Электрический угорь: Американский исследователь изучил удар электрического угря на себе

Содержание

Американский исследователь изучил удар электрического угря на себе

Электрический угорь

Wikimedia commons

Электрический угорь (Electrophorus electricus) использует электрические разряды в качестве способа агрессивной защиты. Для этого он выныривает половиной своего тела из воды и «жалит» потенциально опасное для себя животное. Американский ученый проверил на себе, какие напряжение, ток, и мощность вырабатываются при таком ударе. Работа опубликована в

Current Biology.

Использование рыбами электрических импульсов — не редкость. У многих видов рыб есть специальные электрические органы, которые используются для ориентирования в пространстве, обороны, охоты и общения. Всего электрические разряды способны создавать около 250 видов рыб, но только два вида — электрический угорь и электрический скат — могут произвести электрический разряд, способный парализовать человека или крупное животное, находящееся в воде. Угорь использует электрические разряды в качестве метода агрессивной защиты. Для этого он совершает бросок, выныривая примерно половиной своего тела из воды и касаясь нападающего головой. При этом между головой и хвостом рыбы создается разность потенциалов, которая приводит к образованию замкнутой электрической цепи и протеканию тока по телу жертвы. Однако за всю многовековую историю встреч человека с электрическими угрями известно лишь несколько случаев, когда человек или лошадь тонули, будучи парализованными электрическим разрядом, и ни одного задокументированного летального исхода непосредственно от электрического удара.

В своем новом исследовании американский ученый Кеннет Катания решил измерить, какое напряжение создает электрический угорь при ударе и какой силы электрический ток он возбуждает в теле человека. Все эксперименты ученый проводил на себе.

Для своих опытов биолог использовал довольно молодого электрического угря длиной около 40 сантиметров. Сначала с помощью амперметра, вольтметра и нескольких резисторов ученый измерил электродвижущую силу и внутреннее сопротивление угря, которые составили 198 Вольт и 960 Ом, соответственно. После этого из данных о проводимости воды при комнатной температуре было рассчитано сопротивление воды, приходящейся на длину тела угря (около 400 Ом). Затем с помощью вольтметра и диэлектрической пластинки биолог измерил падение напряжения на выступающей из воды при атаке части угря (127 Вольт) и нашел ее сопротивление (около 2400 Ом).

Измерив все предварительные данные, ученый перешел к опытам на себе. В качестве объекта для атаки биолог использовал собственную руку с опущенной в воду ладонью. Чтобы избежать подводного контакта угря с рукой, ладонь он поместил в контейнер из диэлектрического материала, с двух сторон покрытого проводящим слоем. С помощью такого устройства ученый измерял зависимость тока, который течет по руке после атаки угрем, от времени.

Электрическая цепь, которая образуется при электрическом ударе угря

Kenneth C. Catania/ Current Biology, 2017

Максимальный измеренный ток составил около 43 миллиампер. А зная все данные собранной электрической цепи из угря, своей руки, и воды, он рассчитал сопротивление руки (около 2100 Ом) и пиковую мощность электрического разряда (3,9 Ватта). Хотя измеренный ток довольно небольшой, но, конечно, он сильно превышает порог чувствительности ноцицепторов и достаточен для возбуждения рефлекса отдергивания руки. При этом ученый отмечает, что более взрослые особи обладают большей длиной, которая может превышать 1 метр, и могут создать большую разность потенциалов, но при этом обычно выныривают из воды на меньшую высоту.

Это исследование — уже не первое, которое Кеннет Катания проводит для оценки электрического удара угря. Например, недавно он изучал зависимость от времени частоты и амплитуды электрических разрядов, которые производит угорь при защите. Но до этого свои опыты он проводил на муляжах и специальных модельных объектах. Свои собственные руки он использовал для этого впервые.

Александр Дубов

Электрический угорь: фото, содержание, видео

Людей всегда привлекали удивительные подводные обитатели – опасные, будоражащие нервы, обладающие необычной внешностью и не менее впечатляющими способностями. К этой категории относится и электрический угорь – много ли есть существ, способных генерировать электроразряды? Этот гость из Южной Америки, к радости аквариумистов, неплохо адаптируется к проживанию в домашних резервуарах, но многие ли решаются на заведение столь неординарного и неоднозначного питомца? А кроме того, будущим владельцам стоит поподробнее узнать, все ли байки об этих суровых существах являются реальностью или же это просто страшилки?

Электроугорь в естественной среде

Впервые информация об этих удивительных существах к европейцам попала от испанских завоевателей. Первое подробное описание датируется 1729-м годом. Спустя почти четыре десятка, опираясь на разработки зоолога из Нидерландов Яна Гроновиуса, шведский естествоиспытатель Карл Линней составил подробное описание особей и назвал их по-научному – gymnotus electricu.

Не стоит этих обитателей путать с угрями, несмотря на одно название, они не являются даже родственниками. Электроугри являются представителями класса лучеперых рыб.

Натуралистам было сложно поверить, что подводные обитатели способны наносить удары, используя электрические разряды. Изначально существовало мнение, что угорь не бьет током, а «замораживает» свою добычу. Но летом 1772 года членом Королевского сообщества Джоном Уолшем было доказано, что существа действительно глушат жертв электротоком.

Судя по исследованиям, электрические угри существуют не одно тысячелетие, и за этот период они приспособились к обитанию в неблагоприятной среде, они могут выживать даже в заиленных, заросших водоемах. Чаще эти обитатели встречаются в мутных пресных водах, без течения, в которых содержится очень мало кислорода.

Дышат они атмосферным воздухом, поэтому, чтобы глотнуть воздуха, угри должны каждые 10-15 минут подниматься на поверхность воды и захватывать очередную порцию воздуха. Если особи не могут этого сделать, то они задыхаются и тонут. Но у этой способности есть и положительная сторона – угорь способен в течение нескольких часов находиться вне водной среды. Он не погибнет, если его туловище и рот будут увлажняться.

Внешность и особенности строения

Если оценивать внешний вид этих существ, то их сложно назвать симпатичными или приятными, они похожи на ископаемых существ из древнейших времен:

угорь имеет удлиненное тело, чуть сжатое с боков и сзади, впереди чуть округленное;
окрас взрослых особей представлен в зелено-коричневатых тонах;

цвет горла и нижней части немного сплющенной головы – ярко-рыжий;
по сравнению с другими рыбами, угорь не имеет чешуи, их кожный покров состоит из слизи;
средняя длина – около полутора метров при весе до 20 кг, но в природе встречаются и 3-хметровые гиганты;
у особей отсутствуют спинные и брюшные плавники, что еще больше придает им змеиный вид;
двигаются электроугри волнообразно, используя с этой целью крупный подхвостовой плавник. Они одинаково легко могут передвигаться ко дну и к поверхности, вперед и назад;
плавники грудные – небольшие, используются во время движения особи как стабилизаторы.

Электроугри по жизни одиночки, чаще всего они находятся на дне водоема, неподвижно зависнув среди густой растительности. Являются ночными хищниками, проявляющими максимальную активность в темное время суток. Главный рацион состоит из рыбной мелочи, земноводных, рачков, а если угрю везет, то в его «меню» попадают пернатые или мелкие животные. Как и змеи, эти существа заглатывают добычу целиком.

Уникальные особенности

Как утверждают ученые, в способности этих рыб создавать электрическую энергию нет ничего необычного. Практически все живые организмы в той или иной степени это делают. Например, управление человеческого мозга мышечными волокнами также осуществляется благодаря электросигналам.

Организм угрей вырабатывает электричество таким же образом, как и нервные, мышечные волокна в человеческом организме. В клетках-электроцитах скапливаются энергетические заряды, извлекаемые из пищи. Из-за синхронного генерирования ими потенциалов действия формируется короткий электрический разряд. Из-за того, что тысячи маленьких зарядов, образованных каждой клеточкой, суммируются, возникает напряжение до 650 вольт.

Угри способны испускать электроразряды разной силы, и каждый из них имеет свое назначение: импульс может стать оборонительным, возникать во время охоты, отдыха или поисковых действий особи. Когда угорь опускается на дно и спокойно отдыхает, то его организм не испускает никаких сигналов.

Охотничьи импульсы

Голодная особь начинает медленно передвигаться в воде, при этом генерируя слабые до 50 вольт импульсы, продолжительность которых не превышает 2 мс. Когда рыба замечает возможную жертву, их частота и амплитуда увеличивается до 300-600 вольт, длятся они от 0,6 до 2 мс.

Благодаря таким «посылам» охотнику удается парализовать добычу. Чтобы глушить рыбу, которая составляет львиную долю рациона этих хищников, они используют импульсы с высокой частотой. Перерывы между разрядами позволяют угрю восстановить энергию.

Когда добыча обездвижена, она уходит на дно, и рыба, не торопясь, к ней приближается и глотает полностью. Затем ей требуется отдых – период, в течение которого пища должна перевариться.

Защитные импульсы

Врагам, которые желают «обидеть» электроугря, не поздоровится – эти особи используют редкие высокочастотные импульсы – 2-7 штук, и 3 поисковых с небольшой амплитудой.

Электролокация

Благодаря применению электрических органов представители данного вида не только охотятся и защищаются. Они также используют разряды со слабой мощностью до 10 вольт для электролокации. От природы эти рыбы имеют плохое зрение, причем по мере старения особей оно становится значительно хуже. Информация об окружающем к ним поступает другим путем – через электрические сенсоры, находящиеся на их теле.

На фотографиях, сделанных в подводной среде, у особей заметны эти рецепторы – вокруг передвигающейся рыбы начинает пульсировать электрическое поле. Стоит неподалеку от существа появиться какому-либо предмету, форма поля значительно изменяется. Пуская в ход специальные рецепторы, которыми особи улавливают созданные ими же искажения элктрополя, они обнаруживают в мутной водной среде дорогу и скрывающуюся жертву.

Подобную невероятную чувствительность можно назвать отличным преимуществом, позволяющим рыбам быть более удачливыми в охоте и защите, чем существам, полагающимся на более привычные зрительные, осязательные и прочие органы.

Органы, генерирующие электричество

Генерацией разрядов с разной мощностью занимаются органы различных типов, которые занимают практически 80% длины туловища рыбы. Между собой угри способны общаться на расстоянии до семи метров.

Опять же, для этого они испускают череду определенных электрических импульсов. Чем крупнее особь, тем мощнее ее разряды, у метровых особей их мощность не превышает 350 вольт. А этого вполне хватает, чтобы зажглись пол десятка электрических ламп.

Защита угрей от поражения электроразрядами

Электричество, которое генерируют угри, когда охотятся, может достигать мощности в шесть сотен вольт. Это смертельное оружие против обитателей небольшого размера – лягушек, рыбок, ракообразных. Более крупные представители водного мира, типа кайманов, анаконд и тапиров, не спешат на опасные участки.

Почему же эти опасные существа могут поражать других обитателей, но не страдают от убийственных разрядов сами? Все дело в расположении жизненно важных органов рыб, их мозг и сердечная мышца находятся рядом с головой и имеют защиту из жировых тканей, которые их изолируют. Подобным же эффектом обладают и кожные покровы особей. Специалисты отмечают, что рыбки с поврежденной кожей наиболее уязвимы к электрическим ударам.

Кроме того, была выявлена еще одна особенность – при спаривании особи генерируют разряды с высокой мощностью, но они не вредят партнеру. Причем, если такое происходит вне брачного периода, особь, получившая такой разряд, может погибнуть. Это подтверждает тот факт, что угри могут активизировать и отключать систему, защищающую их от электрического тока.

Как размножаются электрические угри

Эти обитатели нерестятся, предпочитая делать это в сухой сезон. Парочки также воссоединяются благодаря импульсам, которые они активно посылают в брачный период. Строительством укромного гнездовья занимается самец, его он сооружает из слюны. А самочка откладывает в него до 1700 икринок. Электроугри являются заботливыми родителями и вместе опекают потомство.

У вылупившихся мальков окрас светло-охровый, у некоторых особей имеются мраморные разводы. Те особи, которые проклюнулись раньше остальных, поедают оставшиеся икринки. Основной рацион только появившегося потомства – мелкие беспозвоночные.

Развитие электрических органов у малышей начинается после того, как размер особей достигнет 40 мм. Мелкие личинки тоже могут генерировать ток, но только с очень скромной мощностью – 3-4 десятка милливольт. Если поместить на ладонь 2-4-хдневного малька, чувствуется слабое покалывание. Самостоятельными особи становятся, достигнув 10-12 см в длину.

Содержание электроугря в домашнем резервуаре

Эти рыбы неплохо адаптируются к аквариумным условиям, здесь самцы могут прожить 10-15 лет, самки – 20-22 года. А вот продолжительность жизни их диких собратьев доподлинно неизвестна. Чтобы обитатель чувствовал себя комфортно, владельцу стоит позаботиться о следующем:

просторном аквариуме, длиной не меньше 3-х метров, глубиной в полтора-два метра;
воде определенных параметров: с температурой около 25°С, жесткостью от 11 до 13 моль/м³ и кислотностью – 7-8 рН.

Специалисты не советуют часто заменять воду, так как это может стать причиной образования изъязвлений на коже рыб и последующей их гибели. Слизистое покрытие угрей включает антибактериальные вещества, защищающие кожу от язв, а при частой смене воды их концентрация неуклонно снижается, кожный покров становится уязвимым.

Угри довольно агрессивно относятся к своим собратьям, даже вне нерестового периода, поэтому не рекомендуется заводить в одном резервуаре больше одной особи.

Стоит ли человеку опасаться этого существа

Если учесть всю информацию, причем она нередко оказывается ложной, электрический угорь крайне опасное существо, способное убить даже взрослого, физически крепкого человека. Но на самом деле при получении разряда от некрупной особи человек может потерять сознание, но к смерти электроудар не приводит. Ток этого существа заставляет мышечную ткань сокращаться и приводит к ее онемению. Это пренеприятное чувство может продолжаться не один час.

Угри крупного размера генерируют ток более высокого напряжения, и последствия действительно могут оказаться критическими. Эти хищники не пасуют даже перед более габаритными животными. И если они оказываются в нескольких метрах от него, угорь предпочитает не удирать, а идти в атаку. Поэтому подходить к этим существам ближе трех метров, не стоит.

В некоторых мировых кухнях электрических рыбок считают настоящим деликатесом, ловля их является достаточно опасным видом деятельности. Но местные жители проявили изобретательность и занимаются отлавливанием угрей с помощью коров, поскольку на них электроразряды практически не действуют.

Пастухи направляют стада в воду и ожидают, когда встревоженные, громко мычащие и мечущиеся животные успокаиваются. Затем скот выгоняют из водоема и при помощи сетей вылавливают особей, уже потративших свои разряды. Электрический угорь не способен постоянно генерировать электроток, и со временем разряды ослабевают и совсем прекращаются.

Электрический угорь – опасный хищник, если сравнить количество его жертв с «успехами» пираний, последние на 100% проигрывают. Конечно, далеко не каждый владелец решится завести столь неоднозначного питомца, но, если уж желание не ослабевает, стоит предварительно познакомиться с его повадками и потребностями.

Фото электрических угрей

Видео об электрических угрях

Рубрики: Рыбки |

автор Olga

Электрический угорь - Electric eel

Электрический угорь ( электрофорная electricus , предложены и другие виды) является южноамериканской электрической рыбой . До 2019 года считался единственным видом в своем роде. Несмотря на название, это не угорь , а скорее рыба-нож .

Анатомия

Сравнение трех видов Electrophorus .

Электрический угорь имеет удлиненное цилиндрическое тело, обычно вырастающее примерно до 2 м (6 футов 7 дюймов) в длину и 20 кг (44 фунта) в весе, что делает его самым крупным видом Gymnotiformes . Их окраска темно-серо-коричневая на спине и желтая или оранжевая на брюхе. У зрелых самок брюшко более темное.

У них нет весов. Рот квадратный и расположен на конце морды. Анальный плавник простирается по всей длине тела до кончика хвоста.

Как и у других рыб- остариофизов , плавательный пузырь имеет две камеры. Передняя камера связана с внутренним ухом серией мелких костей, образованных из шейных позвонков, называемых аппаратом Вебера , что значительно улучшает его слуховые способности. Задняя камера проходит по всей длине тела и поддерживает плавучесть рыбы.

E. electricus имеет васкуляризованную дыхательную систему с газообменом, происходящим через эпителиальную ткань в ротовой полости . Как обязательные дышащие воздухом, электрические угри должны подниматься на поверхность каждые десять минут или около того, чтобы вдохнуть, прежде чем вернуться на дно. Таким образом получается около восьмидесяти процентов кислорода, потребляемого рыбами.

Несмотря на свое название, электрический угорь не имеет близкого родства с настоящими угрями (Anguilliformes), но является членом неотропического отряда ножевых рыб (Gymnotiformes), который более близок к сомам .

Физиология

Электрический угорь имеет три пары органов брюшной полости, вырабатывающих электричество: главный орган, орган Охотника и орган Саха. Эти органы составляют четыре пятых его тела и дают электрическому угрю способность генерировать два типа разрядов электрических органов : низкое и высокое напряжение. Эти органы состоят из электроцитов , выстроенных в линию, чтобы через них мог проходить ток ионов, и уложены друг за другом, так что каждый из них увеличивает разность потенциалов.

Когда угорь находит добычу, мозг посылает сигнал через нервную систему к электроцитам. Это открывает ионные каналы, позволяя натрию проходить через них, на мгновение меняя полярность. Вызывая внезапную разницу в электрическом потенциале , он генерирует электрический ток аналогично батарее , в которой каждая сложенная пластина создает разность электрического потенциала. Электрические угри также способны управлять нервной системой своей жертвы с помощью своих электрических способностей; Управляя нервной системой и мышцами жертвы с помощью электрических импульсов, они могут удерживать жертву от побега или заставлять ее двигаться, чтобы определить ее положение.

У электрического угря от 5000 до 6000 уложенных друг на друга гальванических бляшек могут вызвать электрический разряд силой до 860 вольт и силой тока до 1 ампера . Сообщается, что такого уровня тока достаточно, чтобы вызвать кратковременный и болезненный шок онемения, похожий на разряд электрошокера , который из-за напряжения может ощущаться на некотором расстоянии от рыбы; это общий риск для аквариумистов и биологов, пытающихся справиться с электрическими угрями или исследовать их.

Электрические угри используют электричество разными способами. Низкое напряжение используется для определения окружающей среды. Высокое напряжение используется для обнаружения добычи и, отдельно, для ее оглушения. Пары импульсов высокого напряжения, разделенных 2 миллисекундами, используются для обнаружения и определения местонахождения добычи, заставляя ее непроизвольно подергиваться; электрический угорь ощущает это движение. Затем используется последовательность высоковольтных импульсов с частотой до 400 импульсов в секунду, чтобы атаковать, оглушить или парализовать цель, и в этот момент электрический угорь применяет укус присасывающего типа.

Орган Саха связан с электролокацией . Внутри органа много мышечных клеток, называемых электроцитами. Каждая клетка может производить только 0,15 В, хотя орган может передавать сигнал с общей амплитудой почти 10 В и частотой около 25 Гц. Эти сигналы излучает главный орган; Орган охотника может излучать сигналы с частотой в несколько сотен герц.

Электрический угорь уникален среди Gymnotiformes тем, что имеет большие электрические органы, которые могут производить потенциально смертельные разряды, позволяющие им оглушить добычу. Сообщалось о более высоких напряжениях, но типичного выходного сигнала достаточно, чтобы оглушить или отпугнуть практически любое животное. Молодь вырабатывает меньшее напряжение (около 100 В). Они могут изменять интенсивность электрического разряда, используя более низкие разряды для охоты и более высокие разряды для оглушения добычи или защиты. Они также могут сконцентрировать выделения, свернувшись калачиком и соприкасаясь с двумя точками тела. В возбужденном состоянии они могут производить эти прерывистые электрические разряды в течение как минимум часа, не утомляясь.

Электрический угорь также обладает чувствительными к высокой частоте клубневыми рецепторами, которые распределены по его телу участками. Эта функция, по-видимому, полезна для поиска других Gymnotiformes.

Электрические угри использовались в качестве модели при изучении биоэлектрогенеза . Этот вид представляет определенный интерес для исследователей, которые используют его ацетилхолинэстеразу и аденозинтрифосфат .

Майкл Фарадей всесторонне исследовал электрические свойства электрического угря, импортированного из Суринама . В течение четырех месяцев Фарадей тщательно и гуманно измерял электрические импульсы, производимые животным, прижимая к образцу фигурные медные лопасти и седла. С помощью этого метода Фарадей определил и количественно оценил направление и величину электрического тока и доказал, что импульсы животного на самом деле были электрическими, наблюдая искры и отклонения на гальванометре .

Бионика

Исследователи из Йельского университета и Национального института стандартов и технологий утверждают, что можно создать искусственные клетки, которые не только воспроизводят электрическое поведение клеток электрического угря, но и улучшают его. Искусственные версии клеток угря, производящих электричество, могут быть разработаны в качестве источника энергии для медицинских имплантатов и других микроскопических устройств.

Экология и история жизни

Место обитания

Электрические угри населяют пресные воды бассейнов рек Амазонки и Ориноко в Южной Америке, в поймах рек, болотах, ручьях, малых реках и прибрежных равнинах. Они часто живут на илистом дне в спокойных или стоячих водах.

Экология кормления

Электрические угри питаются беспозвоночными , хотя взрослые угри могут также потреблять рыбу и мелких млекопитающих , таких как крысы . Первенцы поедают другие яйца и эмбрионы из более поздних кладок . Молодь поедает беспозвоночных, например креветок и крабов .

Размножение

Электрический угорь известен своим необычным поведением при размножении. В засушливый сезон самец угря делает из своей слюны гнездо, в которое самка откладывает яйца. Из яиц в одном гнезде вылупляется до 3000 молоди. Самцы вырастают больше самок примерно на 35 см (14 дюймов).

В зоопарках и частных коллекциях

Некоторые коллекционеры животных всегда искали эту рыбу, но поймать ее сложно, потому что единственный разумный вариант - утомить угрей, постоянно разряжая их электричество . Электрические органы рыбы в конечном итоге полностью разряжаются, позволяя коллекционеру в относительной безопасности уходить в воду.

Содержание электрических угрей в неволе затруднено и в основном ограничивается зоопарками и аквариумами, хотя некоторые любители держат их в качестве домашних животных.

Аквариум Теннесси в Соединенных Штатах является домом для электрического угря. Экспонат угря по имени Мигель Уотсон подключен к небольшому компьютеру, который отправляет заранее написанный твит, когда он излучает электричество с достаточно высоким порогом.

Таксономическая история

Вид настолько необычен, что его несколько раз реклассифицировали. Когда первоначально описанный Карла Линнея в 1766 году, он использовал имя Gymnotus electricus , поместив его в тех же рода , как Gymnotus carapo (ленточная knifefish) , который он описал несколько лет назад. Это было всего лишь около века спустя, в 1864 году, что электрический угорь был перенесен к своему собственному роду электрофорного по Теодору Гилл .

Позже электрический угорь считался достаточно особенным, чтобы иметь собственное семейство, Electrophoridae, но с тех пор он снова был объединен в семейство Gymnotidae вместе с Gymnotus .

В сентябре 2019 года К. Дэвид де Сантана и др. опубликованная работа, настоятельно предлагающая разделение Electrophorus electricus на три вида на основе расхождения ДНК, экологии и среды обитания, анатомии и физиологии, а также электрических способностей. Предлагаются три вида: E. electricus , E. voltai sp. ноя , и E. varii sp. ноя