5.28. Электрические скаты и угри

Рыбы вроде гигантского электрического ската Torpedo nobiliana из Северной Атлантики или электрических угрей Electrophorus из Амазонки способны вырабатывать достаточно большой ток — настолько, что он может убить или оглушить жертву и даже парализовать человека. К примеру, по некоторым данным, электрический скат может послать импульсный разряд с напряжением 60 В при силе тока 50 А (разные авторы называют разные значения, в частности — на порядок меньшие токи). Раньше электрические рыбы использовались в медицине, например при постоянных мигренях, — электрического ската прикладывали прямо к болевым точкам в качестве примитивной формы шоковой терапии. Электрические свойства рыб были известны и древним охотникам, они быстро разобрались, какую рыбу нельзя хватать голыми руками или насаживать на мокрое, то есть проводящее, копье.

Многие другие виды рыб производят электрическое поле для того, чтобы ориентироваться в темной и мутной воде или находить нужный объект, в частности особь своего вида. Эти рыбы могут изменять свое электрическое поле таким образом, чтобы их можно было опознать. Каким же образом живым существам удается вырабатывать ток, создавать электрическое поле и электрический потенциал?

ОТВЕТ • Источник этих электрических эффектов следует искать в так называемых электроцитах — клетках, похожих на нервные и мышечные клетки. В обычном состоянии их мембраны пропускают ионы калия, а ионы натрия задерживают, поэтому концентрации ионов натрия и калия с разных сторон мембраны различны. Поскольку эти ионы заряжены, разность концентраций приводит к разности электрического потенциала на стенках мембраны.

Когда рыба хочет применить импульсный разряд, она посылает в мембрану нервный импульс, под действием которого проницаемость мембраны меняется и она начинает пропускать ионы натрия. В результате разность потенциалов на поверхностях мембраны мгновенно меняется, и через нее начинают проходить заряженные частицы, то есть возникает электрический ток. И изменение разности потенциалов, и величина тока малы, но у рыбы может быть несколько тысяч электроцитов, соединенных последовательно (рис. 5.4а), поэтому результирующий потенциал и полный ток оказываются большими (если сопротивление клеток не слишком велико).

Рис. 5.4 / Задача 5.28. а) Ряд из пяти последовательно соединенных электроцитов. б) Три параллельно соединенных ряда таких клеток.

Полный ток должен выйти из одного конца рыбы (хвоста или головы), пройти через воду (и, возможно, через жертву, например человека), а затем войти в рыбу с другого конца. Однако, если в рыбе есть только один ряд электроцитов, этот большой ток оглушит или убьет саму рыбу. Чтобы такого не случилось, у рыбы имеются сотни рядов этих клеток, соединенных параллельно (рис. 5.4б), так что полный ток распределяется равномерно между этими рядами, поэтому ток, идущий по какому-то одному ряду клеток, не может навредить рыбе.

Электрические рыбы, живущие в соленой воде, отличаются строением от рыб, живущих в пресной воде, поскольку у соленой воды электрическое сопротивление гораздо меньше. Поэтому морским рыбам требуется гораздо меньше электроцитов в каждом ряду последовательно соединенных клеток для того, чтобы произвести достаточно сильный ток, убивающий или оглушающий добычу.

Так называемые слабоэлектрические рыбы не пытаются послать токовый импульс через окружающую воду. Их электроциты просто создают слабое электрическое поле в воде, которое играет роль зонда: рыбы очень чувствительны к величине этого поля и способны ощутить малейшее его изменение при попадании в него других объектов. Кроме того, они могут определенным образом изменять свое собственное поле, посылая коммуникационные сигналы другим рыбам того же вида.