом, поджидающим неосторожного пловца. На самом деле этот гигант питается планктоном и вовсе не обладает той огромной силой, которую ему обычно приписывают, - даже если размеры его раковины действительно достигают 1,2 метра, а вес самого моллюска 220 килограммов. Нет ни одного документированного случая смерти человека от столкновения с Tridacna gigas , однако даже такие авторитетные источники, как издава­емый американским военно-морским флотом журнал "Наука о море", предупреждают читателя об опасности, которую пред­ставляет для аквалангиста этот моллюск. Однако маловероятно, что моллюск, случайно сомкнувший свои створки вокруг человеческой ноги, станет удерживать ее; скорее, он постарается отде­латься от неудобной добычи.

Электрические рыбы . Люди ещё в глубокой древности обратили внимание, что некоторые рыбы как-то по особенному добывают себе пищу. И лишь совсем недавно, по историческим меркам, стало понятно, как они это делают. Оказывается есть такие рыбы, которые создают электрический разряд. Этот разряд парализует или убивает других рыб и даже совсем не маленьких животных.

Плывёт такая рыбина, плывёт никуда не торопясь. Как только недалеко от неё оказывается другая рыба, создаётся электрический разряд. Всё, обед готов. Можно подплывать и заглатывать парализованную или убитую электрическим током рыбу.

Как же это получается у рыб создавать электрический импульс? Дело в том, что в организме таких рыб имеются самые настоящие батарейки. Их количество и размеры у рыб разные, но принцип действия один и тот же. Именно по такому же принципу устроены современные аккумуляторные батарейки.

Собственно, современные батареи и созданы по образцу и подобию рыбных. Два электрода, между ними электролит. Этот принцип был однажды подсмотрен у электрического ската. много ещё интересных неожиданностей таит природа матушка!

Сегодня в мире насчитывается более трёхсот видов электрических рыб. Они имеют самые разные размеры и вес. Всех их объединяет способность создавать электрический разряд или даже целую серию разрядов. Но всё же считается, что самыми мощными электрическими рыбами являются скаты, сомы и угри.

Электрические скаты имеют плоскую голову и тело. Голова чаще в форме диска. Они имеют небольшой хвост с плавником. Электрические органы расположены по бокам головы. Ещё пара небольших электрических органов расположены на хвосте. Они есть даже у тех скатов, которые не относятся к электрическим.

Электрические скаты могут вырабатывать электрический импульс напряжением до четырёхсот пятидесяти вольт. Этим импульсом они могут не только обездвиживать, но и убивать небольших рыб. Человеку, если он попадёт в зону действия импульса, тоже мало не покажется. Но человек, скорее всего останется жив, хотя наверняка испытает неприятные в своей жизни моменты.

Электрические сомы , так же как и скаты, создают электрический импульс. Его напряжение может быть у крупных сомов, так же как и у скатов, до 450 вольт. При поимке такого сомика, так же можно получить весьма ощутимый удар током. Электрические сомы обитают в водоёмах Африки и достигают размеров до 1 метра. Их вес может быть до 23 килограммов.

Но, самая опасная рыба обитает в водоёмах Южной Америки. Это электрические угри . Они бывают очень немаленьких размеров. Взрослые особи достигают в длину трёх метров и веса до двадцати килограммов. Эти электрические гиганты могут создавать электрический импульс напряжением до одной тысячи двухсот вольт.

Импульсом с таким напряжением они могут убить и довольно крупных животных, оказавшихся некстати рядом. Такой же исход может ожидать и человека. Мощность электрического разряда достигает шести киловатт. Мало не покажется. Вот такие они — живые электростанции.

Долгое время принято было считать, что электрические явления играют важную роль в жизни только тех рыб, у которых есть электрогенераторные и электровоспринимающие органы. Это, как говорилось, сильноэлектрические и слабоэлектрические рыбы, а также те виды, которые лишены специальных органов, производящих электрические разряды, но имеют при этом органы электрочувствительности - электрорецепторы. К ним относятся акулы, скаты, химеры, все осетрообразные, а также сомы и ряд экзотических рыб, таких как двоякодышащие, африканские полиптерусы и, наконец, знаменитая латимерия. Понятно, что из всего этого списка для нас интересны, разве что, сомы.

Все же остальные рыбы, а к ним относятся все наши традиционные "рыболовные" виды, никаких специальных органов для восприятия электрических полей не имеют, и при обсуждении темы электричества в учебниках по ихтиологии вообще не упоминаются. Я, по крайней мере, не нашел таких упоминаний ни в одном известном мне руководстве, как отечественном, так и зарубежном, в том числе и последних лет издания.

Между тем, существует достаточно специальных экспериментальных исследований, в которых показано, что многие "неэлектрические" виды, во-первых, способны генерировать вокруг себя слабые электрические поля, а во-вторых, обладают способностью чувствовать электрическое поле и оценивать его параметры. Другое дело, что до сих пор непонятно, каким образом, с помощью каких органов чувств они это делают.

Почему эти результаты не попали на страницы учебников - другой вопрос, но мы вправе сделать вывод, что электричество является одним из факторов, влияющих на поведение не только сильно- или слабоэлектрических, но всех вообще рыб, в том числе и тех, которых мы с вами ловим. Поэтому к рыбалке эта тема имеет самое прямое отношение (даже если не брать в рассмотрение электроудочку).

Поля рыб - "неэлектриков"

Впервые слабое электрическое поле у неэлектрической рыбы было зарегистрировано у морской миноги американцами Клиеркопером и Сибакином в 1956 году. Поле фиксировалось специальной аппаратурой на расстоянии нескольких миллиметров от тела миноги. Оно ритмично возникало и исчезало синхронно с дыхательными движениями.

В 1958 году было показано, что электрическое поле, причем более сильное, чем у миноги, может генерировать вокруг себя и речной угорь. Наконец, начиная с 1960-х годов способность рыб, ранее считавшихся неэлектрическими, излучать слабые электрические разряды была установлена на многих морских и пресноводных видах.

Таким образом, сегодня совершенно не приходится сомневаться в том, что все без исключения рыбы производят вокруг себя электрические поля. Более того, у многих видов параметры этих полей измерены. Несколько примеров величин разрядов неэлектрических рыб приведены в таблице внизу страницы (замеры проводились на расстоянии около 10 см от рыбы).

Электрическая активность рыб сопровождается постоянным и импульсными электрическими полями. Постоянное поле рыбы имеет характерный рисунок - голова относительно хвоста заряжена положительно, и разность потенциалов между этими участками колеблется у разных видов от 0,5 до 10 мВ. Источник поля расположен в районе головы.

Импульсные поля имеют сходную конфигурацию, они создаются разрядами частотой от долей герца до полутора килогерц.

Чувствительность рыб - "неэлектриков"

Чувствительность к электрическим полям у разных видов рыб без электрорецепторов сильно варьирует. У одних она сравнительно невысока (в пределах десятков милливольт на сантиметр), у других сопоставима с чувствительностью рыб, обладающих специальными органами электрического чувства. Например, американский угорь в пресной воде чувствует поле величиной всего 6,7 мкВ/см. Тихоокеанские лососи в морской воде способны ощущать поле величиной 0,06 мкВ/см. При грубом пересчете, с учетом большего сопротивления пресной воды, это означает, что в пресных водах лососи способны чувствовать примерно 6 мкВ/см. Очень высокой электрочувствительностью обладает и наш обыкновенный сом. Способность воспринимать слабые электрические поля установлена и у таких видов, как карп, карась, щука, колюшка, гольян.

По мнению большинства ученых, роль электрорецепторов у всех этих рыб играют органы боковой линии. Но считать этот вопрос окончательно решенным нельзя. Вполне может оказаться, что у рыб существуют и еще какие-то механизмы, которые позволяют им чувствовать электричество, и о которых мы пока даже не подозреваем.

Электрический мир

Итак, мы приходим к выводу о том, что все рыбы, хотя и в разной степени, обладают электрочувствительностью, и все рыбы, опять же в разной степени, создают вокруг себя электрические поля. У нас, следовательно, есть все основания предполагать, что эти свои электрические способности рыбы как-то используют в своей повседневной жизни. Каким же образом, и в каких областях жизнедеятельности они могут это делать? Прежде всего, отметим, что электрочувствительность применяется рыбами (угорь, сельди, лососи) для ориентации в океане. Кроме того, у рыб развита система электрической коммуникации - взаимодействие друг с другом на основе обмена электрической информацией. Это используется при нересте, при агрессивных взаимодействиях (например, при охране своей территории), а также для синхронизации движений рыб в стае.

Но нам интереснее те аспекты, которые более непосредственно связаны с рыбалкой - поиск пищи, различение съедобных и несъедобных предметов.

Прежде всего, надо иметь в виду, что электрические поля создают вокруг себя не только рыбы, но и другие животные, в том числе, и организмы, которыми рыбы питаются. Например, слабое электрическое поле возникает в области брюшка плывущего рачка-бокоплава. Для рыб такие поля - ценный источник информации. Широко известны опыты с акулами, которые легко находят и пытаются откопать зарытый в песок миниатюрный электрогенератор, имитирующий своими разрядами биотоки рыбы.

Но то - акулы. А интересуют ли электрические поля пресноводных рыб? Очень любопытные и поучительные опыты на этот счет проводились еще в 1917 году с американским сомиком амиурсом. Авторы этих экспериментов занимались тем, что совали в аквариум с амиуросом палочки, сделанные из разных материалов - стекла, дерева, металла. Оказалось, что присутствие металлической палочки сомик ощущал с расстояния в несколько сантиметров, а, например, на стеклянную палочку реагировал только при ее прикосновении. Таким образом, амиурус чувствовал слабые гальванические токи, которые возникали при помещении металла в воду.

Еще интереснее, что реакция сомиков на металл зависела от интенсивности тока. Если поверхность соприкосновения с водой металлической палочки составляла 5-6 см2, у сомиков возникала оборонительная реакция - они уплывали. Если же поверхность контакта с водой была меньше (0,9-2,8 см2), то у рыб возникала положительная реакция - они подплывали и "клевали" место контакта металла с водой.

Когда читаешь про такие вещи, возникает большой соблазн потеоретизировать на тему о площади поверхности мормышки, о биметаллических мормышках и блеснах, представляющих собой, по сути, маленькие гальванические электрогенераторы, и тому подобных вещах. Но понятно, что теории такого рода так и останутся теориями, и любым рекомендациям, сделанным на их основе, грош цена. Взаимодействие рыбы с приманкой - процесс очень сложный, в котором участвуют самые разные факторы, и электричество среди них, скорее всего, далеко не главный. Тем не менее и о нем не стоит забывать. Во всяком случае, некоторые возможности для работы воображения и экпериментирования с приманками тут имеются. Почему бы, например, не предположить, что металлические блесны, особенно крупные, могут нести с собой чрезмерно сильное поле, которое не привлекает, а, наоборот, отпугивает рыбу? Ведь его можно убрать, покрыв блесну каким-нибудь прозрачным составом, непроводящим электричество.

И как тут не вспомнить тот примечательный факт, что вплоть до 60-х годов прошлого века финские и норвежские рыбаки при морской ловле камбалы пользовались деревянными крючками, сделанными из можжевельника. При этом они утверждали, что на деревянный крючок камбала ловится лучше, чем на металлический. А не в электричестве ли тут дело? Ну и так далее - простор для размышлений тут широкий.

Но вернемся к рыбам. Как уже говорилось в начале этой статьи, помимо восприятия чужих электрических полей, рыбы могут получать информацию об окружающем и по изменению параметров своего собственного поля. Ведь любой предмет, попадающий в поле рыбы, если он по электропроводности отличается от окружающей воды, будет неизбежно менять конфигурацию этого поля. Существует целый ряд исследований, в которых показано, что электрические разряды резко усиливаются у активно кормящихся "мирных" рыб, а также у хищников (например, у щуки) в момент броска на добычу. Причем, у ночных и сумеречных хищников это выражено сильнее, чем у дневных. Может быть, это означает, что в момент захвата пищи рыбы "включают" дополнительные каналы информации для более тщательного анализа ситуации? "Ощупывают" потенциальную добычу силовыми линиями своего поля? Рано или поздно ученые дадут ответ на этот вопрос, но нам-то ждать этого не обязательно - можно просто держать в уме такую возможность. То есть понимать, что рыба может знать об электрических свойствах нашей приманки гораздо больше, чем мы предполагаем, и, главное, чем мы сами о ней знаем. К примеру, я почти уверен, что хищники отлично "понимают", атакуя воблер, что эта "рыбка" сделана из какого-то странного материала - она меняет конфигурацию их поля иначе, чем настоящая рыба. Влияет ли это на принятие решения хищником "есть или не есть"? Вполне возможно, особенно если он не слишком голоден.

Немного лирики в заключение

Обращая внимание читателей на электрическую сторону жизни рыб, я бы совершенно не хотел, чтобы кого-нибудь это натолкнуло на мысль использовать электрочувствительность рыб для создания на этой основе некоей "безотказной" приманки, которую рыба брала бы всегда и в любых условиях. Попытки такого рода, не только в "электрической сфере", регулярно появляются на горизонте. То электроблесны, то "вкусный силикон", который хищник не то что не стремится выплюнуть, а, наоборот, спешит поскорее проглотить. Наконец, хитроумные активаторы клева, которые создают у рыбы непреодолимое чувство голода независимо от того, голодна она или сыта.

И это только немногие примеры. Темпы развития науки и технологии таковы, что вполне можно ожидать появления на рынке действительно "безотказной" снасти, которая будет ловить всегда и везде и, главное, независимо от умения и знаний того, кто ей пользуется. Тут есть сугубо этическая, а может, и эстетическая грань, за которой рыбалка уже перестает быть рыбалкой.

Поэтому тем, кто имеет чрезмерную склонность к такого рода разработкам, я хочу напомнить о простом, всем известном факте. Такая "безотказная" снасть уже изобретена и вовсю используется. Это - электроудочка.