100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Ученые обнаружили подвид угря, который способен выдавать самый мощный электрический разряд

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.

Причем способность вырабатывать электричество — не единственная необычная черта электрического угря. К примеру, дышит он атмосферным воздухом. Это возможно благодаря большому количеству особого вида ткани ротовой полости, пронизанной кровеносными сосудами. Для дыхания угрю нужно каждые 15 минут всплывать к поверхности. Из воды кислород брать он не может, поскольку обитает он в очень мутных и мелких водоемах, где очень мало кислорода. Но, конечно, главная отличительная черта электрического угря — это его электрические органы.

Они играют роль не только оружия для оглушения или убийства его жертв, которыми угорь питается. Разряд, генерируемый электрическими органами рыбы, может быть и слабым, до 10 В. Такие разряды угорь генерирует для электролокации. Дело в том, что у рыбы есть специальные «электрорецепторы», которые позволяют определять искажения электрического поля, вызываемые его собственным телом. Электролокация помогает угрю находить путь в мутной воде и находить спрятавшихся жертв. Угорь может дать сильный разряд электричества, и в это время затаившаяся рыба или земноводное начинает хаотично дергаться из-за судорог. Эти колебания хищник без труда обнаруживает и съедает жертву. Таким образом, эта рыба является одновременно и электрорецептивной и электрогенной.

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.

Разница потенциалов в результате достигает 70 мВ. В мембране той же клетки электрического органа угря есть и натриевые каналы, через которые ионы натрия могут снова попасть в клетку. В обычных условиях за 1 секунду насос выводит из клетки около 200 ионов натрия и одновременно переносит в клетку приблизительно 130 ионов калия. На квадратном микрометре мембраны может разместиться 100- 200 таких насосов. Обычно эти каналы закрыты, но в случае необходимости они открываются. Если это произошло, градиент химического потенциала приводит к тому, что ионы натрия снова поступают в клетки. Происходит общее изменение напряжения от -70 до +60 мВ, и клетка дает разряд в 130 мВ. Продолжительность процесса — всего 1 мс. Электрические клетки соединяются между собой нервными волокнами, соединение — последовательное. Электроциты составляют своеобразные столбики, которые соединяются уже параллельно. Общее напряжение генерируемого электрического сигнала достигает 650 В, сила тока — 1А. По некоторым данным, напряжение может достигать даже 1000 В, а сила тока — 2А.

Читайте так же:
Почему консервы портятся?


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

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.

  • Обычный электрический угорь Electrophorus electricus
  • globallookpress.com
  • © Reinhard, H./Arco Images GmbH

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.

Читайте так же:
Мосты из корней деревьев: уникальные сооружения индийских племен

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.

  • Вид Electrophorus varii
  • © eurekalert.org/D. Bastos

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.

Черепаха Выбор пола: как черепахи приспосабливаются к изменениям климата

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.

Обнаружен подвид угря, способный выдавать разряды по 860 вольт

Обнаружен подвид угря, способный выдавать разряды по 860 вольт

Два новых вида подвида угря открыли ученые, изучавшие рыб в Южной Америке, сообщает портал SciencePop.ru. Один из этих видов способен наносить удары током силой в 860 вольт.

Если быть совсем точным, эти виды рыб не относится к угрям, а скорее к гимтообразным — семейство, близкое карпам и сомам. Тем не менее, очевидно, что у существ нет проблем с самообороной — 860 вольт не смертельны обычному человеку, но могут создать неприятности тем, у кого слабое сердце.

Пока что пальма первенства в номинации «самый мощный электрический разряд у рыб» принадлежит именно этому вышеупомянотому угрю. Скорее всего, как отмечают исследователи, в Амазонке водится множество еще не открытых наукой рыб, которые могут бить током еще сильнее.

Фото: pixabay.org

Рекомендуем

Ноябрь 2021 (194)

Электромобили Tesla без предупреждения начали поставлять без USB-портов Электромобили Tesla без предупреждения начали поставлять без USB-портов
Новое поколение электрохромных окон блокирует до 70 процентов инфракрасного излучения Новое поколение электрохромных окон блокирует до 70 процентов инфракрасного излучения
Новый ИИ обучит роботов держать предметы Новый ИИ обучит роботов держать предметы
Белок-биомаркер предскажет наступление диабета второго типа за 19 лет Белок-биомаркер предскажет наступление диабета второго типа за 19 лет
«Роскосмос» разработал многоразовый корабль для космических туристов «Роскосмос» разработал многоразовый корабль для космических туристов
Возможный вид Apple Car воссоздали на основе патентов Возможный вид Apple Car воссоздали на основе патентов
На МКС пройдёт эксперимент по беспроводной передаче электричества На МКС пройдёт эксперимент по беспроводной передаче электричества
На британском острове Уайт нашли останки динозавра с луковицеобразным носом На британском острове Уайт нашли останки динозавра с луковицеобразным носом
«Союзмультфильм» выпустит первый в России полнометражный мультфильм на Unreal Engine «Союзмультфильм» выпустит первый в России полнометражный мультфильм на Unreal Engine
В Windows 11 запретили открывать системные ссылки в сторонних браузерах В Windows 11 запретили открывать системные ссылки в сторонних браузерах
SpaceX выпустила второе поколение спутниковых антенн Starlink SpaceX выпустила второе поколение спутниковых антенн Starlink
Условия ядра Земли воссозданы в лаборатории Условия ядра Земли воссозданы в лаборатории
Новый наногель избавил мышей от паралича Новый наногель избавил мышей от паралича
Ваши кошки следят за вами, даже когда вас не видят Ваши кошки следят за вами, даже когда вас не видят

Читайте так же:
Самые съедобные грибы – список, названия, описание, фото и видео

Петросити

Поэма здоровья

Биосфера

Свежий выпуск Машины и Механизмы Свежий выпуск Машины и Механизмы Свежий выпуск Машины и Механизмы Свежий выпуск Машины и Механизмы НОВЫЙ НОМЕР НОЯ (194) 2021 Для аудитории старше 16 летПОДДЕРЖАТЬ АРХИВ

Друзья. Если вы решили зарегистрироваться в нашем Мегаполисе, то вам придется немного потрудиться и ответить на несколько вопросов. И даже постараться вставить две собственные фотки. А я понимаю, что это не просто. Ох как не просто.

Один мой приятель позвонил мне по этому поводу и стал ругаться.
Типа: «Ну зачем все так сложно? Может тебе еще и размер ботинок написать?!» На что я ему ответил: «Чтобы просто почитать, не надо регистрироваться. Заходи и читай. Мы всем рады.
А вот если после прочтения ты вдруг решишь со мной жестко поспорить, то вот тут-то надо оставить о себе немного информации. Может, даже размер ботинка. Чтобы я понимал, с кем имею дело, когда буду принимать решение — спорить ли с тобой вообще…»

Это, конечно, шутка. Но я хотел бы вам сказать, что мы не строим копию Твиттера или ВКонтакте. Они круче. Мы создаем для себя и для вас журнал. Научно-популярный журнал. Который в современных условиях должен не только писать, но и говорить, отвечать, спорить, ругаться и т.д., оставаясь при этом журналом.
Мы создаем площадку для тех, у кого есть что рассказать другим, и они не боятся это сделать. Поэтому давайте без обид. Я буду вам благодарен, если вы решитесь на этот шаг. Удачи.

Электрические угри — самые мощные генераторы электричества среди рыб

По результатам экспериментальных исследований оказалось, что очень многие рыбы могут излучать электрические разряды, улавливаемые только специальными чувствительными приборами. Такие разряды важны в поведении рыб, особенно стайных. Но специальные электрогенерирующие органы, способные создавать электрические поля с ощутимым напряжением, отмечены лишь у приблизительно 250 видов (согласно Википедии). Электрический угорь является одним из немногих видов, создающих очень мощный разряд, который может нанести человеку серьёзный удар током и даже убить его. Эти угри так же, как электрические сомы и скаты, применяют эту свою способность для охоты и защиты от врагов.

электрический угорь

Секрет электрических угрей и другие особенности

Главным секретом, который скрывается за названием электрический угорь, является то, что эти рыбы не имеют никакого отношения к настоящим угрям, кроме внешнего сходства благодаря очень длинной змеевидной форме тела. Научное название этого вида — Electrophorus electricus. В системе рыб он находится в отряде Гимнотообразных (Gymnotiformes), который в старых изданиях книги «Жизнь животных» был подотрядом отряда Карпообразных. Одним из 4-х семейств этой группы является семейство Электрические угри, которое включает в себя единственный род с одним видом благодаря его исключительной уникальности.

Область распространения и образ жизни

Эти теплолюбивые рыбы распространены в бассейнах крупных южно — американских рек (Ориноко и Амазонки). Они предпочитают неглубокие слабопроточные или стоячие заросшие растительностью, часто заилённые водоёмы (озёра, старицы, пруды). Вода в таких водоёмах обычно мутная и грязная.

Такие условия характеризуются резким недостатком кислорода, растворённого в воде. Поэтому природа позаботилась о возможности получения угрём дополнительного количества кислорода из атмосферного воздуха.

Для этой цели в его ротовой полости есть специальные участки сосудистой ткани, пронизанные большим количеством кровеносных сосудов, которые функционируют наподобие наджаберного органа змееголова. На этих участках кровь насыщается кислородом, то есть они действуют, как лёгкие.

Читайте так же:
Как шьют женские сорочки и платья
Дыхание

Электрический угорь днём обычно лежит на дне своего водоёма, но периодически поднимается к поверхности воды и, высовывая наружу свой широкий рот, втягивает в себя некоторое количество воздуха. Он делает это достаточно шумно и сразу же вновь погружается под воду. Выдыхаемый воздух выходит наружу через жаберные щели. Благодаря такому чётко слышимому дыханию местные туземцы легко могут узнавать о присутствии рыбы.

Заглатывать новую порцию свежего воздуха угри должны с постоянной периодичностью в 15 минут, но они в реальности они делают это чаще. Лишённые возможности подниматься к поверхности воды за воздухом, угри погибают.

При условии сохранения во влажном состоянии ротовой полости и тела этой уникальной рыбы электрический угорь способен несколько часов быть вне воды без ущерба для своего здоровья. Такая особенность и обеспечивает их выживание в тех неблагоприятных условиях, где они обитают.

Внешний вид и внутреннее строение

Electrophorus electricus является очень крупной рыбой, достигая длины до двух с половиной метров или даже больше. Наибольший вес – 20 килограммов. (Некоторые источники дают цифру 40 килограммов, но мы ориентируемся на информацию сайта fishbase.) Обычная длина взрослых рыб – от 1 до 1,5 метров.

Описание внешнего вида:

  • Туловище очень длинное, округлое в сечении за головой и переходящее в сжатое по бокам в хвостовой части.
  • Половины плавников нет — спинного и брюшных.
  • Грудные плавники совсем небольшие, выполняющие роль стабилизаторов во время движения.
  • Анальный плавник необычайно развит. Он длинный: насчитывает примерно 350 лучей; начинается почти сразу за грудными плавниками (за анальным отверстием) и простирается до кончика хвоста.
  • Покрытая слизью толстая кожа, голая, лишённая чешуи, покрывает не только тело, но и плавники.
  • Глаза относительно тела выглядят очень маленькими и находятся ближе к макушке головы, благодаря чему зрительный фокус направлен вверх. Они голубого окраса.
  • Широкий рот очень большой, в нём находятся маленькие зубы, расположенные в два ряда. Их задача ограничивается только крепким захватом и удержанием добычи. Для жевания они не приспособлены, поэтому угорь глотает свою пищу целиком.

Все эти особенности внешности очень хорошо видны на фото электрического угря.

электрический угорь

Маскировочный окрас и способы плавания

Electrophorus electricus имеет типичный маскировочный окрас тела: взрослые особи оливково – коричневые с бурым оттенком, лишь голова снизу и в области жаберных крышек оранжевого оттенка. Анальный плавник окрашен так же, как и всё туловище, лишь его край может иметь беловатую окантовку. Молодые рыбы окрашены немного светлее с охристым отливом.

Главным движителем этой удивительной рыбы является необычайно длинный покрытый мягкой кожей анальный плавник. Расположенный вдоль всего брюха, он немного напоминает киль корабля. Ему помогают короткие грудные плавники.


Совершая волнообразные движения анальным плавником и стабилизируя положение туловища грудными, он может плыть прямо или чуть дугообразно. Для наблюдателя это выглядит невероятно красиво. При необходимости электрический угорь ловко и быстро меняет направление своего пути, не разворачиваясь всем корпусом. Он просто начинает плыть назад хвостом благодаря изменению направления волнообразного колебания своего анального плавника.

Генерирование электрических разрядов

Генерация электрических разрядов очень высокого напряжения – это главная уникальная способность электрических угрей, которая многие годы служит предметом исследований учёных. Удалось выяснить, что электрический орган – это парные тела продолговатой формы, находящиеся сразу под толстой кожей и занимающие 80% от длины всего туловища. Они пролегают вдоль всего позвоночника, их две пары. Как пишет Брем в книге «Жизнь животных», по консистенции эти образования студенистые в виде мягкой просвечивающей массы красновато – жёлтого цвета. Их вес составляет 30 процентов от общего веса рыбы.

Любопытное свойство слизи, обильно покрывающей кожу угря: её электропроводность почти в 30 раз выше, чем у чистой воды (из книги Брема «Жизнь животных»).

По сути электрический орган, имеющийся у Electrophorus electricus, является оригинальной живой батарейкой, у которой «минус» соответствует задней части туловища, а «плюс» — передней. Сгенерированный такой огромной батарейкой электрический разряд, может иметь напряжение до 600 вольт и выше (у очень крупных особей), обычно — примерно 350 вольт. Поэтому учёные относят угря к сильноэлектрическим рыбам, и в этом списке он занимает 1-е место.

На основе конструкции энергогенерирующих тел Electrophorus electricus химиками и инженерами (Мичиганский университет, США) создана биосовместимая батарея, обладающая достаточной гибкостью для успешной имплантации в живые организмы в качестве источника питания моторизированных имплантов. Предлагаемые до сих пор батареи не являлись биосовместимыми.

Создаваемые разряды используются для нескольких целей: защиты, охоты, ориентации в пространстве и оповещения особей своего вида о своём присутствии. Каждая цель достигается при помощи разрядов различной величины – либо слабых, либо сильных.

Читайте так же:
Почему люди заикаются? Описание, фото и видео
Питание и защита от врагов

Электрические угри являются хищниками, у которых почти нет врагов в естественном окружении. Молодь поедает беспозвоночных. Взрослые особи съедят любое живое существо, которое смогут обнаружить и ухватить. Все водные обитатели предпочитают не приближаться к ним. Угри являются угрозой не только для рыб, которые служат основой их рациона, но и для ящериц, черепах, лягушек и даже мелких млекопитающих.

электрический угорь

Серьёзную опасность для самих угрей представляют лишь кайманы. С молодыми и неопытными кайманами они справляются при помощи хорошего электрического разряда, получив который пресмыкающееся отступает. Но взрослый крупный чёрный кайман иногда может поймать и съесть электрическую рыбу, оставаясь устойчивым к полученному разряду.

В условиях мутной и грязной воды, где живут угри, зрение не является важным инструментом для получения информации о том, что находится вокруг, и для поиска пищи тоже. Поэтому оно у них плохо развито, а по мере взросления, как предполагают учёные, становится хуже.

Охота с использованием дистанционного элеткрошока

Электрический угорь применяет уникальную охотничью стратегию, используя свои электрические разряды, которые бывают трёх типов:

  • Низковольтные импульсы (для ориентации рыбы в окружающем пространстве мутной воды).
  • Серия двух-трёх коротких по продолжительности (доли миллисекунд) высоковольтных импульсов.
  • Продолжительная по времени последовательность высоковольтных разрядов.

Эти выводы были сделаны зоологом Кеннетом Катания (США, Университет Вандербильта) на основе лабораторных наблюдений за электрическими угрями, содержавшимися в аквариуме со специальным оборудованием.

Охотничья стратегия

Угри охотятся по ночам, и охотничья стратегия состоит их двух этапов:

  • Чтобы обнаружить затаившуюся добычу они запускают во все стороны короткую серию двух-трёх импульсов высокого напряжения. Мышцы рыбы, получившей такой разряд, начинают сокращаться, и она дёргается, вызывая движением своего тела колебания воды. Этого для угря достаточно, он сразу понимает, в каком направлении находится добыча и плывёт туда.
  • При непосредственном нападении на обнаруженную жертву электрический угорь посылает в её сторону многовольтный разряд (350 и до 600 вольт) на высокой частоте, который обездвиживает её. Пока добыча парализована и не прошёл электрошок угорь её быстро хватает и проглатывает целиком.

Для обездвиживания обнаруженной при помощи коротких разрядов высокого напряжения добычи угри применяют дистанционный электрошок, посылая около 400 высоковольтных импульсов в секунду. По сути они контролируют мышцы своих жертв, приказывая им начать двигаться или остановиться.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию