Александр Лаздин - Электричество в жизни рыб

Среди обыкновенных скатов наиболее исследован шиповатый скат — морская лисица. В ответ на раздражение морская лисица через 0,27 с рефлекторно генерирует 2—5 разрядов, каждый продолжительностью 0,01 с, частота следования — 35 разрядов в секунду. Максимальное напряжение, возникающее между головой и хвостом, 0,18 В.

На силу и частоту разрядов электрических органов большое влияние оказывает температура. Обычно при увеличении температуры частота разрядов возрастает, а сила уменьшается. Морская лисица — холодноводная рыба, поэтому наиболее четкий разряд у нее отмечается при температуре 21°.

Предполагалось, что в экспериментальных условиях разряды морской лисицы можно вызвать только с помощью принудительной стимуляции. Однако наблюдения сотрудников лаборатории ориентации рыб Института эволюционной морфологии и экологии им. А. Н. Северцова показали, что в определенное время года морские лисицы в некоторых поведенческих ситуациях испускают разряды спонтанно.

В отличие от сильноэлектрических рыб, звездочетов и обыкновенных скатов, излучающих отдельные разряды, типичные слабоэлектрические рыбы излучают серии почти непрерывных и ритмичных импульсов. Напряжение тока, генерируемого слабоэлектрическими рыбами, измеряется десятыми долями вольта. По характеру разрядов все эти рыбы могут быть подразделены на две группы.

К первой относят рыб, у которых разряды регулярные, монофазные, с относительно большой длительностью импульсов (2—10 мс). Частота следования импульсов варьирует от 60 до 940 в секунду. Среди рыб этой группы наиболее изучен гимнарх. Его разряды состоят из электрических импульсов, непрерывно следующих друг за другом с частотой приблизительно 300 импульсов в секунду. Импульсы гимнарха можно зарегистрировать и вне воды, если держать рыбу в воздухе, а электроды наложить непосредственно на кожу. Частота излучения электрических импульсов у гимнарха меняется только при изменении температуры воды (раздражение и физиологическое состояние не оказывают влияния). Наиболее четко проявляются разряды при температуре воды 28°.

Излучаемые гимнархом разряды состоят из отдельных монофазных импульсов длительностью 1,3 мс с интервалами 2,3 мс (рис. 8). Хвост рыбы становится электроотрицательным относительно головы. Разность потенциалов, возникающих на хвосте и голове,— сотые доли вольта.

Каждый разрядный импульс образует вокруг гимнарха характерное электрическое поле (рис. 9), оно расположено горизонтально по оси тела. Поле у головы и хвоста рыбы несимметрично — вокруг головы более растянуто, что обусловлено расположением электрических органов на хвосте гимнарха.

У слабоэлектрическпх рыб второй группы разряды состоят из сложных двух- и полифазных импульсов очень малой длительности с изменяющейся амплитудой. Частота следования импульсов меняется: возрастает пли уменьшается (0—200 импульсов в секунду) в зависимости от степени возбуждения рыб.

Наиболее типичный и хорошо исследованный представитель этой группы — африканский слоник. Его разряды состоят из отдельных двухфазных синусоидальных импульсов, амплитуда и частота следования которых зависят от степени возбуждения рыбы и факторов окружающей среды: температуры, освещенности, солености воды, присутствия различных объектов (рис. 10). Частота следования импульсов колеблется от 5 до 50 в секунду.

Рис. 8. Одиночные импульсы гимнарха

Африканский слоник — территориальная рыба. Поэтому особи, лежащие в своих убежищах, начинают обычно генерировать импульсы низкой частоты при появлении рядом посторонних объектов (а также при повышении температуры воды). Продолжительность импульса от 300 мкс до 1 мс, частотный состав от 300 Гц до 20 кГц. Разность потенциалов, возникающая на концах электрического органа, при разряде африканского слоника в воздухе 7—17 В. Разряд африканского слоника начинается с характерного распределения потенциалов на теле рыбы, при этом хвост становится по отношению к голове электроотрицательным. Разряжаясь, слоник образует вокруг себя электрическое поле асимметричной формы (рис. 11). У хвоста эквипотенциальные линии [4] Эквипотенциальная линия — линия электрического поля, все точки которой находятся под одинаковым потенциалом. расположены гуще, чем у головы. По-видимому, на конце электрического органа, находящегося в хвосте, плотность тока больше, чем у передней части. Энергия, выделяемая при разряде отдельного импульса, равна одной миллионной ватта в секунду (теоретические данные).

Хотя многие рыбы, не имеющие электрических органов, способны излучать электрические разряды, большинство из них считалось неэлектрическими. Многие ученые полагали, что зарегистрировать внешнее электрическое поле, создаваемое неэлектрическими рыбами, практически невозможно, так как оно возникает лишь в результате работы специализированных электрических клеток.

Электрические разряды миноги — рыбы, не имеющей электрических органов, впервые обнаружены английским ученым Г. Лиссманом в 1955 г. В 1958 г. было установлено, что электрические разряды излучают также обыкновенные угри. Позднее способность пресноводных и морских неэлектрических рыб генерировать электрические разряды была изучена более полно.

Рис. 9. Электрическое поле гимнарха (вид сверху)

Несмотря на то что разряды неэлектрических рыб разных видов несколько отличаются, в них отмечены и общие особенности. Амплитуда напряжения разрядов обычно не превышает 100—200 мкВ (она несколько выше лишь у некоторых рыб из семейств осетровых, лососевых, сельдевых и сомовых).

Рис. 10 Импульсы африканского слоника а — чередование импульсов в электрическом разряде (осциллограмма)

б — одиночный импульс (внизу отметки времени с интервалами 2 мс)

Рис. 11. Электрическое поле африканского слоника. Жирная линия обозначает рыбу (хвост справа). Числа характеризуют соответствующие эквипотенциальные линии поля (в милливольтах).

Частота разрядов неэлектрических рыб лежит в широкой области спектра — от долей герца до 2 кГц. Низкочастотный компонент разряда — 0,1—10 Гц — можно зарегистрировать при движении заряженных участков тела рыбы относительно электродов. Высокочастотный компонент разрядов — от 20 Гц до 2 кГц — проявляется только в момент, когда рыба возбуждена: при нападении или обороне, резких движениях и смене ситуаций. Электрические поля, образующиеся при таких разрядах, взаимодействуют между собой: высокочастотные поля как бы накладываются на низкочастотные.