elektrické ryby. Již v dávných dobách si lidé všimli, že některé ryby si nějakým způsobem zvláštním způsobem dostávají vlastní potravu. A teprve docela nedávno se podle historických měřítek ukázalo, jak to dělají. Ukazuje se, že existují ryby, které vytvářejí elektrický výboj. Tento výtok paralyzuje nebo zabíjí jiné ryby a dokonce i malá zvířata.

Taková ryba plave, plave, aniž by někam spěchala. Jakmile se k němu přiblíží další ryba, vznikne elektrický výboj. Dobře, oběd je připraven. Můžete plavat a spolknout ochrnuté ryby nebo ryby zabité elektrickým proudem.

Jak se u ryb stane, že vytvoří elektrický impuls? Faktem je, že v těle takových ryb jsou skutečné baterie. Jejich počet a velikost v rybách jsou různé, ale princip fungování je stejný. Na stejném principu jsou uspořádány moderní dobíjecí baterie.

Ve skutečnosti jsou moderní baterie vytvořeny v modelu a podobě rybích baterií. Dvě elektrody s elektrolytem mezi nimi. Tento princip byl kdysi špehován na elektrickém rejnoku. Matka příroda má mnohem více zajímavých překvapení!

Na světě dnes existuje více než 300 druhů elektrických ryb. Mají nejvíc různé velikosti a hmotnost. Všechny spojuje schopnost vytvořit elektrický výboj nebo dokonce celou sérii výbojů. Přesto se věří, že nejmocnějšími elektrickými rybami jsou rejnoci, sumci a úhoři.

Elektrické rampy mají plochou hlavu a tělo. Hlava má často diskovitý tvar. Mají malý ocas s ploutví. Elektrické orgány jsou umístěny po stranách hlavy. Na ocasu je umístěno několik dalších malých elektrických orgánů. Jsou dokonce i v těch paprscích, které nejsou elektrické.

Elektrické rampy mohou generovat elektrický impuls o napětí až čtyři sta padesát voltů. Tímto impulsem dokážou rybičky nejen znehybnit, ale i zabít. Člověk, pokud spadne do zóny působení impulsu, to také trochu nenajde. Člověk ale pravděpodobně zůstane naživu, i když v životě jistě zažije nepříjemné chvíle.

elektrický sumec, stejně jako paprsky vytvářejí elektrický impuls. Jeho napětí může být ve velkých sumcích, stejně jako v paprscích, až 450 voltů. Při ulovení takového sumce můžete dostat i velmi znatelný elektrický šok. Sumci elektrický žijí ve vodách Afriky a dosahují velikosti až 1 metru. Jejich hmotnost může být až 23 kilogramů.

Nejnebezpečnější ryba však žije ve vodách Jižní Ameriky. Tento elektrické úhoře. Jsou velmi velké velikosti. Dospělí jedinci dosahují délky tří metrů a hmotnosti až dvaceti kilogramů. Tito električtí obři dokážou vytvořit elektrický impuls o síle až tisíc dvě stě voltů.

Impulzem s takovým napětím dokážou zabít docela velká zvířata, která jsou nevhodně poblíž. Stejný výsledek lze očekávat i u člověka. Výkon elektrického výboje dosahuje šesti kilowattů. Nebude se to zdát moc. To jsou živé elektrárny.

V teplých a tropických mořích, v bahnitých řekách Afriky a Jižní Ameriky žije několik desítek druhů ryb, které jsou schopny čas od času nebo neustále vydávat elektrické výboje různé síly. Tyto ryby svůj elektrický proud nejen využívají k obraně a útoku, ale také si vzájemně signalizují a předem detekují překážky (elektrolokace). Elektrické orgány se nacházejí pouze u ryb. U jiných zvířat tyto orgány dosud nebyly nalezeny.

Elektrické ryby jsou na Zemi miliony let. Jejich pozůstatky byly nalezeny ve velmi dávných vrstvách zemské kůry – v siluru a devonu. Na starověkých řeckých vázách jsou obrazy elektrického torpéda rejnoka. Ve spisech starověkých řeckých a římských přírodovědeckých spisovatelů je mnoho zmínek o zázračné, nepochopitelné síle, kterou je torpédo obdařeno. Lékaři starověkého Říma uchovávali tyto paprsky ve svých velkých akváriích. Pokusili se použít torpédo k léčbě nemocí: pacienti byli nuceni se dotknout svahu a zdálo se, že se pacienti zotavili z elektrických šoků. Dokonce i v naší době na pobřeží Středozemního moře a na pobřeží Atlantského oceánu na Pyrenejském poloostrově se staří lidé někdy potulují bosí v mělké vodě a doufají, že se pomocí elektřiny torpéda vyléčí z revmatismu nebo dny.

Elektrická torpédová rampa.

Obrysy těla torpéda připomínají kytaru o délce od 30 cm do 1,5 m a dokonce až 2 m. Jeho kůže získává barvu podobnou prostředí (viz článek „Zbarvení a imitace u zvířat“). V pobřežních vodách Středozemního a Rudého moře žijí různé druhy torpéd, indické a Tiché oceány u pobřeží Anglie. V některých zátokách Portugalska a Itálie se torpéda doslova hemží na písčitém dně.

Torpédové elektrické výboje jsou velmi silné. Pokud se tento paprsek dostane do rybářské sítě, jeho proud může projít mokrými vlákny sítě a zasáhnout rybáře. Elektrické výboje chrání torpédo před predátory – žraloky a chobotnicemi – a pomáhají mu lovit rybičky, které tyto výboje paralyzují nebo dokonce zabíjejí. Elektřina na palubní desce se vyrábí ve speciálních orgánech, jakési „elektrické baterie“. Jsou umístěny mezi hlavou a prsními ploutvemi a skládají se ze stovek šestiúhelníkových sloupců želatinové hmoty. Sloupce jsou od sebe odděleny hustými přepážkami, do kterých zapadají nervy. Vrcholy a základny sloupků jsou v kontaktu s kůží zad a břicha. Nervy, které jdou do elektrických orgánů, mají uvnitř „baterií“ asi půl milionu zakončení.

Rejnok discopige je ocellated.

Po několik desítek sekund torpédo vydává stovky a tisíce krátkých výbojů, které proudí z břicha do zad. U napětí odlišné typy paprsky se pohybují od 80 do 300 V při proudové síle 7-8 A. V našich mořích žije několik druhů rejnoků, mezi nimi i rejnok černomořský - mořská liška. Působení elektrických orgánů těchto paprsků je mnohem slabší než u torpéda. Dá se předpokládat, že elektrické varhany slouží jako způsob vzájemné komunikace jako „bezdrátový telegraf“.

Ve východní části pacifických tropických vod žije rejnok discopige. Zaujímá jakoby mezipolohu mezi torpédem a pichlavými svahy. Rejnok se živí malými korýši a snadno je získá bez použití elektrického proudu. Jeho elektrické výboje nemohou nikoho zabít a slouží pravděpodobně jen k odhánění predátorů.

Stingray mořská liška.

Nejen rejnoci mají elektrické orgány. Tělo sumce afrického říčního malapterurus je jako kožich obalené želatinovou vrstvou, ve které vzniká elektrický proud. Elektrické orgány tvoří asi čtvrtinu hmotnosti celého sumce. Jeho vybíjecí napětí dosahuje 360 ​​V, je nebezpečný i pro člověka a samozřejmě smrtelný pro ryby.

Vědci zjistili, že africká sladkovodní ryba Gymnarchus během svého života nepřetržitě vysílá slabé, ale časté elektrické signály. Hymnarchos jimi jakoby sonduje prostor kolem sebe. Plave sebevědomě Kalná voda mezi řasami a kameny, aniž byste se dotkli těla kvůli jakýmkoli překážkám. Stejnou schopností je vybaven africký rybí mormirus a příbuzní elektrického úhoře - jihoameričtí hymnots.

Astrolog.

V Indickém, Tichém a Atlantském oceánu, ve Středozemním a Černém moři žijí rybičky, dlouhé až 25 cm, vzácně až 30 cm – hvězdáři. Obvykle leží na pobřežním dně a sledují kořist plovoucí nad nimi. Proto jsou jejich oči umístěny na horní straně hlavy a dívají se nahoru. Odtud také název těchto ryb. Některé typy hvězdářů mají na korunách umístěny elektrické varhany, sloužící pravděpodobně k signalizaci, i když jejich účinek je patrný i pro rybáře. Přesto rybáři volně loví spoustu hvězdářů.

Úhoř elektrický žije v jihoamerických tropických řekách. Jedná se o šedomodrou hadovitou rybu do 3 m Podíl hlavy a břišní části tvoří pouze 1/5 jeho těla. Podél zbývajících 4/5 těla jsou na obou stranách umístěny složité elektrické orgány. Skládají se z 6-7 tisíc desek, které jsou od sebe odděleny tenkou skořápkou a izolované výstelkou z želatinové hmoty.

Destičky tvoří jakousi baterii, jejíž výboj směřuje od ocasu k hlavě. Napětí generované úhořem stačí k zabití ryby nebo žáby ve vodě. Špatné pro úhoře a lidi koupající se v řece: elektrický orgán úhoře vyvine napětí několik stovek voltů.

Úhoř vytváří zvláště silné napětí, když se vyklene, takže oběť je mezi ocasem a hlavou: získá se uzavřený elektrický prstenec. Elektrický výboj úhoře přitahuje další úhoře v okolí.

Tuto vlastnost můžete využít. Vypuštěním jakéhokoli zdroje elektřiny do vody je možné přilákat celé stádo úhořů, jen je potřeba zvolit vhodné napětí a frekvenci výbojů. Maso elektrického úhoře se konzumuje v Jižní Americe. Chytit ho je ale nebezpečné. Jeden ze způsobů odchytu je kalkulován s tím, že úhoř, který má vybitou baterii, se stává na dlouhou dobu bezpečným. Rybáři to proto dělají: zaženou do řeky stádo krav, napadnou je úhoři a utrácejí zásoby elektřiny. Když rybáři vyhnali krávy z řeky, bili úhoře oštěpy.

Odhaduje se, že 10 000 úhořů by mohlo poskytnout energii pro pohyb elektrického vlaku během několika minut. Poté by ale vlak musel na několik dní zastavit, než by úhoři obnovili dodávku elektrické energie.

Studie sovětských vědců ukázaly, že mnohé z obyčejných, takzvaných neelektrických ryb, které nemají speciální elektrické orgány, jsou při vzrušení stále schopné vytvářet ve vodě slabé elektrické výboje.

Tyto výboje tvoří charakteristická bioelektrická pole kolem rybího těla. Bylo zjištěno, že takové ryby, jako je okoun říční, štika, jelen, sekav, karas, rudd, chřástal atd., mají slabé elektrické pole.

Ze všech obratlovců jsou pouze ryby schopny produkovat dostatek elektrické energie k paralýze nebo dokonce k zabití člověka. Elektrické orgány slouží rybám k obraně, orientaci, lovu, případně komunikaci. Asi dvě stě padesát druhů ryb je schopno generovat elektrickou energii; však náboj takové síly, že může sloužit jako zbraň proti člověku, hromadí pouze elektrické úhoře ( Electrophorus electricus), žijící v Jižní Americe a elektrické paprsky patřící rodině Torpedinidae.

Jak zvířata vytvářejí tak silné impulsy elektrické energie, zůstává pro vědce záhadou, ale povaha živočišné elektřiny je zcela jasná. Elektrická energie se vyskytuje v těle jakéhokoli zvířete – včetně člověka. Elektrické impulsy probíhají podél nervových vláken a dávají mozkovým buňkám, ale i jiným buňkám signály o různých jevech. Dokonce i čtení těchto stránek, čtenáři, produkuje elektrické signály; ale električtí úhoři a některé paprsky akumulují tolik energie, že se používá jako zbraň proti jiným rybám a zvířatům. Podívejme se, jak se tvoří.

O tom, že zvířecí tkáně vyrábějí elektřinu, se lidstvo dozvědělo v roce 1791, kdy Luigi Galvani, profesor anatomie na univerzitě v Bologni, zjistil, že nervové a svalové tkáně žabí nohy reagují na elektrický proud. V průběhu času vědci zjistili, že pulsy, které vysílají signály napříč nervový systém lidské, mají elektrochemickou povahu. Zjednodušeně můžeme říci, že nervové signály jsou pohyb iontů, tedy nabitých částic přes membrány nervových buněk. Ve stavu klidu nebo nečinnosti buňky má její obal negativní potenciál, protože záporně nabité ionty se hromadí zevnitř buňky; mimo buňku jsou však kladné i záporné ionty a mezi nimi jsou ionty sodíku, které nesou kladný náboj. Když nervová buňka vyšle signál, její plášť změní polaritu a ionty sodíku proniknou skrz ni do buňky a změní její potenciál na pozitivní. Po návratu do normálního stavu se buňka zbavuje iontů sodíku mechanismem, jehož „zařízení“ je neznámé; vědci tomu říkají „sodíková pumpa“, protože se zdá, že pumpuje sodíkové ionty z buňky.

Když buňka vyšle signál, "pumpa" přestane fungovat. Sodíkové a draselné ionty se k sobě přitahují, vyměňují si náboje a neutralizují elektrický potenciál buňky. Drobné výboje putují nahoru nervovým vláknem opouštějícím buňku a vytvářejí elektrické pole v okolní tkáni a tekutině. Signál neboli nervový impuls se šíří nervovým vláknem, dokud nedosáhne bodu, kde se rozvětví do větví nazývaných nervová zakončení. Konce prostupují prostorem oddělujícím jednu nervovou buňku od druhé. Tento prostor mezi dvěma sousedními buňkami nervové tkáně se nazývá synapse.

V určitém okamžiku se nervový impuls směřující do svalu dostane do synapse, na jejíž opačné straně je buňka svalového vlákna. Tento bod, nazývaný neuromuskulární spojení, hraje kritickou roli při výrobě elektřiny u ryb. Když dojde k nervovému impulsu v nervosvalovém spojení, kolem nervových zakončení se uvolní chemická látka zvaná acetylcholin. Acetylcholin, prosakující z nervové buňky do svalu, přenáší impuls do svalového vlákna, depolarizuje je a tím způsobuje elektrický výboj. Předpokládá se také, že další funkcí acetylcholinu je zastavit „sodíkovou pumpu“ v buňce, která umožňuje iontům pronikat přes buněčnou membránu.

Obvykle elektrický signál způsobí stažení svalu, což se projevuje různými pohyby těla zvířete. Některé svaly u ryb však ztratily schopnost se stahovat. Nervová zakončení vedoucí k těmto svalům leží velmi hustě v oblasti nervosvalových spojení a vlákna svalových buněk rostou natolik, že tvoří něco jako živou elektrodu.

Elektrické orgány ryb, jako je elektrický úhoř a elektrické paprsky, se skládají z několika podobných „elektrod“. Když jsou všechny vybité, vzniká elektrický proud o vysokém výkonu. Výboj je řízen svazkem nervů, který u elektrického úhoře odchází z míchy a u elektrického rejnoka z mozku.

Elektrické paprsky, žijící v mírných i tropických pásmech, jsou schopny vytvořit na svých „elektrodách“ napětí až 50 voltů i více; to stačí k zabití ryb a korýšů, kterými se rejnoci živí. Elektrický paprsek vypadá jako pružná palačinka s dlouhým a tlustým ocasem. Při lovu se rejnok řítí ke kořisti celým tělem a „objímá“ ji svými „křídly“, na jejichž koncích jsou elektrické orgány. Objetí se zavře, „elektrody“ se vybijí – a rejnok zabije svou kořist výbojem proudu.

Největší z elektrických paprsků je Torpedo nobiliana, obyvatel vod severního Atlantiku; dosahuje délky 1,8 metru, váží asi 100 kilogramů a je schopen vytvořit potenciální rozdíl 200 voltů - dost na to, aby zabil jakékoli zvíře, které se nachází ve vodě poblíž. Zvláštní účinnost elektrického výboje ve vodě se vysvětluje tím, že voda je dobrým vodičem elektrického proudu.

Elektrický paprsek je zmíněn v mnoha legendách, které se k nám dostaly od nepaměti; tlumočníci snů věřili, že předznamenává bezprostřední neštěstí. Řekové a Římané věděli, že rejnok má zdroj nějaké podivné energie, a protože tehdy elektřina nebyla známa, věřili, že jejím zdrojem je nějaká neznámá látka. Existovala další víra - že rejnok chycený na bronzovém háku zabije rybáře, který opustil náčiní, a smrt nastává v důsledku srážení krve.

Za starých časů se rejnoci používali k léčbě šokem. Léčitelé umístili malé paprsky na hlavy pacientů trpících bolestmi hlavy a jinými neduhy; věřilo se, že rejnok má léčivé vlastnosti.

Elektrický úhoř, který generuje 650voltový výboj - několiknásobek napětí, které dokáže vytvořit i ten největší z rejnoků - by mohl zabít člověka poblíž ve vodě. Elektrický úhoř má málo společného s jinými úhořy; je příbuzný noži a žije v řekách. Elektrický úhoř dosahuje délky 2,7 ​​metru a tloušťky kolem 10 centimetrů. Čtyři pětiny jeho těla zabírají tři elektrické orgány a jen pětinu jeho délky zabírají další orgány, které plní tak důležité životní funkce, jako je dýchání, trávení, rozmnožování a další.

Vody, ve kterých úhoř elektrický žije, jsou někdy chudé na kyslík, ale to úhořovi nevadí: naučil se dýchat i vzdušný kyslík. Četné krevní cévy v jeho tlamě jsou schopny absorbovat kyslík a úhoř zachycuje vzduch, když stoupá k hladině vody.

Mladý elektrický úhoř vidí dobře, ale s věkem se jeho zrak prudce zhoršuje. To úhoře nijak zvlášť nezmate, protože v temné, kalné vodě, kde obvykle žije, jsou oči stále málo platné. Všechny stejné elektrické orgány pomáhají úhořovi hledat kořist: vydává poměrně slabé elektrické impulsy, jejichž napětí nepřesahuje 40 - 50 voltů; tyto nízkonapěťové výboje mu pomáhají najít malý mořský život, kterým se úhoř živí. Električtí úhoři jsou navíc pravděpodobně schopni vzájemně vnímat své elektrické výboje – každopádně, když jeden z nich ochromí oběť elektrickým výbojem, ostatní úhoři se vrhnou na kořist.

Električtí úhoři se dobře přizpůsobují životu v zajetí a jsou často k vidění v akváriích; obvykle je akvárium vybaveno nějakým elektrickým zařízením, které demonstruje jedinečné schopnosti úhoře, například lampou, ke které vedou dráty ze dvou elektrod spuštěných do vody. Když jsou do akvária vhozeny kousky potravy nebo rybičky, lampa se rozsvítí, protože úhoř, když ucítí kořist, začne ve vodě generovat elektrické výboje. Akvárium lze vybavit i zesilovači zvuku a návštěvníci pak uslyší statický hluk, který doprovází proudové výboje generované úhořem.

Manipulace s elektrickým úhořem je poměrně nebezpečná záležitost. V londýnské zoo úhoř jednou násilně zabil elektrickým proudem ošetřovatele, který ho krmil. Další úhoř začal generovat elektrické výboje, když byl zanesen kovová krabice a obsluha musela hodit krabici na zem. Ale jen při přímém kontaktu je úder úhoře osudný; plavec, který se ocitne ve vodě blízko výtoku, se však může ve stavu šoku utopit.

Schopnost úhoře generovat obrovské množství elektřina přitahuje pozornost biologů a lékařů již více než století. Během druhé světové války se o to začala zajímat armáda, včetně té americké: dva roky po vstupu Spojených států do války bylo do New Yorku dodáno dvě stě elektrických úhořů ulovených v Jižní Americe. Zoologická zahrada v Bronxu pro ně zřídila dvaadvacet dřevěných bazénů. Úhoři byli při pokusech využíváni ke studiu působení nervových plynů, které blokují přenos nervových vzruchů, a tím mohou zastavit srdce, plíce a další životně důležité orgány. Podstata působení plynů spočívá v tom, že zabraňují rozkladu acetylcholinu poté, co zastaví „sodovou pumpu“ nervové buňky. Normálně se acetylcholin v těle odbourává ihned poté, co dokončí svou funkci; proces rozkladu je řízen enzymem zvaným cholinesteráza. Nervové plyny jen narušují působení tohoto enzymu.

Orgány elektrického úhoře obsahují velký počet cholinesteráza, která se také vyznačuje vysokou aktivitou; vojenští experti proto potřebovali elektrické úhoře přivézt do zoo v Bronxu: sloužili jako zdroj enzymu potřebného ke studiu nervově paralytických účinků jedovatých plynů. Většina pracovníků zoo se dozvěděla až po válce, proč se ve sklepích výběhu lvů chová tolik elektrických úhořů.

Ryby tvoří menší část obyvatel oceánů; mnohem větší část jeho obyvatel tvoří bezobratlí živočichové a právě mezi nimi jsou jak nejmenší a neškodní vodní živočichové, tak největší a nejnebezpečnější.

V dobrodružných filmech a románech odehrávajících se v mořích jižní polokoule se často objevuje obří škeble Třídacna gigas, zobrazený jako jakási živá past, past čekající na neopatrného plavce. Ve skutečnosti se tento obr živí planktonem a vůbec nemá takovou obrovskou sílu, která se mu obvykle připisuje, i když velikost jeho ulity opravdu dosahuje 1,2 metru a hmotnost samotného měkkýše je 220 kilogramů. Neexistuje žádný dokumentovaný případ úmrtí osoby při srážce s Třídacna gigas, ovšem i takové směrodatné zdroje, jaké zveřejnil Američan námořnictvočasopis "Science of the Sea", varuje čtenáře před nebezpečím, které tento měkkýš představuje pro potápěče. Je však nepravděpodobné, že by jej měkkýš, který náhodně uzavřel své chlopně kolem lidské nohy, zadržel; spíše se bude snažit zbavit nepohodlné kořisti.

Dominik Statham

Foto ©depositphotos.com/Yourth2007

Ryby, které dokážou detekovat elektrická pole, se nazývají elektroreceptivní, a ty schopné generovat silné elektrické pole, jako je elektrický úhoř, se nazývají elektrogenní.

Jak elektrický úhoř generuje tak vysoké elektrické napětí?

Elektrické ryby nejsou jediné schopné vyrábět elektřinu. Ve skutečnosti to do té či oné míry dělají všechny živé organismy. Svaly v našem těle jsou například řízeny mozkem pomocí elektrických signálů. Elektrony produkované bakteriemi mohou být použity k výrobě elektřiny v palivových článcích nazývaných elektrocyty. (viz tabulka níže). A přestože každý z článků nese malý náboj, díky skutečnosti, že tisíce takových článků jsou sestaveny v sérii, jako baterie ve svítilně, lze generovat napětí až 650 voltů (V). Pokud jsou tyto řady uspořádány paralelně, lze získat elektrický proud 1 ampér (A), který dává elektrický šok 650 wattů (W; 1 W = 1 V × 1 A).

Jak se úhořovi podaří vyhnout se zásahu elektrickým proudem?

Foto: CC-BY-SA Steven Walling prostřednictvím Wikipedie

Vědci přesně nevědí, jak na tuto otázku odpovědět, ale výsledky některých zajímavé postřehy může tento problém osvětlit. Za prvé, životně důležité orgány úhoře (jako je mozek a srdce) jsou umístěny blízko hlavy, daleko od orgánů, které generují elektřinu, a jsou obklopeny tukovou tkání, která může fungovat jako izolace. Kůže má také izolační vlastnosti, protože bylo pozorováno, že úhoři s poškozenou kůží jsou náchylnější k sebeomráčení elektrickým proudem.

Za druhé, úhoři jsou schopni způsobit nejsilnější elektrické šoky v době páření, aniž by ublížili partnerovi. Pokud je však jiný úhoř zasažen stejnou silou mimo období páření, může ho zabít. To naznačuje, že úhoři mají nějaký obranný systém, který lze zapnout a vypnout.

Mohl se elektrický úhoř vyvinout?

Je velmi těžké si představit, jak by se to mohlo stát v průběhu drobných změn, jak to vyžaduje proces navržený Darwinem. V případě, že rázová vlna byla důležitá od samého začátku, pak místo omráčení by oběť varovala před nebezpečím. Navíc, aby se vyvinula schopnost omráčit oběť v průběhu evoluce, elektrický úhoř by musel zároveň vytvořit systém sebeobrany. Pokaždé, když se objevila mutace zvyšující sílu elektrického výboje, měla vzniknout další mutace, která zlepšila elektrickou izolaci úhoře. Zdá se nepravděpodobné, že by jedna mutace stačila. Například, aby se orgány posunuly blíže k hlavě, bylo by zapotřebí celé řady mutací, které by musely nastat ve stejnou dobu.

I když jen málo ryb dokáže svou kořist omráčit, existuje mnoho druhů, které pro navigaci a komunikaci využívají nízkonapěťovou elektřinu. Električtí úhoři patří do skupiny jihoamerických ryb známých jako nožové (čeleď Mormyridae), které také používají elektrolokaci a předpokládá se, že tuto schopnost vyvinuli spolu se svými jihoamerickými bratranci. Evolucionisté jsou navíc nuceni tvrdit, že elektrické orgány v rybách se osmkrát nezávisle vyvinul. Vzhledem ke složitosti jejich struktury je již zarážející, že tyto systémy se mohly v průběhu evoluce vyvinout alespoň jednou, nemluvě o osmi.

Lapači nožů z Jižní Ameriky a chiméry z Afriky používají k lokalizaci a komunikaci své elektrické orgány a používají řadu různých druhů elektroreceptorů. V obou skupinách existují druhy, které produkují elektrická pole různých složitých průběhů. Dva druhy nožů Brachyhypopomus benetti A Brachyhypopomus walteri tak podobné sobě, že by mohly být připsány stejnému typu, ale první z nich produkuje stejnosměrný proud a druhý - střídavý proud. Evoluční příběh se stane ještě pozoruhodnějším, pokud se ponoříte ještě hlouběji. Aby se jejich elektrolokační zařízení vzájemně nerušila a nevytvářela rušení, používají některé druhy speciální systém, kterým každá z ryb mění frekvenci elektrického výboje. Je pozoruhodné, že tento systém funguje téměř stejným způsobem (pomocí stejného výpočetního algoritmu) jako u výrobce skleněných nožů z Jižní Ameriky ( Eigenmannia) a africké ryby aba-aba ( Gymnarchus). Mohl se takový systém eliminace interference vyvinout nezávisle v průběhu evoluce u dvou samostatných skupin ryb žijících na různých kontinentech?

Mistrovské dílo Božího stvoření

Energetická jednotka elektrického úhoře zastínila všechny lidské výtvory svou kompaktností, flexibilitou, mobilitou, ekologickou nezávadností a samoléčebnou schopností. Všechny části tohoto zařízení perfektní způsob integrovaná do leštěného těla, což dává úhořovi schopnost plavat s velkou rychlostí a hbitostí. Všechny detaily jeho struktury – od malých buněk, které vyrábějí elektřinu, až po nejsložitější počítačový komplex, který analyzuje zkreslení elektrických polí produkovaných úhořem – naznačují záměr velkého Stvořitele.

Jak elektrický úhoř vyrábí elektřinu? (populárně vědecký článek)

Elektrické ryby vyrábějí elektřinu podobným způsobem, jakým to dělají nervy a svaly v našem těle. Uvnitř buněk elektrocytů, speciální enzymatické proteiny tzv Na-K ATPáza odčerpat sodíkové ionty přes buněčnou membránu a absorbovat draselné ionty. („Na“ je chemický symbol pro sodík a „K“ je chemický symbol pro draslík. „ATP“ znamená adenosintrifosfát, molekulu energie používanou k pohonu pumpy.) Nerovnováha mezi ionty draslíku uvnitř a vně buňky má za následek chemický gradient, který opět vytlačuje ionty draslíku z buňky. Podobně nerovnováha mezi ionty sodíku vytváří chemický gradient, který vtahuje ionty sodíku zpět do buňky. Další proteiny vložené do membrány fungují jako kanály pro ionty draslíku, póry, které umožňují iontům draslíku opustit buňku. Jak se kladně nabité draselné ionty hromadí na vnější straně buňky, vytváří se kolem buněčné membrány elektrický gradient, přičemž vnější strana buňky má kladnější náboj než vnitřek. čerpadla Na-K ATPáza (adenosintrifosfatáza sodno-draselná) jsou konstruovány tak, že vybírají pouze jeden kladně nabitý iont, jinak by začaly proudit i záporně nabité ionty, které by náboj neutralizovaly.

Většina těla elektrického úhoře je tvořena elektrickými orgány. Hlavní orgán a Hunterův orgán jsou zodpovědné za tvorbu a akumulaci elektrického náboje. Sachsův orgán generuje nízkonapěťové elektrické pole, které se používá k elektrolokaci.

Chemický gradient působí tak, že vytlačuje draselné ionty, zatímco elektrický gradient je vtahuje zpět. V okamžiku rovnováhy, kdy se chemické a elektrické síly vzájemně vyruší, bude na vnější straně článku asi o 70 milivoltů kladnější náboj než uvnitř. Uvnitř článku je tedy záporný náboj -70 milivoltů.

Více proteinů uložených v buněčné membráně však poskytuje kanály pro sodíkové ionty - to jsou póry, které umožňují sodíkovým iontům znovu vstoupit do buňky. Normálně jsou tyto póry uzavřeny, ale při aktivaci elektrických orgánů se póry otevřou a sodíkové ionty s kladným nábojem se pod vlivem gradientu chemického potenciálu opět dostanou do buňky. V tomto případě se rovnováhy dosáhne, když se uvnitř článku shromáždí kladný náboj až 60 milivoltů. Dochází k celkové změně napětí z -70 na +60 milivoltů, a to je 130 mV nebo 0,13 V. K tomuto vybití dochází velmi rychle, přibližně za jednu milisekundu. A protože v sérii článků je přibližně 5000 elektrocytů, díky synchronnímu vybíjení všech článků lze generovat až 650 voltů (5000 × 0,13 V = 650).

Pump Na-K ATPase (sodno-draselná adenazintrifosfatáza). Pro každý cyklus vstoupí do buňky dva draselné ionty (K+) a tři ionty sodíku (Na+) buňku opustí. Tento proces je řízen energií molekul ATP.

Glosář

Atom nebo molekula, která nese elektrický náboj v důsledku nestejného počtu elektronů a protonů. Iont bude záporně nabitý, pokud obsahuje více elektronů než protonů, a kladně nabitý, pokud obsahuje více protonů než elektronů. Ionty draslíku (K+) a sodíku (Na+) mají kladný náboj.

Spád

Změna nějaké veličiny při pohybu z jednoho bodu v prostoru do druhého. Pokud se například vzdálíte od ohně, teplota klesne. Oheň tedy generuje teplotní gradient, který se vzdáleností klesá.

elektrický gradient

Gradient změny velikosti elektrického náboje. Pokud je například vně buňky více kladně nabitých iontů než uvnitř buňky, bude přes buněčnou membránu proudit elektrický gradient. Vzhledem k tomu, že se stejné náboje vzájemně odpuzují, budou se ionty pohybovat tak, aby vyrovnaly náboj uvnitř a vně buňky. Pohyb iontů v důsledku elektrického gradientu nastává pasivně, pod vlivem elektrické potenciální energie, a ne aktivně, pod vlivem energie přicházející z vnější zdroj například z molekuly ATP.

chemický gradient

Chemický koncentrační gradient. Pokud je například více sodíkových iontů vně buňky než uvnitř buňky, pak chemický gradient sodíkových iontů projde buněčnou membránou. Kvůli náhodnému pohybu iontů a srážkám mezi nimi existuje tendence iontů sodíku pohybovat se z vyšších koncentrací do nižších koncentrací, dokud není vytvořena rovnováha, to znamená, že na obou stranách membrány je stejný počet iontů sodíku. . To se děje pasivně, v důsledku difúze. Pohyby jsou způsobeny kinetickou energií iontů, nikoli energií přijatou z vnějšího zdroje, jako je molekula ATP.

Povídání o možnosti využití ryb magnetické pole Pozemky pro plavební účely, je přirozené nastolit otázku, zda vůbec mohou tento obor vnímat.

Na magnetické pole Země mohou v zásadě reagovat specializované i nespecializované systémy. V současnosti není prokázáno, že by ryby měly specializované receptory citlivé na toto pole.

Jak nespecializované systémy vnímají magnetické pole Země? Před více než 40 lety bylo navrženo, že základem takových mechanismů by mohly být indukční proudy, které vznikají v těle ryb, když se pohybují v magnetickém poli Země. Někteří vědci se domnívali, že ryby během migrace využívají elektrické indukční proudy vyplývající z pohybu (proudění) vody v magnetickém poli Země. Jiní věřili, že některé hlubinné ryby využívají při pohybu indukované proudy, které se vyskytují v jejich těle.

Je vypočteno, že při rychlosti pohybu ryb 1 cm za sekundu je na 1 cm délky těla stanoven potenciálový rozdíl asi 0,2-0,5 μV. Mnoho elektrických ryb, které mají speciální elektroreceptory, vnímá intenzity elektrického pole ještě menší velikosti (0,1-0,01 μV na 1 cm). V principu se tedy mohou při aktivním pohybu nebo pasivním driftu ve vodních tocích řídit magnetickým polem Země.

Analýzou grafu prahové citlivosti hymnarchy došel sovětský vědec A. R. Sakayan k závěru, že tato ryba cítí množství elektřiny proudící jejím tělem, a navrhl, že slabě elektrické ryby mohou určit směr své cesty podél magnetického pole Země.

Sakayan považuje ryby za uzavřený elektrický obvod. Když se ryba pohybuje v magnetickém poli Země, prochází jejím tělem elektrický proud v důsledku indukce ve vertikálním směru. Množství elektřiny v těle ryby při jejím pohybu závisí pouze na vzájemné poloze v prostoru směru dráhy a čáry horizontální složky magnetického pole Země. Pokud tedy ryba reaguje na množství elektřiny proudící jejím tělem, dokáže určit její dráhu a směr v magnetickém poli Země.

I když tedy otázka elektronavigačního mechanismu slabě elektrických ryb ještě není definitivně objasněna, o zásadní možnosti využití indukčních proudů u nich nelze pochybovat.

Naprostá většina elektrických ryb jsou „přisedlé“, nestěhovavé formy. U migrujících neelektrických druhů ryb (treska, sleď atd.) nebyly nalezeny elektrické receptory a vysoká citlivost na elektrická pole: obvykle nepřesahuje 10 mV na 1 cm, což je 20 000krát méně než síla elektrického pole. k indukci. Výjimkou jsou neelektrické ryby (žraloci, rejnoci atd.), které mají speciální elektroreceptory. Při pohybu rychlostí 1 m / s dokážou vnímat indukované elektrické pole o síle 0,2 μV na 1 cm Elektrické ryby jsou na elektrická pole citlivější než neelektrické asi 10 000krát. To naznačuje, že neelektrické druhy ryb se nemohou pohybovat v magnetickém poli Země pomocí indukčních proudů. Pozastavme se u možnosti využití bioelektrických polí rybami při migraci.

Téměř všechny typicky stěhovavé ryby jsou hejnové druhy (sleď, treska atd.). Jedinou výjimkou je úhoř, ale po přechodu do migračního stavu prochází složitou metamorfózou, která pravděpodobně ovlivňuje generovaná elektrická pole.

V období tahu ryby tvoří hustá organizovaná hejna pohybující se určitým směrem. Malá hejna stejných ryb nemohou určit směr migrace.

Proč ryby migrují v hejnech? Někteří badatelé to vysvětlují tím, že podle zákonů hydrodynamiky je usnadněn pohyb ryb v hejnech určité konfigurace. Tento fenomén má však i druhou stránku. Jak již bylo zmíněno, ve vzrušených hejnech ryb se sčítají bioelektrická pole jednotlivých jedinců. V závislosti na počtu ryb, stupni jejich vybuzení a synchronizaci záření může celkové elektrické pole výrazně přesáhnout objemové rozměry samotného hejna. V takových případech může napětí na rybu dosáhnout takové hodnoty, že je schopna vnímat elektrické pole hejna i při absenci elektroreceptorů. Ryby proto mohou využívat elektrické pole hejna pro navigační účely díky jeho interakci s magnetickým polem Země.

A jak se v oceánu pohybují migrující ryby, které se nevychovávají v chovu – úhoři a pacifičtí lososi, kteří se stěhují dlouho? Například úhoř evropský, když pohlavně dospěje, přesune se z řek do Baltského moře, poté do Severního moře, vstoupí do Golfského proudu, pohybuje se v něm proti proudu, překročí Atlantský oceán a vstoupí do Sargasového moře, kde se množí ve velkých hloubkách. V důsledku toho se úhoř nemůže pohybovat ani podle Slunce, ani podle hvězd (jsou jimi vedeni během ptačí migrace). Přirozeně vyvstává předpoklad, že jelikož úhoř urazí většinu své dráhy v Golfském proudu, využívá k orientaci proud.

Zkusme si představit, jak se úhoř orientuje, když je uvnitř mnohakilometrového sloupce pohybující se vody (chemická orientace je v tomto případě vyloučena). Ve vodním sloupci, jehož všechny proudy se pohybují paralelně (takové proudění se nazývá laminární), se úhoř pohybuje stejným směrem jako voda. Za těchto podmínek nemůže fungovat jeho postranní čára - orgán, který umožňuje vnímat místní vodní toky a tlaková pole. Stejně tak při plavání podél řeky člověk necítí její proud, pokud se nedívá na břeh.

Možná, že mořský proud nehraje žádnou roli v mechanismu orientace úhoře a jeho migrační trasy se náhodou shodují s Golfským proudem? Pokud ano, jaké signály prostředí používá úhoř k orientaci?

Zbývá předpokládat, že úhoř a pacifický losos využívají ve svém mechanismu orientace magnetické pole Země. U ryb však nebyly nalezeny žádné specializované systémy pro jeho vnímání. Ale v průběhu experimentů na stanovení citlivosti ryb na magnetická pole se ukázalo, že jak úhoři, tak pacifičtí lososi mají výjimečně vysokou citlivost na elektrické proudy ve vodě, směřující kolmo k ose jejich těla. Citlivost tichomořského lososa na proudovou hustotu je tedy 0,15 * 10 -2 μA na 1 cm 2 a úhoře - 0,167 * 10 -2 na 1 cm 2.

Byla předložena myšlenka využití geoelektrických proudů vytvořených proudy v oceánské vodě úhořům a pacifickým lososům. Voda je vodič pohybující se v magnetickém poli Země. Elektromotorická síla vyplývající z indukce je přímo úměrná intenzitě magnetického pole Země v daném bodě oceánu a určité rychlosti proudu.

Skupina amerických vědců provedla přístrojová měření a výpočty velikostí vznikajících geoelektrických proudů podél trasy pohybu úhoře. Ukázalo se, že hustoty geoelektrických proudů jsou 0,0175 μA na 1 cm 2, tedy téměř 10krát vyšší než citlivost migrujících ryb na ně. Následné experimenty potvrdily, že úhoři a pacifičtí lososi jsou selektivní vůči proudům s podobnou hustotou. Ukázalo se, že úhoři a pacifičtí lososi mohou díky vnímání geoelektrických proudů využívat ke své orientaci zemské magnetické pole a mořské proudy při migracích v oceánu.

Sovětský vědec A. T. Mironov navrhl, že ryby jsou vedeny telurickými proudy, což poprvé objevil v roce 1934. Mironov vysvětluje mechanismus vzniku těchto proudů geofyzikálními procesy. Akademik VV Shuleikin je spojuje s elektromagnetickými poli ve vesmíru.

V současné době práce pracovníků Ústavu zemského magnetismu a šíření rádiových vln v ionosféře Akademie věd SSSR zjistila, že konstantní složka polí generovaných telurickými proudy nepřesahuje 1 μV na 1 m.

Sovětský vědec I. I. Rokityansky navrhl, že protože tellurická pole jsou indukční pole s různými amplitudami, periodami a směry vektorů, ryby mají tendenci jít do míst, kde je hodnota telurických proudů menší. Pokud je tento předpoklad správný, pak při magnetických bouřích, kdy síla telurických polí dosahuje desítek až stovek mikrovoltů na metr, by měly ryby opouštět pobřeží a z mělkých míst a následně z rybářských břehů do hlubinných oblastí, kde hodnota telurických polí je menší. Studium vztahu mezi chováním ryb a magnetickou aktivitou umožní přiblížit se k vývoji metod predikce jejich komerčních koncentrací v určitých oblastech. Pracovníci Ústavu zemského magnetismu a šíření rádiových vln v ionosféře a Ústavu evoluční morfologie a ekologie živočichů Akademie věd SSSR provedli studii, ve které byla odhalena určitá korelace při srovnání úlovků norského sledě s magnetickými. bouřky. To vše však vyžaduje experimentální ověření.

Jak bylo uvedeno výše, ryby mají šest signalizačních systémů. Ale nepoužívají nějaký jiný pocit, dosud neznámý?

V USA v novinách „News of Electronics“ za roky 1965 a 1966. byla zveřejněna zpráva o objevu speciálních „hydronických“ signálů W. Minto nová příroda používané rybami pro komunikaci a lokalizaci; navíc u některých ryb byly zaznamenány na velkou vzdálenost (u makrel až 914 m). Bylo zdůrazněno, že „hydronické“ záření nelze vysvětlit elektrickými poli, rádiovými vlnami, zvukové signály nebo jiné dříve známé jevy: hydronické vlny se šíří pouze ve vodě, jejich frekvence se pohybuje od zlomků hertzů až po desítky megahertzů.

Bylo oznámeno, že signály byly objeveny studiem zvuků vydávaných rybami. Mezi nimi jsou frekvenčně modulované, používané pro lokalizaci, a amplitudově modulované, emitované většinou ryb a určené pro komunikaci. První se podobají krátké píšťalce nebo „cvrlikání“, zatímco druhé připomínají „cvrlikání“.

W. Minto a J. Hudson uvedli, že hydronické záření je charakteristické téměř pro všechny druhy, ale tato schopnost je zvláště silně vyvinuta u predátorů, ryb s nedostatečně vyvinutýma očima a těch, kteří loví v noci. Orientační signály (lokační signály) ryby vydávají v novém prostředí nebo při průzkumu neznámých objektů. Komunikační signály jsou pozorovány ve skupině jedinců po návratu ryby, která byla v neznámém prostředí.

Co přimělo Minto a Hudsona, aby považovali „hydronické“ signály za projev dříve neznámého fyzikálního jevu? Podle jejich názoru tyto signály nejsou akustické, protože je lze vnímat přímo na elektrodách. „Hydronické“ signály přitom podle Minta a Hudsona nelze přičítat elektromagnetickým oscilacím, protože na rozdíl od běžných elektrických sestávají z pulzů, které nejsou konstantní a trvají několik milisekund.

S takovými názory je však těžké souhlasit. U elektrických a neelektrických ryb jsou signály velmi různorodé co do tvaru, amplitudy, frekvence a trvání, a proto stejné vlastnosti „hydronických“ signálů nenaznačují jejich zvláštní povahu.

Poslední "neobvyklou" vlastnost "hydronických" signálů - jejich šíření na vzdálenost 1000 m - lze také vysvětlit na základě známých ustanovení fyziky. Minto a Hudson neprováděli laboratorní experimenty na jediném jedinci (data z takových experimentů naznačují, že signály jednotlivých neelektrických ryb se šíří na krátké vzdálenosti). Zaznamenali signály z hejn a hejn ryb v mořských podmínkách. Ale jak již bylo zmíněno, za takových podmínek lze sečíst intenzitu bioelektrických polí ryb a jediné elektrické pole hejna lze zachytit na značnou vzdálenost.

Na základě výše uvedeného můžeme dojít k závěru, že v dílech Minta a Hudsona je nutné rozlišovat mezi dvěma stranami: skutečnou, z níž vyplývá, že neelektrické druhy ryb jsou schopny generovat elektrické signály, a „teoretickou“ - neprokázané tvrzení, že tyto výtoky mají zvláštní, tzv. hydronický charakter.

V roce 1968 sovětský vědec G. A. Ostroumov, aniž by se zabýval biologickými mechanismy vytváření a příjmu elektromagnetických signálů mořskými živočichy, ale na základě základních ustanovení fyziky, provedl teoretické výpočty, které ho vedly k závěru, že Minto a jeho následovníci byli mylně přisuzovat speciální fyzikální povahu "hydronických" signálů. V podstatě jde o běžné elektromagnetické procesy.