Электри́чество — совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов[1]. Термин введён английским естествоиспытателем Уильямом Гилбертом в его сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле» (1600 год), в котором объясняется действие магнитного компаса и описываются некоторые опыты с наэлектризованными телами. Он установил, что свойством наэлектризовываться обладают и другие вещества
Люди в нынешние времена окружены электрическими полями. Однако же, мы не представляем себе ни их формы, ни силы. Иное дело с другими животными, особенно рыбами. Системы детектирования слабых электрических полей, вероятно, эволюционно очень древние, утрачивались и развивались заново много раз. Электрические рыбы известны со времен Древнего Египта. Знаменитая фреска на стене захоронения, относящегося к пятой династии (около 2750 лет до нашей эры), в Саккара изображает рыбка, выловившего из Нила вполне узнаваемого электрического сома Malapterurus electricus. Римский врач Скрибоний Ларг (Scribonius Largus) использовал электрического ската Torpedo для шоковой терапии при инкурабельных головных болях и подагре. В древнегреческой и древнеримской литературе немало пассажей о странной ошеломляющей силе этих рыб. Самый мощный электрический удар способны генерировать Torpedo и Malapterurus, большинство остальных - намного слабее.
Слабые разряды обычно испускаются электрическим органом в хвосте в виде серии высокочастотных импульсов. Например, гимнот Gymnotus испускает импульсы длительностью 1 мс с частотой 50 Гц (в покое) и частотой 200 Гц (при питании), тогда как гимнарх Gymnarchus niloticus - импульсы 1 мс (1 В) в диапазоне 200 - 300 Гц. Биологические функции сильных и слабых электрических разрядов сильно различаются. Сильные разряды используются для оглушения жертв, тогда как слабые разряды - для электроэхолокации при определении объектов вблизи от рыбы, для коммуникации и, возможно, обозначения границ территории. Существуют данные, что, например, представители гимнотов и клюворылых способны распознавать разряды электрических органов особей собственного вида и ориентироваться относительно них. Похоже, мы здесь видим повторную эволюцию слабого электрического чувства, аналогичную эхолокации у летучих мышей. Дальнейший
|
|
Электрочувствительность не ограничена электрическими рыбами. Действительно, большинство рыб обладают способностью детектировать электрические поля в своей окружающей среде. Первые эксперименты проводились на акулах-кошках Scyliorhinus canicula и морской лисице Raja clavata, и в них было показано, что эти хрящевые рыбы способны детектировать зарывшуюся в песок на дне аквариума морскую камбалу (Pleuronectes platessa). После случайных поисковых движений акула-кошка чует какие-то признаки местоположения камбалы с расстояния около 15 см и целенаправленно ныряет, откапывая ее из песка, и съедает. Чтобы убедиться, что обоняние не участвует в этом процессе, камбалу помещали в электропроводящую камеру из агара, но и в этом случае акула- кошка находила и откапывала камбалу из песка. Если же, однако, камбалу помещали в камеру, экранирующую электрическое поле, акула уже не в состоянии была обнаружить ее присутствие, и камбала оставалась в своем контейнере жива-здорова. В следующей части эксперимента в песок помещали электроды, чтобы симулировать биоэлектрическое поле камбалы - акула снова ныряла в поисках источника электрического сигнала. Было показано, что акула кошка наиболее чувствительна к полям, окружающим набор диполей, на расстоянии около 5 см при постоянном токе около 0,5 А. Акула-кошка и скаты реагировали и на синусоидальный ток с частотой 1, 2 и 4 Гц. В реальной жизни биоэлектрические поля генерируются ионными токами, протекающими через жаберные филаменты и эпителий кишечника. Мышечные движения также генерируют биоэлектрические потенциалы и, следовательно, электрические поля. Биоэлектрические поля, генерируемые раненной тканью, существенно мощнее. Показано, что камбала, лежащая спокойно под песком, генерирует биоэлектрические поля напряженностью, в среднем, 0,2 мкВ/см на расстоянии 10 см от рыбы. Эти поля колеблются по величине в соответствии с ритмом дыхательных движений рыбы.
|
|
Электрочувствительность хрящевых рыб чрезвычайно остра. Они достаточно чувствительны, чтобы детектировать поля всего в 5 нВ/см. Такая точность чувствительности станет более очевидной, если мы переведем ее в более привычную для человека шкалу: она эквивалентна градиенту в 0,5 В на дистанции в 1000 км. Таким образом, они вполне в состоянии обнаружить поле напряженностью 200 нВ/см на расстоянии ы 10 см от закопавшейся в песок камбалы. Вопрос о том, может ли быть такая высокая чувствительность достаточной не только для обнаружения скрывшейся жертвы, но и для детектирования слабых электрических полей, создаваемых собственными движениями, и (или) мощными потоками воды океанических течений в магнитном поле Земли, остается дискуссионным. Есть некоторые свидетельства того, что хрящевые рыбы действительно используют магнитное поле Земли для навигации на дальние расстояния. Слежение за мигрирующими синими акулами в течение многих дней показало, что они поддерживают постоянный курс на дистанциях в несколько сот километров без каких-либо иных ясных навигационных средств. Акула-молот калифорнийского побережья двигаются по маршруту, коррелирующему с магнитными аномалиями дна моря. Следует, однако, помнить, что многие рыбы и морские млекопитающие, не обладающие тонкой электрочувствительностью, тем не менее, достигают замечательных результатов в подводной навигации на дальние расстояния. В случае рыб со слабыми электрическими свойствами детектируются не только электрические поля, генерируемые движением в геомагнитном поле, и электрические поля, генерируемые другими животными. Их собственные электрические органы генерируют электрическое поле, которое искажается близко расположенными объектами, и эти искажения детектируются собственной электрорецепторной системой. Клюворылые рыбы, например, способны ощущать электрическую емкость близлежащих объектов в диапазоне 0,22 - 1,7 нФ до 120 - 680 нФ. Они могут воспринимать размер, форму, локализацию и электрическое сопротивление этих объектов. Замечательная электрочувствительность слабо электрических рыб и других животных достигается двумя типами рецепторов электрических полей.
|
|
Многие рыбы воспринимают отраженные электрические импульсы, производя при плавании разряды разной частоты. Известно около 300 видов рыб, способных генерировать электричество и использовать его для ориентации и сигнализации. Пресноводная рыбка водяной слон (Mormyrus kannume) посылает до 30 импульсов в секунду, обнаруживая беспозвоночных, которых она добывает в жидком иле без помощи зрения. Частота разрядов у некоторых морских рыб доходит до 2000 импульсов в секунду. Ряд рыб использует электрические поля также для защиты и нападения (электрический скат, электрический угорь и др.).
Многие рыбы используют электричество для защиты и поиска добычи под водой. Разряды напряжения южноамериканского электрического угря могут достигать величины напряжения в 500 Вольт. Мощность разрядов электрического ската может достигать 0,5 кВт. Акулы, миноги, некоторые сомообразные используют электричество для поиска добычи. Электрический орган рыб работает с частотой несколько сотен герц и создает напряжение в несколько вольт. Электрическое поле улавливается электрорецепторами. Находящиеся в воде предметы искажают электрическое поле. По этим искажениям рыбы легко ориентируются в мутной воде.