Физика в мире животных: электрический угорь и его «энергостанция»
- Научно-популярное ,
- Биотехнологии ,
- Физика ,
- Экология
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 (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.
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 (
Электрический угорь (лат. Electrophorus electricus) это одна из немногих рыб, которая развила способность вырабатывать электричество позволяющее не только помогать в ориентации, но и убивать.
У многих рыб, есть особые органы, которые вырабатывают слабое электрическое поле, для навигации и поиска пищи (например, рыба-слон). Но далеко не у каждой есть возможность поражать этим электричеством своих жертв, как это делает электрический угорь!
Для биологов амазонский электрический угорь составляет загадку. В нем сочетаются разнообразные характеристики, принадлежащие зачастую разным рыбам.
Как и многим угрям, ему требуется для жизни дышать атмосферным кислородом. Большую часто времени он проводит на дне, но каждые 10 минут поднимается чтобы заглотнуть кислорода, таким образом, он получает более 80% необходимого ему кислорода.
Несмотря на свою форму, типичную для угрей, электрический скорее ближе к рыбе-нож, которая обитает в Южной Африке.
Видео — электрический угорь убивает крокодила:
Впервые южноамериканский электрический угорь был описан в 1766 году. Это очень распространенная пресноводная рыба, которая обитает в Южной Америке по всей длине реки Амазонки и Ориноко.
Среда обитания в местах с теплой, но мутной водой — притоках, ручьях, прудах, даже болотах. Места с низким содержанием кислорода в воде электрического угря не пугают, так как он способен дышать атмосферным кислородом, за которым поднимается к поверхности каждые 10 минут.
Это ночной хищник, у которого очень слабое зрение и он больше полагается на свое электрическое поле, которое использует для ориентации в пространстве. Кроме того, с его помощью он находит и парализует добычу.
Молодь электрического угря питается насекомыми, но половозрелые особи едят рыбу, амфибий, птиц, и даже мелких млекопитающих, которые забрели в водоем.
Жизнь им облегчает еще и то, что в природе они почти не имеют естественных хищников. Удар током электрического угря в 600 вольт, способен не только убить крокодила, но даже лошадь.
Описание
Тело вытянутое, цилиндрической формы. Это очень большая рыба, в природе угри могут вырастать в длину до 250 см и весить более 20 кг. В аквариуме они обычно меньше, порядка 125-150 см.
При этом жить могут около 15 лет. Генерирует разряд напряжением до 600 В и силой тока до 1 A.
У угря нет спинного плавника, вместо него есть очень длинный анальный, который он использует для плавания. Голова приплюснута, с большим ртом квадратной формы.
Цвет тела в основном темно-серый с оранжевым горлом. Молодь оливково-коричневая с желтыми пятнами.
Уровень электрического тока, который может вырабатывать угорь, гораздо выше чем у других рыб его семейства. Вырабатывает он его с помощью очень большого органа, состоящего из тысяч элементов производящих электричество.
По сути, 80% его тела покрыто такими элементами. Когда он отдыхает, то разряда нет, но когда активен вокруг него вырабатывается электрическое поле.
Обычная его частота 50 килогерц, но он способен генерировать до 600 вольт. Этого достаточно чтобы парализовать большинство рыб, и даже животное размером с лошадь, так же опасен он и для человека, особенно жителей прибрежных деревень.
Это электрическое поле ему необходимо для ориентации в пространстве и охоты, кончено же еще для самозащиты. Также есть мнение, что с помощью электрического поля самцы отыскивают самок.
Два электрических угря в одном аквариуме обычно не уживаются, они начинают кусать друг друга и бить током. В связи с этим, и его способом охотится, содержат в аквариуме как правило, лишь одного электрического угря.
Сложность в содержании
Как правило, он достаточно неприхотлив, обладает хорошим аппетитом и ест практически все виды белковых кормов. Как уже говорилось, он может вырабатывать ток до 600 вольт, так что содержать его нужно лишь опытным аквариумистам.
Чаще всего его содержат либо очень увлеченные любители, либо в зоопарках и на выставках.
Кормление
Электрический угорь хищник, он есть все что может проглотить. В природе это как правило рыба, земноводные, мелкие млекопитающие.
Молодь ест насекомых, но взрослые рыбы предпочитают рыбу. Поначалу их нужно кормить живой рыбой, но они способны есть и белковые корма типа филе рыб, креветок, мяса мидий и т.д.
Они быстро понимают когда их будут кормить и поднимаются к поверхности что бы выпросить корм. Никогда не трогайте их руками, это может привести к сильнейшему удару током!
Электрический угорь ест золотых рыбок:
Электрический угорь это очень большая рыба, которая проводит большую часть времени на дне аквариума. Для него необходим объем от 800 литров и более, чтобы он мог свободно передвигаться и разворачиваться. Помните, что даже в неволе угри вырастают более 1.5 метров!
Молодь растет быстро и постепенно требует все большего объема. Будьте готовы что аквариум понадобиться уже от 1500 литров, а для содержания пары еще больше.
Из-за этого, электрический угорь не очень популярен и содержится в основном в зоопарках. И да, он еще током бьет, запросто может отравить неосторожного хозяина в лучший мир.
Для этой массивной рыбы, которая оставляет много отходов нужен очень мощный фильтр. Лучше внешний, так как рыба легко разбивает все что находиться внутри аквариума.
Так как он практически слепой, то яркий свет не любит, но любит полумрак и множество укрытий. Температура для содержания 25-28С, жесткость 1 — 12 dGH, ph: 6.0-8.5 .
Совместимость
Электрический угорь не агрессивен, но из-за методов с помощью которых он охотится, подходит только для одиночного содержания.
Половые различия
Половозрелые самки крупнее чем самцы.
Разведение
В неволе не размножается. У электрического угря очень интересный способ размножения. Самец строит гнездо из слюны, во время сухого сезона, а самка откладывает в него икру.
Икры много, тысячи икринок. Но, первые мальки, которые появляются, начинают поедать эту икру.
Навигация записи Электрический угорь - опаснейшая рыба среди всех электрических рыб. По количеству человеческих жертв, она даже опережает легендарную пиранью. Этот угорь (кстати, к обыкновенным угрям он не имеет никакого отношения) способен испускать мощный электрический заряд. Если взять молодого угря в руки, то ощущаешь легкое покалывание, а это, с учетом того, что малюткам всего несколько дней и размером они лишь 2-3 см. Легко представить, какие ощущения получишь, если прикоснешься к двухметровому угрю. Человек при таком тесном общении получает удар в 600 В и от него можно умереть. Мощные силовые волны электрический угорь посылает до 150 раз в сутки. Но самое странное то, что, несмотря на такое оружие, питается угорь в основном, мелкой рыбешкой.Чтобы убить рыбу, электрическому угрю достаточно содрогнуться, выпустив ток. Жертва погибает мгновенно. Угорь хватает её со дна, обязательно с головы, а затем, опустившись на дно, несколько минут переваривает добычу.
Живут электрические угри в неглубоких реках Южной Америки, в большом количестве встречаются в водах Амазонки. В тех местах, в которых живет угорь, чаще всего большой недостаток кислорода. Поэтому у электрического угря появилась особенность поведения. Под водой угри находятся около 2 часов, а потом выплывают на поверхность и дышат там в течение 10 минут, тогда как обычным рыбам достаточно всплывать на несколько секунд.
 |
||
Электрические угри - крупные рыбы: средняя длина взрослых особей составляет 1-1,5 м, весит до 40 кг. Тело удлиненное, немного сплюснуто с боков. Кожа голая, не покрыта чешуей. Плавники очень развиты, с их помощью электрический угорь способен с легкостью передвигаться во все стороны. Окраска взрослых электрических угрей коричневая, нижняя сторона головы и горла - ярко-оранжевая. Окраска молодых особей бледнее.
Самое интересное в строении электрических угрей - это его электрические органы, которые занимают более 2/3 длины тела. Положительный полюс этой «батареи» лежит в передней части тела угря, отрицательный - в задней. Наибольшее напряжение разряда, по наблюдениям в аквариумах, может достигать 650 В, но обычно оно меньше, и у рыб метровой длины не превышает 350 В. Этой мощности хватит, чтобы зажечь 5 электрических лампочек. Основные электрические органы используются угрем для защиты от врагов и для того, чтобы парализовать добычу. Есть еще один дополнительный электрический орган, но поле, вырабатываемое им, играет роль локатора: с помощью помех, возникающих в пределах этого поля, угрю приходит информация о препятствиях на пути или о приближении потенциальной добычи. Частота этих локационных разрядов очень маленькая и для человека практически неощутима.
Сам разряд, который вырабатывают электрические угри, не является смертельным для людей, но все же он очень опасен. Если, находясь под водой, получить удар током, можно запросто потерять сознание.
Электрический угорь агрессивен. Может напасть без предупреждения, даже если никакой угрозы для него не существует. Если что-то живое попадет в зону действия его силового поля, то угорь не станет прятаться или уплывать прочь. Лучше самому человеку отплыть в сторону, если на пути покажется электрический угорь. Не стоит подплывать к этой рыбе на расстояние меньше, чем 3 метра, именно это и есть основной радиус действия поля метрового угря.
|
Длина:
до 3 метров Вес: до 40 кг Место обитания: неглубокие реки Южной Америки, в большом количестве встречаются в водах Амазонки. |
Многим читателям сайта про животных сайт известно, что существуют рыбы, имеющие возможность бить электрическим током (в прямом смысле), но отнюдь не все знают, каким образом это осуществляется. Предлагаем рассмотреть двух наиболее знаменитых морских представителей, которые вырабатывают ток: электрического ската и электрического угря. Вы узнаете:
- опасен ли для человека ток этих электрических рыб;
- как устроены органы, вырабатывающие электричество у ската и угря;
- как охотятся и ловят добычу скат и угорь;
- как живые рыбы связаны с праздником Нового года.
Электрический скат - живая аккумуляторная батарея
Электрические скаты в основном некрупные - от 50 до 60 см, однако есть такие особи, которые достигают в длину 2 м. Некрупные представители этих рыб создают незначительный электрический заряд, а в свою очередь большие скаты осуществляют разряды по 300 вольт. Органы особи, производящие ток, составляют 1/6 часть туловища и очень развиты. Они находятся с обоих боков – занимают место между плавником груди и головной частью, и рассмотреть их можно со спинной и брюшной части.
Внутренние органы рыбы, производящие электричество, имеют следующее строение. Некоторое количество столбиков, которые составляют электрические пластины и низ пластины, как и всего органа, носит отрицательный заряд, а верх заряжен положительно.
Во время охоты скат поражает добычу, обхватив ее плавниками, где находятся органы, производящие электричество. В течение этого процесса осуществляется электрический заряд, и добыча погибает от удара электричеством. Скат имеет сходство с аккумуляторной батареей . Если он использует заряд целиком, то ему понадобится несколько но то, чтобы вновь "зарядиться".
Скат без заряда безопасен, тем не менее, ежели он имеет заряд, тогда человек может серьезно пострадать от сильного электрического разряда . Происшествий с летальным исходом не выявлено, хотя у того, кто дотронулся до ската, может понизиться давление, произойти нарушения сердечного ритма, а также могут появиться спазмы, а в пораженной зоне появляется отечность местных тканей. Скат малоактивен и в основном живет на дне, поэтому, чтобы не повстречать его в водной среде, необходимо проявить внимание, находясь на мелководье.
Во времена Древного Рима, наоборот, электрические разряды признавались (и признаются сейчас в медицине) оздоровительными . Считалось, что электрический разряд мог снять головную боль и облегчить подагру. Даже сегодня на берегах средиземноморья люди в возрасте целенаправленно ходят босоногими по мелкой воде, чтобы с помощью ударов током облегчить ревматизм и подагру.
Электрический угорь зажег гирлянды на новогодней елке
А теперь заметка хотя и про рыб, но касается такого праздника, как Новый год! Казалось бы, как сочетается живая рыба и новогодняя елка? А вот как. Читайте далее.
Большинство представителей из группы электрического угря длиной от 1 до 1,5 м, но существуют виды, которые достигают трех метров. У таких особей сила удара достигает 650 вольт. Люди, пораженные ударом тока в воде, могут потерять сознание и утонуть. Электрический угорь является одним из наиболее опасных представителей реки Амазонки. Угорь приблизительно раз в 2 минуты всплывает, чтобы наполнить легкие воздухом. Он очень агрессивен. Если приблизиться к угрю на дистанцию менее трех метров, то он предпочитает не укрываться, а сразу атаковать. Следовательно, людям, которые близко увидели угря, должны поскорее уплыть как можно дальше.
Органы угря, отвечающие за ток, обладают аналогичным строением с органами ската , но имеют иное расположение. Они представляют два удлиненных ростка, имеющие продолговатый вид и составляют 4/5 тела угря в целом и имеют массу, занимающий практически 1/3 веса туловища. Передняя часть угря носит положительный заряд, а задняя, соответственно, отрицательный. У угрей к старости снижается зрение, именно из-за этого свою жертву они поражают, испуская слабые удары током. Угорь не нападает на добычу, ему достаточно мощного заряда, чтобы все некрупные рыбы погибли от удара током. Угорь приближается к своей добыче, когда она уже мертва, схватывает ее за голову, а затем проглатывает.
Угря нередко можно увидеть в аквариуме, так как они сравнительно быстро привыкают к искусственным условиям. Конечно, держать дома такую рыбу - это потруднее, чем . Для того, чтобы экспонировать их возможности, к резервуару крепят лампу и опускают провода в воду. Во время кормежки свет загорается. В Японии в 2010 году был проведен опыт: рождественская елка была освещена с использование тока, исходящего от угря, который находился в особой емкости и выбрасывал ток. Даже угорь и его электроток может быть полезным, если направить уникальные природные способности этой рыбы в нужное русло.
Анатомия электрического угря. Можно видеть набор клеток, организованных в параллельные структуры, создающие напряжение и ток. На следующем фрагменте приведена отдельная клетка с ионными каналами, пронизывающими ее мембрану. Наконец, показан отдельный белковый ионный канал
Электрический угорь в аквариуме
Электрические угри способны направлять совокупную энергию, которую вырабатывают тысячи генерирующих клеток, создавая потенциал в 600 В. Механизм получения энергии схож с тем, что передает электрические сигналы в наших нейронах: химический сигнал стимулирует работу селективных «насосов» — ионных каналов в клеточной мембране, которые перекачивают одни ионы (натрия) внутрь клетки, а другие (калия) — наружу. Поток заряженных ионов создает разницу потенциалов внутри клетки и вне ее, стимулируя работу массы других каналов: начиная с определенной точки процесс становится автокаталитическим, что приводит к тому, что сигнал распространяется вдоль мембраны длинного отростка нейрона.
В целом, по словам ЛаВана, известно не менее 7 разных видов ионных каналов, каждый из которых обладает слегка отличными характеристиками и распределением на клеточной мембраны. Нервные клетки содержат больше одних, задача которых не в создании максимального напряжения, а в быстрой передаче сигнала. Генерирующие электричество клетки некоторых животных (электроциты) работают не в пример медленней, зато выдают на-гора намного больший заряд.
Чтобы понять принципы их работы, ЛаВан с коллегами разработал цифровую модель, отражающую связь градиента концентрации ионов с электрическим импульсом и протестировал ее на примере нервных клеток и электроцитов. Затем они рассмотрели различные пути оптимизации системы — использование разных типов ионных каналов — с тем, чтобы добиться максимальной производительности энергии.
Их расчеты показали, что возможны действительно существенные улучшения. Один из вариантов «искусственной клетки» способен создать импульс на 40% более мощный, чем клетки живых угрей, другой вариант — на 28%.
Теперь ученые рассматривают возможности практического создания «батарей» из таких клеток, заключенных в куб стороной около 4 мм и способных генерировать до 300 мкВт энергии, чего вполне достаточно для питания небольших медицинских имплантатов. «Топливом» для них могут служить молекулы АТФ — те же, что и в живых организмов. По мнению ЛаВана, АТФ смогут вырабатывать из имеющегося в организме сахара модифицированные бактерии или митохондрии, прицепленные к этой «батарейке». Хорошо и то, что отдельные компоненты подобных искусственных клеток ученые уже умеют получать в лаборатории — и изолирующие мембраны, и ионные каналы.
Если же вы, все-таки, предпочитаете использовать угрей по старинке — например, приготовить с ними суши — то обратите внимание на наши советы по выбору подходящих ножей — настоящих японских: «
