Может ли электрический угорь убить аллигатора

Опубликовано: 02.05.2024

Удивительно, но на сегодня отсутствуют научные работы, посвященные изучению невосприимчивости электрического угря к эндогенному и экзогенному электрическому току.

Перед ответом на вопрос, заданный в названии статьи, хочется обратить внимание читателя на то, что электрический угорь (Electrophorus electricus), на самом деле, не относится к Угревым. Он является представителем семейства Gymnotidae или рыб ножей. По степени родства эта рыба ближе к сомам, но из-за длинного и круглого в сечении тела получила название угорь.

У большинства животных электрический ток вовлечен в процессы передачи сигналов в нервной ткани, а также в мышечном сокращении. Однако в ходе эволюционного развития мышечная ткань некоторых рыб изменилась в специализированные клетки, электроциты. Появление нового типа клеток в составе электрического органа позволило генерировать токи более высокой силы и использовать их для нападения, защиты, навигации и общения.

Электроциты являются аналогами батареек с электродвижущей силой (ЭДС) и сопротивлением. Каждый угорь имеет приблизительно 140 рядов этих клеток, расположенных вдоль тела. Каждый ряд содержит 5000 электроцитов. Каждый электроцит генерирует ток с ЭДС 0,15 В и имеет сопротивление 0,25 Ом. Сопротивление воды, окружающей угря оставляет 800 Ом.

Для определения физических процессов, ответственных за электросопротивляемость электрического угря, необходимо рассмотреть все связанные с рыбой токи.

Существуют токи, проходящие через жертву и токи, проходящие через самого угря. Важно, что они формируют замкнутую цепь: ток покидает угря, проходит через воду и рыбу, и возвращается обратно в угря.

Однако, если мы попросту возьмем угря в качестве единого пути, токи через жертву и хищника окажутся одинаковой силы. Ключевым моментом является наличие у угря множества рядов, через которые проходят токи. Таким образом, вместо единичного пути или ветви, их, в действительности, 140. Разряд, проходящий через ряды электроцитов, имеет сниженную силу в каждой точке тела рыбы.

Предполагается (высокое сопротивление жировой ткани или кожи?), что ток проходит преимущественно по поверхности тела угря, чем сквозь него. Это снижает риск повреждения.

Для ответа на вопрос о физике явления обратимся к правилам Кирхгофа. Рассмотрим систему угорь и жертва как идеальную цепь. В конечном счете, мы обнаружим, что токи через жертву очень большие, а через угря очень маленькие.

ЭДС каждого ряда электроцитов расчитвается по формуле:
Vряда = 5000 * V электроцита = 5000 * 0,15 В = 750 В

Сопротивление каждого ряда электроцитов расчитывается по формуле:
Rряда = 5000 * R электроцита = 5000 * 0.25 Ом = 1250 Ом

Каждый из 140 рядов может быть представлен в виде эквивалента источника ЭДС и резистора

В данном случае представлены не все ряды, читатель может продолжить схему сам. Теперь, используя правило Кирхгофа, можно вычислить ток в каждом ряду, а также ток, проходящий через жертву. Отметим, что токи через каждый ряд эквиваленты.

Сила тока через жертву согласуется с первым правилом Кирхгофа: 140 * I = I жертва

Первое правило Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов в каждом узле любой цепи равна нулю. При этом втекающий в узел ток принято считать положительным, а вытекающий — отрицательным: Сумма втекающих токов равна сумме вытекающих.

Петля прохождения электрического тока

Второе правило Кирхгофа (правило напряжений Кирхгофа) гласит, что алгебраическая сумма падений напряжений на всех ветвях, принадлежащих любому замкнутому контуру цепи, равна алгебраической сумме ЭДС ветвей этого контура. Если в контуре нет источников ЭДС (идеализированных генераторов напряжения), то суммарное падение напряжений равно нулю.

Выживаемость в мире дикой природы напрямую зависит от эффективной адаптации. Каждый приспосабливается как может: кто-то мимикрирует под окружающую среду, кто-то вырабатывает яд, а кто-то электричество. Электрических рыб, на нашей планете не так уж и мало: согласно научным данным, их около 300 разновидностей. Но только две – электрический скат и электрический угорь , способны вырабатывать ток такого напряжения, что он может убить даже человека.

Эта рыба способна вырабатывать электричество напряжением до 1300 В, а сила тока достигает 1А. Потрясающие показатели: для наглядности стоит отметить, что взрослая особь может оглушить крупную лошадь. Положительный заряд у угря образуется в передней части тела, а отрицательный, соответственно, в задней.

Зачем рыбе электричество

Долгое время считалось, что электричество угрю необходимо, чтобы защищаться, а также оглушать слишком прытких жертв. Однако исследования показали, что эта рыба использует его намного разнообразнее.

Угорь далеко не всегда делает удар электричеством на полную мощность. Рыба способна контролировать уровень напряжения. И испуская слабый импульс, она просто ориентируется в пространстве, узнаёт о расстоянии до дна или до другого объекта, который расположен в воде. Это очень важно, потому что угри обитают там, где жидкость нередко оказывается довольно мутной. Так что полагаться на зрение они попросту не могут.

Кроме того, электрические угри нередко таким образом общаются друг с другом. Они испускают импульсы и узнают о том, кто находится рядом. Учёные установили, что рыба благодаря электричеству в курсе даже того, насколько часто бьётся сердце у другой рыбы, находящейся не очень далеко.

Как вырабатывается

Электричество у угря вырабатывается за счёт особых органов, которые так и называются электрические. У этой рыбы они расположены по бокам и занимают примерно ⅘ от длины всего тела.

Электрические органы состоят из своеобразных пластин , в которых образуется напряжение. Эти самые пластины создают столбики. Фактически, речь идёт о видоизменённой ткани, которая срабатывает как микрогенератор. Она создаёт небольшое напряжение, около 0,1В. Но каждая пластина является частью одной большой цепи.

Электрический угорь может похвастаться 70 столбиками. Причём каждый из них насчитывает примерно по 6 тысяч пластин. Такая мощь объясняется ещё и тем, что угорь – рыба пресноводная. А солёная вода, как известно, проводит электричество лучше пресной. Так что угрю, чтобы оглушить добычу, требуется вырабатывать больше электричества, чем если бы он был морским обитателем.

Вообще, у угря для выработки электричества есть 3 органа. Один из них расположен в хвосте. Он вырабатывает слабый ток, который нужен рыбе для общения и для навигации. А вот два остальных органа отвечают за выработку электричества максимальной мощности, которая используется для защиты и охоты.

Между прочим, в зависимости от того, чем именно занимается рыба, меняется частота импульса. Когда она отпугивает от себя тех, кто может навредить, частота обычно составляет примерно 10-12 импульсов в минуту. А вот при охоте может резко возрастать вплоть до нескольких сотен.

Угорь таким образом и сканирует пространство, и охотится одновременно. Когда поражённая электричеством добыча начинает конвульсивно дёргаться, хищник её обнаруживает, подплывает и съедает. Охотится угорь преимущественно на рыб, но в его рационе есть также лягушки и даже мелкие птицы.

Любопытно, что эволюция разных видов электрических рыб шла параллельно друг другу. Но в итоге образовались органы, которые во многом работают по схожему принципу. И электрический угорь среди всех достиг наибольшего мастерства. Это сделало его действительно опасным хищником Амазонки, даже для человека.

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.

Чтобы отпугнуть крупного хищника, зашедшего в воду, электрические угри стараются дотронуться до него над водой и притом как можно выше.

Выдающийся естествоиспытатель и путешественник Александр фон Гумбольдт рассказывал, что во время своих странствий в бассейне Амазонки он стал свидетелем битвы между лошадьми и электрическими угрями, причём две лошади даже утонули, будучи парализованными электрическими разрядами.

Звучит несколько абсурдно, кроме того, на протяжении последующих 200 лет после Гумбольдта никто ничего подобного не видел, так что в конце концов угрей, нападающих на лошадей, сочли некоторым преувеличением. Однако, как пишет в своей статье в PNAS Кеннет Катания (Kenneth Catania) из Университета Вандербильта, Гумбольдту, скорее всего, ничего не привиделось – электрические угри действительно могут вступать в борьбу с животными во много раз крупнее их самих, прыгая на них из воды.

Катания держал угрей в больших аквариумах, пересаживая рыб с помощью металлической сетки. И вот, по словам исследователя, один крупный угорь, вместо того, чтобы убегать от сетки, вдруг раз разом начал выпрыгивать из воды навстречу руке, стараясь прижаться к ней щекой и одновременно генерируя серию высоковольтных импульсов. Известно (благодаря опытам самого Катании), что угри воспринимают небольшие проводящие ток объекты как потенциальную добычу.

Логично было бы предположить, что «крупный проводник», который даже в воду не может целиком погрузиться, представляет собой опасность – хищника, от которого нужно либо убежать, либо отбиться. Тогда такие электрические прыжки есть разновидность защитного поведения.

Дальнейшие эксперименты показали, что это и впрямь так. Во-первых, на крупные, но не проводящие ток предметы угри не нападали, понимая, что, будь это настоящий живой хищник, он был бы электропроводным. Но зачем угорь выпрыгивает из воды? Для того, чтобы как можно чувствительней ударить по врагу – сила и напряжение тока, генерируемого электрорыбой, заметно усиливаются, если угорь поднимается в воздух. Пока он целиком находится под водой, ток большей частью утекает в воду, даже если угорь дотронется до того, на кого нападает. Но если угорь коснётся противника над водой, то весь ток будет использован, что называется, по назначению.

Особенно наглядным здесь оказался опыт Катании с искусственной головой аллигатора, снабжённой проводами и лампочками: если угорь атаковал голову под водой, лампочки почти не горели, но если он атаковал над водой, лампочки загорались, и вспыхивали тем ярче, чем выше выпрыгивал угорь. При таких прыжках, разумеется, его хвост оставался в воде, в противном случае не удалось бы создать замкнутую цепь. Чтобы ощутить всю силу тока, хищник тоже должен находиться в воде – то есть если, к примеру, вы стоите на берегу, а в воду опустили только палец, вы вряд ли почувствуете разряд угря (с другой стороны, нападать на того, кто ещё не вторгся на его территорию, угрю нет никакого смысла).

Угри атаковали не всегда, а лишь в том случае, если чувствовали себя загнанными в угол, например, когда уровень воды в аквариуме оказывался слишком низким. Очевидно, в естественной среде обитания риск подвергнуться электрошоку повышается в сухой сезон, когда водоёмы, в которых живут угри, отчасти пересыхают, и к ним « в гости» могут заглянуть сухопутные хищники.

Вообще Кеннет Катания уже достаточно давно известен своими исследованиями электрических угрей. Так, в 2014 году он опубликовал в Science статью, в которой рассказывал, как угри управляют жертвой на расстоянии, с помощью слабых электрических разрядов заставляя её обнаружить себя.

А в прошлом году он на страницах Current Biology описал, как угри, когда им приходится иметь дело с крупной добычей, усиливают свой парализующий разряд.

Читайте также: