Электрические рыбы: основы изучения

• Перейти в оглавление раздела:Электричество в жизни рыб
• Читать дополнительно: Электрические рыбы

ФИЗИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ГИПОТЕЗЫ

Изучив поведение рыб, Лиссманн сформулировал физический принцип электролокации. Рыба создает в воде электрическое поле, напоминающее поле диполя. Объект, электропроводность которого отличается от электропроводности воды, искажает силовые линии поля, и рыба чувствует искажение.

Этот принцип иллюстрирует очень простая модель. В аквариуме жестко монтируют две пары электродов. На одну из них подают напряжение с генератора, так что создается дипольное поле. Эта пара соответствует электрическому органу рыбы. Вторая пара электродов, соответствующая электрорецепторам, закреплена на оси симметрии излучающей пары и соединена через усилитель с осциллографом. Если обе пары тщательно выставлены, то приемная пара находится на эквипотенциали излучающей пары и сигнал равен нулю. Стоит, однако, поместить вблизи электродов любой объект, как возникает разбаланс и на экране осциллографа появляется сигнал. Таким объектом может быть изолятор или проводник, рука экспериментатора или подплывшая к модели рыба, не обязательно электрическая.

Эта простая модель, однако, полностью отличается от традиционной для современной техники радиолокации - она не использует радиоволны и радиоэхо.

Гипотеза Лиссманна о связи формы тела и манеры плавания с требованиями электрорецепторных систем имеет многочисленные подтверждения. Она объясняет экзотичный внешний вид некоторых акул и осетров, например акулы-молот.

Как ни оскорбительно это звучит, но морда, лицо и рот животных в русском языке называются рылом. Имеется в виду, что животные постоянно роют им окружающую среду в поисках пищи. Но, чтобы эти поиски были успешны, нужно хорошо видеть, что роешь. И электрорецепторы для этих целей крайне полезны. Поэтому электрорецепторы на рыле расположены гуще, чем на теле, а формы рыла у электрочувствительных животных бывают крайне экзотичными. Это часто отражается в их названиях. Например, родственников гимнарха называют клюворылыми, длиннорылыми, слонорылыми и даже криворылыми. А вот сам гимнарх получил свое название не из-за места наибольшей плотности рецепторов, а из-за места расположения электрического органа: его имя составлено из двух греческих слов - gymnos (голый) и archus (анус). Впрочем, Лиссманн перевел его имя довольно деликатно - голохвост (naked tail).

Электрические органы возникли из мышц - на это явно указывают эмбриология и иннервация - система нервных связей. Но в мышцах рыб нет ничего такого, что объясняло бы, почему только этот класс животных вырастил у себя электрические органы. Более того, нельзя утверждать, что какая-то конкретная группа мышц благодаря особой упорядоченности особенно предрасположена к таким трансформациям, поскольку органы произошли из разных групп мышц - хвостовых, туловищных, глазных и т.д.

Что же такое электрический орган и чем он отличается от мышцы? Любая модель - Уолша, Вольты или современные модели - это батарея параллельно и последовательно соединенных элементов (клеток). Параллельное соединение усиливает ток, а последовательное - напряжение. Клетки, составляющие электрический орган, называются электроцитами или электропластинками. Батареи электроцитов отличаются от мышечных тканей, во-первых, тем, что в момент прихода команды из мозга могут одновременно возбудить электрические токи в большинстве клеток и обеспечить суммацию напряжения. Чтобы батарея работала эффективно, нужно правильно уложить элементы, не путая полярность. То есть в момент разряда все клетки должны "смотреть" в одну сторону, например "минус" в сторону головы. И при этом, как и батарейки хорошего качества, иметь низкое внутреннее сопротивление и высокую емкость. В обычных мышечных тканях, напротив, волокна расположены так, чтобы напряжения не суммировались и возникающие электрические поля не мешали нормальному функционированию других органов.

Второе важное отличие - при приходе нервного импульса мышца должна сокращаться, и электрическое возбуждение участвует в управлении этим сокращением. Электрическая ткань при разряде остается неподвижной - все связанное с сокращением в ней просто отсутствует. В этом смысле электрогенераторная ткань примитивнее, проще, чем мышечная. И природе "нетрудно" ее сделать из любых нервно-мышечных единиц, разнообразные примеры чего наблюдаются у электрических рыб. А раз электрический орган легко сделать в любом месте и любой формы, то его месторасполо жение диктуется, по Лиссманну, в первую очередь манерой плавания. Гимнархи, которые плавают, используя волнообразные движения длинного плавника, проходящего вдоль всей спины, имеют длинный электрический орган в виде четырех нитей, идущих от хвоста к середине туловища. Гимнотиды плавают с помощью длинного анального плавника и имеют протяженные электрические органы в нижней половине туловища. Мормириды, толкающие себя вперед продольными колебаниями хвостового плавника, имеют компактные органы, расположенные вблизи хвоста и обрамленные для жесткости "корсетом" из специальных костей, не встречающихся у других рыб.

Читать дальше: Электрические рыбы: основы изучения

Читать сначала: Электрические рыбы: основы изучения