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.

ОКАЗЫВАЕТСЯ, электричество вырабатывают не только люди!

Среди электрических рыб первенство принадлежит электрическому угрю, живущему в притоках Амазонки и других реках Южной Америки. Взрослые особи угря достигают двух с половиной метров. Электрические органы - преобразованные мышцы - располагаются у угря по бокам, простираясь вдоль позвоночника на 80 процентов всей длины рыбы. Это своеобразная батарея, плюс которой находится в передней части тела, а минус - в задней. Живая батарея вырабатывает напряжение около 350, а у самых крупных особей - до 650 вольт. При мгновенной силе тока до 1-2 ампер такой разряд способен свалить с ног человека. С помощью электрических разрядов угорь защищается от врагов и добывает себе пропитание.

В реках Экваториальной Африки обитает другая рыба - электрический сом. Размеры его поменьше - от 60 до 100 см. Специальные железы, вырабатывающие электричество, составляют около 25 процентов общего веса рыбы. Электрический ток достигает напряжения 360 вольт. Известны случаи электрического шока у людей, купавшихся в реке и нечаянно наступивших на такого сома. Если электрический сом попадается на удочку, то и рыболов может получить весьма ощутимый удар током, прошедшим по мокрым леске и удилищу к его руке.

Однако умело направленные электрические разряды можно использовать в лечебных целях. Известно, что электрический сом занимал почетное место в арсенале народной медицины у древних египтян.

Вырабатывать весьма значительную электрическую энергию способны и электрические скаты. Их насчитывается более 30 видов. Эти малоподвижные обитатели дна, размером от 15 до 180 см, распространены главным образом в прибрежной зоне тропических и субтропических вод всех океанов. Затаившись на дне, иногда наполовину погрузившись в песок или ил, они парализуют свою добычу (других рыб) разрядом тока, напряжение которого у разных видов скатов бывает от 8 до 220 вольт. Скат может нанести значительный удар током и человеку, случайно соприкоснувшемуся с ним.

Помимо электрических зарядов большой силы рыбы способны вырабатывать и низковольтный, слабый по силе ток. Благодаря ритмическим разрядам слабого тока с частотой от 1 до 2000 импульсов в секунду, они даже в мутной воде превосходно ориентируются и сигнализируют друг другу о возникающей опасности. Таковы мормирусы и гимнархи, обитающие в мутных водах рек, озер и болот Африки.

Вообще же, как показали экспериментальные исследования, практически все рыбы, и морские, и пресноводные, способны излучать очень слабые электрические разряды, которые можно уловить лишь с помощью специальных приборов. Эти разряды играют важную роль в поведенческих реакциях рыб, особенно тех, которые постоянно держатся большими стаями.

Из журнала «Наука и жизнь» №3, 1998 г.

Электрический угорь - крупная рыба, длинной от 1 до 3 метров, вес угря достигает 40 кг. Тело угря вытянутое - змеевидное, покрыто серо-зеленой кожей без чешуи, причем в передней части оно округло, а ближе к хвосту приплюснуто с боков. Угри обитают в Южной Америке, в частности, в бассейне реки Амазонка.

Крупный угорь создает разряд напряжением до 1200 В и силой тока до 1 А. Даже небольшие аквариумные особи вырабатывают разряды от 300 до 650 В. Таким образом, электрический угорь может представлять серьезную опасность для человека.

Электрический угорь накапливает значительные заряды электричества, разряды которого использует для охоты и обороны от хищников. Но угорь - не единственная рыба, производящая электричество.

Электрические рыбы

Помимо электрических угрей, огромное количество пресноводных и морских рыб способны генерировать электричество. Всего насчитывается около трехсот таких видов из различных неродственных семейств.

Большинство «электрических» рыб используют электрическое поле для навигации или нахождения добычи, но отдельные представители располагают более серьезными зарядами.

Электрические скаты - хрящевые рыбы, родичи акул, в зависимости от вида могут имеют напряжение заряда от 50 до 200 В, сила тока при этом достигает 30 А. Подобный заряд может поразить довольно крупную добычу.

Электрические сомы - пресноводные рыбы, достигают 1 метра в длину, вес не превышает 25 кг. Несмотря на относительно скромные размеры, электрический сом способен выработать 350-450 В, при силе тока в 0,1-0,5 А.

Электрические органы

Упомянутые рыбы проявляют необычные способности благодаря видоизмененным мышцам - электрическому органу. У различных рыб это образование имеет различное строение и размер, и расположение, например, у электрического угря оно размещается по обе стороны вдоль тела и составляет около 25% массы рыбы.

В японском аквариуме Эносимы электрический угорь используется для освещения рождественской ели. Дерево соединено с аквариумом, обитающая в нем рыба производит около 800 Вт электроэнергии, чего вполне достаточно для иллюминации.

Любой электрический орган состоит из электрических пластинок - видоизмененных нервных и мышечных клеток, мембраны которых и создают разность потенциалов.

Электрические пластинки, соединенные последовательно, собраны в столбики, которые параллельно соединенны между собой. Разность потенциалов, вырабатываемая пластинками накапливается на противоположных концах электрического органа. Остается только активировать его.

Электрический угорь, например, изгибается, и между положительно заряженной передней частью тела и отрицательно заряженной задней проскакивает серия электрических разрядов, поражая жертву.

Разность потенциалов на концах электрических органов может достигать 1200 вольт, а мощность разряда в импульсе — от 1 до 6 киловатт. Частота импульсов зависит от их назначения. Например, электрический скат испускает 10—12 импульсов, когда защищается, и от 14 до 562, когда нападает. Мощность напряжения в разряде у разных рыб колеблется от 20 до 600 вольт. Среди морских рыб самый «сильный» электрический орган у ската Torpedo maromata — он может генерировать разряд более 200 вольт. Электричество защищает его и от акул, и от осьминогов, а также позволяет охотиться на мелких рыб.

У пресноводных рыб разряды еще мощнее. Дело в том, что соленая вода лучше проводит электричество, чем пресная. Поэтому морским рыбам, чтобы оглушить противника, требуется меньше энергии. Одна из самых опасных пресноводных рыб — это электрический угорь из Амазонки. На его теле три электрических органа. Два из них для навигации и поиска добычи, а третий представляет собой мощнейшее оружие с напряжением более 500 вольт. Электрический удар такой силы не только убивает рыбу и лягушек, но даже может нанести серьезный вред человеку. Поэтому ловить амазонских угрей очень опасно. Для этого в реку загоняют стадо коров, чтобы угри истратили на них весь свой заряд. Только после этого люди заходят в воду.

Некоторые рыбы используют электричество для навигации. Например, нильский слоник или рыба-нож создают вокруг себя электромагнитное поле. Когда в него попадает посторонний объект, рыба сразу это чувствует. Такая навигационная система напоминает эхолокацию летучих мышей. Она позволяет хорошо ориентироваться в мутной воде. Как показали исследования, многие электрические рыбы настолько чувствительны к изменению электромагнитных полей, что способны «предвидеть» приближающееся землетрясение.

Вэтом случае все легко объяснимо: в воде контактируют два металла – покрытие блесны и ее основа. А известно, что два металла при наличии ионов солей в воде, которые непременно имеются в речной и прудовой воде, дают электрический ток. Потенциал крайне незначительный, но он вполне сопоставим с тем, который возникает вокруг живой рыбки. Вот это и будет привлекать хищника. А если учитывать, что блесна вращается или колеблется, то это еще больше усиливает эффект приманки.

Все животные в процессе жизнедеятельности и при нервно-мышечной активности генерируют низкочастотные электрические поля, которые могут быть относительно сильными, а активность изменяется в соответствии с изменениями напряженности поля. Но органы чувств, способные обнаруживать малые электрические поля, известны только у рыб и обычно являются видоизменением боковой линии.

Рецептор разряжается спонтанно с частотой около 100 импульсов в 1 секунду, анодный ток у входа в канал увеличивает частоту, а когда его действие прекращается, наступает период молчания. Катодный ток уменьшает частоту потенциалов действия. В клетках фазного рецептора возникает рецепторный потенциал колебательного типа. Нервные волокна имеют короткий период задержки (0,2 мс), поэтому передача вполне может быть названа электрической.

Электрические рыбы способны различать направление и полярность поля, изменения его формы под действием проводников или непроводников, например проволочной сетки. Существует немало разнообразных видов животных, чувствительных к слабым электростатическим полям.

Механизм обнаружения животными слабых электромагнитных полей пока не выяснен. Можно предположить, что одним из механизмов обнаружения магнитного поля является индукция электрического поля в чувствительных к нему клетках. Электрические органы могут выполнять две функции: оглушение жертвы и электролокацию.

Большинство слабоэлектрических рыб обитают в мутной воде или активны ночью. Они посылают постоянные серии импульсов и обнаруживают небольшие изменения электрического поля окружающей среды; некоторые из них для более тщательного зондирования среды изменяют частоту посылаемых импульсов.

Сильноэлектрические рыбы дают мощные разряды, которые оглушают жертву или хищника. Некоторые рыбы, помимо основного органа, испускающего высоковольтные импульсы, имеют органы, непрерывно генерирующие низковольтные сигналы.

У «низкочастотных» видов электрические органы произошли из мышц, а органы «высокочастотных» видов преобразованы из нервов. Помимо электрических полей, рыбы могут использовать магнитное поле для ориентации во время миграций и для биолокации своих жертв. Так, у щуки вокруг головы, примерно в области глаз, создается переменное магнитное поле с частотой 8-9 Гц. Это привилегия не только рыб. Магнитное поле создается вокруг головы большинства позвоночных животных, и обусловлено оно электрическим действием мозга.

Однако хищные рыбы (в нашем случае щука) используют пульсирующее магнитное поле для обнаружения объектов их охоты. Своим переменным магнитным полем щукa как бы наводит электрический потенциал, который она может воспринимать с помощью электрорецепторов. Эта зубастая хищница действует точно по закону Фарадея. Она пересекает магнитными линиями тело рыбы, индуцирует в нем электрические потенциалы между хвостом и головой и таким образом определяет, где находится сама рыба и в какую сторону направлены ее хвост и голова. Да и голову жертвы хищники могут обнаруживать по пульсирующему магнитному полю, так как у них есть магниторецепторы.

Обычная блесна не имеет биметаллического покрытия и не привлекает рыб слабыми электрическими токами. Видимо скоро придется менять технологию изготовления блесен. Например, в лепесток блесны могут быть вставлены магниты, которые будут имитировать переменное магнитное поле, создаваемое вокруг головы живой рыбы, и тем самым привлекать хищников даже при недостаточном освещении и в мутной воде.

Помимо электрических полей, рыбы могут использовать магнитное поле для ориентации во время миграций и для биолокации своих жертв. Так, у щуки вокруг головы, примерно в области глаз, создается переменное магнитное поле с частотой 8-9 Гц.

Юрий Симаков "Рыбачьте с нами" 4/2006