рыбы которые бьются током
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.
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.
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
Какие рыбы могут ударить электричеством и как они это делают
Но вот парализовать человека электрический угорь может. А парализованный в воде человек может легко утонуть. Такие случаи бывали. Кроме обороны, угорь может использовать электрические разряды для навигации. Он посылает слабые импульсы напряжением в 10 вольт, а затем фиксирует изменения в отраженном разряде. Живые организмы создают собственные электрические поля, которые искажают сигнал. Электрорецепторы на коже угрей и других видов рыб позволяют им улавливать эти изменения.
Кроме угрей, пользуется электролокацией, например, акула-молот. Она способна обнаружить под песком добычу, фиксируя исходящие от нее электрические сигналы. Также электрическими разрядами для обороны и охоты пользуются электрические скаты. Все эти морские обитатели делятся на слабо- и сильноэлектрических. Это деление зависит от наличия у них определенных типов органов.
Всего у электрических рыб есть три типа электрических органов — Хантера, Мена и Сакса. Первые два генерируют токи высокого напряжения, а последний — слабые токи для навигации. Все эти органы состоят из специальных клеток — электроцитов. В этих клетках содержится фермент — Na-K-АТФаза, — который заставляет ионы натрия скапливаться на внешней стороне мембраны клетки, а ионы калия — на внутренней. В результате внутри клетки становится больше положительных ионов, а снаружи — отрицательных. Возникает электрический градиент, который существует до тех пор, пока ионный канал не откроется. Как только канал открывается, электрический градиент стремится выровняться и возникает электрический ток.
В клетках организма человека тоже есть такие ионные насосы. Но возникающая в обычных клетках разность потенциалов довольно маленькая по сравнению с той, что наблюдается у электрических угрей и других подобных рыб
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
В глубинах морей и океанов обитает большое количество удивительных существ, среди которых скат и угорь. Эти создания прославились тем, что для защиты и охоты используют электричество. Однако большинство людей и представить не могут, каким образом живой организм способен выполнять роль мощной батареи.
Кто вырабатывает электричество?
Сразу в качестве интересного факта стоит отметить, что электричество вырабатывают все рыбы, просто 99% видов генерируют очень слабые заряды, не ощутимые при взаимодействии. Морские существа способны вырабатывать электричество благодаря особому устройству мышц, которые вырабатывают и накапливают электричество. Некоторые виды в процессе эволюции научились аккумулировать большие заряды и бить ими противника. Наиболее преуспели в этом занятии скаты, угри, звездочеты, гимнархи, а также отдельный вид сомов.
Как рыбы вырабатывают электричество?
Все виды электрических морских существ вырабатывают электричество во время движения. За счет того, что мышцы постоянно меняют свою форму и взаимодействуют с окружением, они накапливают электричество. При этом, голова и хвост выступают в роли плюса и минуса соответственно. Это помогает удерживать заряд в мышцах, словно в батареи.
Подробнее разберем, что представляют собой мышцы для накапливания зарядов. Они могут отличаться внешне у каждого вида рыбы, но имеют схожую структуру. Мышцы состоят из столбиков, которые, в свою очередь, разбиты на пластины. Для накапливания электричества столбики соединены параллельно, а пластины последовательно. Между ними находится разность потенциалов, из-за чего при движении аккумулируется энергия, происходит накопление заряда.
Как рыбы бьют током?
Удар током осуществляется с помощью импульсов. Рыба целенаправленно бьет ими жертву. Некоторые виды намеренно испускают в жертву примерно 500 импульсов, чтобы окончательно поразить противника. Соответственно, удары являются осознанными и направленными, нельзя получить заряд, просто дотронувшись до рыбы.
В большинстве случаев используют свое “оружие” рыбы только при прямом контакте с жертвой. В определенных ситуациях могут пустить ток на небольших расстояниях, чтобы отогнать более крупного хищника. У вышеперечисленных рыб разность потенциалов, развиваемая на концах электрических органов, может достигать 1200 вольт (электрический угорь), а мощность разряда в импульсе от 1 до 6 киловатт (электрический скат Torpedo nobiliana).
Электрический скат Torpedo nobiliana
Опасны ли электрические рыбы человеку?
Даже слабый заряд при подобных параметрах может серьезно повредить здоровью человека, особенно на глубине. Бывали случаи, когда выброшенные на берег рыбы буквально сбивали людей на землю при контакте, из-за чего срочно требовалось врачебное вмешательство.
Электрический угорь
Электрические угри обитают в Южной Америке, в реках, и охотятся на мелкую рыбу. Взрослые особи вырастают в длину от 1 до 3 метров, но даже они нередко становятся жертвами местных хищников. Из-за этого угри вынуждены использовать электричество не только для охоты, но и для обороны.
Мышцы для накопления энергии, которые также часто называются “электрические органы”, располагаются вдоль позвоночника и составляют примерно 80% от общей массы угря. Заряд постепенно накапливается в специальных пузырчатых складках, после чего в нужный момент распространяется в пространстве, поражая все живое в радиусе. Данным способом рыба парализует жертву, после чего может приниматься за поедание. Чтобы ток ударил существо, оно должно находиться как можно ближе. Но бывали ситуации, когда рыбаки ловили угря на крючок и получали разряд без контакта с ним: ток проходил по леске вверх и бил сразу, как только человек до нее дотрагивался.
Электрический скат
Данный вид существ знаменит не только способностью вырабатывать электричество, но и своей приплюснутой формой, напоминающей небольшое полотенце. Они обитают преимущественно на дне океанов и достигают 180см в длину.
Электрическую энергию скаты накапливают по всему телу за счет сокращения мышц. Даже юные особи способны бить током с напряжением от 8В. Это помогает охотиться и обездвиживать маленькую рыбу.
О свойствах скатов знали еще в Древнем Египте. Местные врачи использовали легкие удары током юных особей в медицинских целях. Считалось, что небольшие разряды помогают человеку избавиться от болезней.
Живые электрошокеры: обнаружен вид рыб, способных выдавать разряды до 860 вольт
Учёным из Университета Сан-Паулу (Бразилия) и Национального музея естественной истории (США) удалось открыть два новых вида электрических угрей. Один из них способен выдавать разряды до 860 вольт — больше, чем какое-либо из известных науке живых существ. Также исследователи обнаружили, что угри способны собираться в небольшие стаи и координировать свои атаки для более успешной охоты и борьбы с хищниками. Об этом сообщает журнал Nature Communications.
До сих пор считалось, что существует всего один вид электрических угрей. Он был открыт более 250 лет назад и описан Карлом Линнеем в 1766 году. По своему строению эти рыбы биологически ближе к сомам и карпам, но из-за внешнего сходства с угрями получили такое название. Электрических угрей отличает особый орган, способный выдавать разряды сильного переменного тока, и рыбы пользуются им для охоты, отпугивания хищников, а также для коммуникации и ориентирования.
В своей работе бразильские и американские учёные взяли образцы ДНК у 107 особей из различных областей Амазонских джунглей: Бразилии, Суринама, Французской Гвианы и Гайаны. Затем исследователи изучили полученную ДНК и пришли к выводу, что имеют дело не с одним, а с тремя видами внешне очень схожих рыб. Этот вывод также подтвердился после изучения анатомии угрей и мест их обитания. Одним из самых важных критериев выделения особей в отдельный вид стало максимальное напряжение выдаваемого ими электрического разряда.
«Ключевым критерием для проведения различий стало для нас электрическое напряжение. Ранее для определения нового вида он не использовался», — говорит один из авторов работы профессор Университета Сан-Паулу Наэрсиу Менезес.
Вид, выдающий рекордно высокое напряжение в 860 вольт, назвали Electrophorus voltai в честь изобретателя гальванической батареи Алессандро Вольта. Для сравнения, обычный электрический угорь Electrophorus electricus выдаёт разряд в 650 вольт.
Другой открытый вид электрических угрей назвали Electrophorus varii в честь ихтиолога Смитсоновского института Ричарда Вари, внёсшего большой вклад в изучение рыб бассейна Амазонки. Этот угорь способен выдавать разряды до 572 вольт. Ареалы проживания двух новых видов расположены южнее области распространения обычного электрического угря.
Учёные объясняют разницу в мощности электрического органа угрей условиями обитания трёх видов. Electrophorus voltai живёт в более быстрых и пресных реках, вода в которых хуже проводит электричество, а два других вида населяют медленные реки и озёра. Их насыщенная солями вода лучше проводит электрические разряды, что позволяет угрям экономить энергию.
Исследователям удалось также выявить новые особенности поведения угрей. Выяснилось, что эти рыбы могут собираться в стаи до десяти особей и координировать свои атаки для достижения лучшего эффекта, будь то отпугивание хищника или парализация жертвы. До сих пор считалось, что электрические угри ведут одиночный образ жизни.
Также оказалось, что их разряд обладает высоким напряжением, но очень маленькой силой тока (около 1 ампера, для сравнения — сила тока в бытовых сетях обычно составляет 10—20 ампер). Учёные определили, что для усиления эффекта электрические угри выдают короткие мощные разряды переменного тока, после чего им требуется какое-то время для «подзарядки» своей биологической батареи.
Команда биологов продолжает работу в бассейне Амазонки. Исследователи намерены определить причину, по которой произошло разделение видов. Также, по мнению учёных, дальнейшее изучение особенностей электрических угрей поможет в разработке вживляемых устройств, которые смогут питать энергией медицинские сенсоры или протезы.
Электрические рыбы
Электрические рыбы или рыбы-электрошокеры!
Электроэнергия вырабатывается в специальных органах в результате особых биохимических реакций.
Электрические органы (ЭО) у разных видов рыб располагаются в самых разнообразных частях тела, но заряжаются они не химически, а за счет нервных импульсов! Орган устроен таким образом, что один его конец (хвост, усы или пр.) расположен в воде, а другой располагается внутри тела, где системой проводников связан с электрочувствительными клетками. По сигналу нервной системы резко уменьшается сопротивление проводников и рыба поражает током, после чего ЭО снова переходит в режим зарядки.
К электрическим рыбам по современной систематике относят рыб пяти групп:
Такие мощные разряды скаты используют для отпугивания врагов и добычи другой рыбы для пропитания.
Интересно, что целительная сила электро-рыб была известна людям с давних времен. Еще в Древней Греции врачи применяли скатов для лечения ревматизма и головной боли, в качестве анестезии при операциях и даже для облегчения родовых мук.
Электрический угорь или южноамериканская рыба-змея не имеет ничего общего с обычными угрями, кроме внешнего сходства. Эта крупная (до 3 метров!) рыба покрыта голой кожей без чешуи. Мощность импульса взрослой особи составляет более 6 киловатт при напряжении около 1000 вольт! При этом, электрическое поле, производимое рыбой-змеей, находится в радиусе более 3 метров. Мощные разряды рыбы используют в качестве обороны или охоты. С помощью электроэнергии малой силы угри ориентируются в пространстве и социализируются с сородичами.
Человеку и этот вид электрической рыбы известен издавна! Некоторые народы вполне успешно применяли электрического сома в качестве физиотерапии с целью укрепления организма, а также при лечении душевных расстройств, подагры или ревматизма.
Слабым электрогенератором является европейский или обыкновенный звездочёт, он же морская коровка. Этот малоподвижный хищник способен вырабатывать электрические разряды не больше 50 вольт, что мало, для поражения жертвы током. Рыба приманивает свою добычу язычком, похожим на красного червяка. С какой целью он вырабатывает электроэнергию – настоящая загадка для ученых! Для ориентации в пространстве звездочет электричество тоже не использует.
Эта рыба вообще редко выбирается из грунта и покидает засаду только в случае крайней опасности.
Сегодня электрические угри часто служат украшением больших любительских или демонстрационных аквариумов.
Интересно, что способность этих рыб генерировать разряды настолько впечатлила знаменитого актера Марлона Брандо, что тот принялся разводить у себя в бассейне электрических угрей, надеясь с их помощью получать весьма экстравагантную электроэнергию для своего дома!