Физика в мире животных: электрический угорь и его «энергостанция»


    Электрический угорь (Источник: youtube)

    Рыба вида электрический угорь (Electrophorus electricus) — единственный представитель рода электрических угрей (Electrophorus). Встречается он в ряде приток среднего и нижнего течения Амазонки. Размер тела рыбы достигает 2,5 метра в длину, а вес — 20 кг. Питается электрический угорь рыбой, земноводными, если повезет — птицами или мелкими млекопитающими. Ученые изучают электрического угря десятки (если не сотни) лет, но только сейчас начали проясняться некоторые особенности строения его тела и ряда органов.

    Причем способность вырабатывать электричество — не единственная необычная черта электрического угря. К примеру, дышит он атмосферным воздухом. Это возможно благодаря большому количеству особого вида ткани ротовой полости, пронизанной кровеносными сосудами. Для дыхания угрю нужно каждые 15 минут всплывать к поверхности. Из воды кислород брать он не может, поскольку обитает он в очень мутных и мелких водоемах, где очень мало кислорода. Но, конечно, главная отличительная черта электрического угря — это его электрические органы.

    Они играют роль не только оружия для оглушения или убийства его жертв, которыми угорь питается. Разряд, генерируемый электрическими органами рыбы, может быть и слабым, до 10 В. Такие разряды угорь генерирует для электролокации. Дело в том, что у рыбы есть специальные «электрорецепторы», которые позволяют определять искажения электрического поля, вызываемые его собственным телом. Электролокация помогает угрю находить путь в мутной воде и находить спрятавшихся жертв. Угорь может дать сильный разряд электричества, и в это время затаившаяся рыба или земноводное начинает хаотично дергаться из-за судорог. Эти колебания хищник без труда обнаруживает и съедает жертву. Таким образом, эта рыба является одновременно и электрорецептивной и электрогенной.



    Интересно, что разряды различной силы угорь генерирует при помощи электрических органов трех типов. Они занимают примерно 4/5 длины рыбы. Высокое напряжение вырабатывают органы Хантера и Мена, а небольшие токи для навигационных целей и коммуникационных целей генерирует орган Сакса. Главный орган и орган Хантера размещаются в нижней части тела угря, орган Сакса — в хвосте. Угри «общаются» между собой при помощи электрических сигналов на расстоянии до семи метров. Определенной серией электрических разрядов они могут привлекать к себе других особей своего вида.

    Как электрический угорь генерирует электрический разряд?


    Угри этого вида, как и ряд других «электрифицированных» рыб воспроизводят электричество тем же образом, что и нервы с мышцами в организмах других животных, только для этого используются электроциты — специализированные клетки. Задача выполняется при помощи фермента Na-K-АТФазы (кстати, этот же фермент очень важен и для моллюсков рода наутилус (лат. Nautilus)). Благодаря ферменту образуется ионный насос, выкачивающий из клетки ионы натрия, и закачивающий ионы калия. Калий выводится из клеток благодаря специальным белкам, входящих в состав мембраны. Они образуют своеобразный «калиевый канал», через который и выводятся ионы калия. Внутри клетки скапливаются положительно заряженные ионы, снаружи — отрицательно заряженные. Возникает электрический градиент.

    Разница потенциалов в результате достигает 70 мВ. В мембране той же клетки электрического органа угря есть и натриевые каналы, через которые ионы натрия могут снова попасть в клетку. В обычных условиях за 1 секунду насос выводит из клетки около 200 ионов натрия и одновременно переносит в клетку приблизительно 130 ионов калия. На квадратном микрометре мембраны может разместиться 100- 200 таких насосов. Обычно эти каналы закрыты, но в случае необходимости они открываются. Если это произошло, градиент химического потенциала приводит к тому, что ионы натрия снова поступают в клетки. Происходит общее изменение напряжения от -70 до +60 мВ, и клетка дает разряд в 130 мВ. Продолжительность процесса — всего 1 мс. Электрические клетки соединяются между собой нервными волокнами, соединение — последовательное. Электроциты составляют своеобразные столбики, которые соединяются уже параллельно. Общее напряжение генерируемого электрического сигнала достигает 650 В, сила тока — 1А. По некоторым данным, напряжение может достигать даже 1000 В, а сила тока — 2А.


    Электроциты (электрические клетки) угря под микроскопом

    После разряда снова действует ионный насос, и электрические органы угря заряжаются. По мнению некоторых ученых, насчитывается 7 типов ионных каналов мембраны клеток электроцитов. Расположение этих каналов и чередование типов каналов влияет на скорость производства электричества.



    Разряд электрической батареи


    По результатам исследования Кеннета Катания (Kenneth Catania) из Университета Вандербильта (США), угорь может использовать три типа разряда своего электрического органа. Первый, как и упоминалось выше — это серия низковольтных импульсов, которые служат для коммуникации и навигационных целей.

    Второй — последовательность из 2-3 высоковольтных импульсов продолжительностью несколько миллисекунд. Этот способ используется угрем при охоте на спрятавшуюся и затаившуюся жертву. Как только дано 2-3 разряда высокого напряжения, мышцы затаившейся жертвы начинают сокращаться, и угорь может без труда обнаружить потенциальную еду.



    Третий способ — ряд высоковольтных высокочастотных разрядов. Третий способ угорь использует при охоте, выдавая за секунду до 400 импульсов. Этот способ парализует практически любое животное небольшого и среднего размера (даже человека) на расстоянии до 3 метров.

    Кто еще способен вырабатывать электрический ток?


    Из рыб на это способны около 250 видов. У большинства электричество — лишь средство навигации, как, например, в случае слоника нильского (Gnathonemus petersii).

    Но электрический разряд чувствительной силы способны генерировать немногие рыбы. Это электрические скаты (ряд видов), электрический сом и некоторые другие.


    Электрический сом (Источник: Wikipedia)

    Джейсон Гэллент с коллегами провели секвенсирование генома ряда рыб с электрическими органами, и выяснили, что многие из изученных ими видов не являются родственниками. «Изобретение» природой электрических органов у рыб шло параллельно, но строение батарей очень схоже у всех. Всего ученые насчитали 6 независимых друг от друга эволюционных линий, приведших к появлению электрических органов. Пожалуй, электрический угорь является одним из видов рыб, которые используют этот орган наиболее искусно.


    Источник: animalpicturesociety.com
    Поддержать автора
    Поделиться публикацией

    Похожие публикации

    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее
    Реклама

    Комментарии 36

      +4
      Одна клетка электрического угря может накопить заряд в 70 мВ

      Заряд измеряется в Кулонах.
        –15
        Одна из самых безбожно неинформативных статей
          +4
          Доводы можете привести? Иначе ваш комментарий один из самых не информативных и ни чем не подкрепленный.
          +1
          Вот с детства, с первых познаний законов электромагнетизма, мучает вопрос, может кто осведомленный тут пробегать будет… если переносить заряд, неким органом, работающим как как источник ЭДС, скажем, от хвоста к носу, то в электропроводящей воде этот заряд начнет возвращаться обартно к хвосту по самой толще воды. Напрашивается вопрос, или источник ЭДС работает очень быстро, т.е. можно провести аналогию с насосом, что молниеносно дает свою максимальную подачу(расход) сразу после включения, или в теле ест что-то наподобие выключателя(размыкателя), что препятствует протеканию тока через воду, и позволяет накопить некоторое количество заряда в каком-то количестве тканей рыбы, чтобы потом, «замкнув контакты», вернуть заряды в хвост.

          650В… интересно как меряли? Прикрепляли электроды вольтметра к носу и хвосту? оО
            0
            Сначала, пока каналы в мембранах закрыты, «выключатель разомкнут, некоторое количество заряда накапливается».
            Потом каналы открываются, между носом и хвостом мгновенно появляется несколько сотен вольт, которые действительно сбрасываются через электропроводную воду. И, заодно, через тела находящихся в воде рыб — которые от этого начинают дёргаться, и угорь их замечает.
              0
              Блин… какой-же удивительный этот мир…

              Как, как такой орган, состоящий из целого набора инструментов, мог развится в процессе эволюции? Я ни разу не за креационизм, целиком за эволюцию, но как?..
                +1
                Миллионы лет, пробы разных вариантов, вот это все.
                Глаза, как мне кажется, намного более удивительная штука, но ведь развились же.
                  0
                  Видел где-то гипотезу развития глаза (видео). На мой взгляд весьма правдоподобно.
                  Начать рассмотрение стоит со светочувствительных клеток на теле организма. Со временем они стали лежать не просто на поверхности, а на вогнутости. Это даёт вполне понятное преимущество — теперь можно худо-бедно определять направление источника света, так как клетки освещаются неравномерно. Затем эта вогнутость усиливалась, пока не образовалась глубокая почти сферическая полость с отверстием — прообраз глаза, так как это давало возможность определять направление ещё лучше. Ну а дальше понятнее: стекловидное тело и хрусталик дают ещё больше преимуществ.
                    0
                    И это еще объясняет наличие «слепого пятна» тем, как зрительный нерв подсоединён.
                    0
                    Причем параллельно у разных видов рыб, в это очень сложно поверить
                      0
                      Вы представляете себе масштабы времени вроде «миллионы лет»?
                    0
                    Раз электричество возникает уже в нервах, то лучше стоит задаваться вопросом об их возникновении.
                    Например, появился мутантик, у которого нервы оказались близки наружу тела, и ими мог влиять на планктон или там мелких созданий. Вот и всё, теперь такой становится сытнее, увеличивается в размерах и совершенствует эти системы миллионы лет.
                      0
                      Миллионы лет… миллионы лет… миллионы лет…
                +12
                Интересно каков механизм защиты от своих же разрядов? почему мышцы угря не сокращаются как у жертвы при разряде?
                  0
                  Кстати, очень верное замечание, сегодня добавлю эту часть, спасибо!
                    0
                    А от соседских разрядов угорь так же защищён, как от своих собственных?

                    Или же угри могут при помощи электричества не только «привлекать к себе других особей своего вида», как в статье, — но и нападать на них?
                      +2
                      Да, точно так же защищен. У них, во-первых, жировые прослойки в жизненно важных местах (вокруг мозга, например). Во-вторых, их кожа — своего рода диэлектрик. Во всяком случае, ученые случайно обнаружили, что угорь с раной на коже подвержен воздействию своих же разрядов.
                        +8
                        Значит угорь не только электрический, но еще и диэлектрический )
                          0
                          помнится видео где крокодил схватил угря и его трясёт от удара, угрю хоть бы что, по идее зубами его пробить должен был, толстокожий чтоли?
                    0
                    Вот интересно, почему до сих пор нет стартапа по «матрице» для угрей, 1000в 2а, это ж отличная батарейка, которой только воду меняй да корм подсыпай.
                      0
                      Так толку от этих 2А, они выдаются по 1-2мс, сумарной длительностью не больше 10мс. Потом часы набираются. Средний ток получается меньше, чем надо на насосы для воды(не говоря о корме)
                      0
                      600v*2a=1200Wh
                      2000w/60m/60s/1000ms = 0,0005Wms*10 разрядов = 0,005w = 1 охота.
                      0,005w *365 = 1825mW/год

                      Пальчиковая батарейка
                      1500mAh*1.5v= 2250mWh
                        0
                        600v*2a=1200Wh
                        Всё-таки 1200W
                        А так всё верно. Реального профита никакого.
                          0

                          А если использовать спец. добавки к корму? Мы же можем их всем подряд кормиит-не есть же.Можно даже попробовать вывести вид, с лучшими показателями мощности на одну охоту(а их кстати может быть много).
                          Также рыба использует для дыхания обычный воздух, а значит это намного упрощает весь процесс(незнаб точно, но наверное можно даже без воды держать, просто подключив напрямую трубки с питательной жидкостью)


                          В общем это больше задача для биолгов и генетиков, чем для инженеров.

                      –1
                      Кто-нибудь угря пробовал? Каков он на вкус?
                        +10
                        как Крона 9-ти Вольтовая… только мощнее…
                        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                            +1
                            Очень рекомендую крону под соусом из пальчиковых duracell. Бодрящий деликатес!
                              0
                              Заядлые автомобилисты знают походное блюдо: разряженный автоаккумулятор под стаканчик незамерзайки.
                                –1
                                Ждем-с на Bash.im… :D
                                  0
                                  А жареных гвоздей не пробовали?
                            0
                            Про скатов тоже будет интересно почитать
                              0
                              Немного в тему статьи, интересный факт: среди млекопитающих, электролокацией обладают ехидна и утконос. Видимо в ходе эволюции она оказалась менее эффективной чем привычные нам органы чувств.
                                0
                                Если впаять человеку такое, то можно будет заряжать оборудование пальцем и делать гешефт во всех сферах с помощью электричества. Теслачеловек
                                  0
                                  image

                                Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                Самое читаемое