Ученые обнаружили подвид угря который способен выдавать самый мощный электрический разряд Как и Почему

Ученые обнаружили подвид угря, который способен выдавать самый мощный электрический разряд — «Как и Почему»

Ученые обнаружили подвид угря, который способен выдавать самый мощный электрический разряд. Они давно предполагали, что существует только один вид электрического угря. (В конце концов, а разве нужно больше?) Но когда группа ученых исследовала более 100 электрических угрей из бассейна Амазонки в Южной Америке, выяснилось, что на самом деле существует три вида угрей, один из которых способен выдавать самый мощный заряд тока, когда-либо измеренный у живого животного.

Чтобы сформировать определенное генеалогическое древо, исследователи изучили 107 угрей, пойманных в Бразилии, Суринаме, Французской Гвиане и Гайане. Они проанализировали ДНК подопытных, исследовали их тело и костные структуры и нанесли на карту место, где их поймали.

Данные выявили три генетически отдельные группы с различными географическими диапазонами. Исследователи Nature Communications определили, что Electrophorus electricus живет далеко на севере, в основном в Гайане и Суринаме; E. varii распространен вдоль низменности бассейна Амазонки, в основном в северной части Бразилии; а радиус обитания E. Voltai на юге, в Бразилии.

Хотя подвиды почти невозможно различить визуально – у всех у них коричневая морщинистая кожа и морщинистые рты – команда смогла обнаружить тонкие различия в форме черепа и структуре тела. Например, у Electrophorus electricus и Electrophorus voltai вдавленные черепа, которые могли развиваться как приспособление для поиска пищи на дне скалистой реки. Они также эффективны в быстрых течениях.

Ученые также поместили угрей в надувные бассейны, чтобы измерить силу их ударов. Они обнаружили, что один из новых видов, E. voltai, названный в честь Алессандро Вольта, изобретателя батарейки, может выдавать удар в 860 вольт, что значительно выше предыдущего максимального напряжения в 650 вольт. Для сравнения, в розетке от 120 до 240 вольт, а шокер может выдать около 1200.

Исследователи утверждают, что угри могли разделиться на виды в результате образования крупной поймы Амазонки более 3 миллионов лет назад. Они не проверяли, смогут ли различные виды угрей скрещиваться, если им будет предоставлена такая возможность, но, после миллионов лет расхождения в эволюции, это маловероятно.

Источник



Живые электрошокеры: обнаружен вид рыб, способных выдавать разряды до 860 вольт

Бразильские и американские биологи изучили ДНК электрических угрей из бассейна Амазонки и пришли к выводу, что имеют дело не с одним видом рыб, как считалось раньше, а с тремя. Один из двух открытых видов, названный в честь Алессандро Вольта, способен выдавать разряды тока до 860 вольт — больше, чем любое другое живое существо.

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.

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.

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.

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.

Источник

Американский исследователь изучил удар электрического угря на себе

Электрический угорь (Electrophorus electricus) использует электрические разряды в качестве способа агрессивной защиты. Для этого он выныривает половиной своего тела из воды и «жалит» потенциально опасное для себя животное. Американский ученый проверил на себе, какие напряжение, ток, и мощность вырабатываются при таком ударе. Работа опубликована в Current Biology.

Использование рыбами электрических импульсов — не редкость. У многих видов рыб есть специальные электрические органы, которые используются для ориентирования в пространстве, обороны, охоты и общения. Всего электрические разряды способны создавать около 250 видов рыб, но только два вида — электрический угорь и электрический скат — могут произвести электрический разряд, способный парализовать человека или крупное животное, находящееся в воде. Угорь использует электрические разряды в качестве метода агрессивной защиты. Для этого он совершает бросок, выныривая примерно половиной своего тела из воды и касаясь нападающего головой. При этом между головой и хвостом рыбы создается разность потенциалов, которая приводит к образованию замкнутой электрической цепи и протеканию тока по телу жертвы. Однако за всю многовековую историю встреч человека с электрическими угрями известно лишь несколько случаев, когда человек или лошадь тонули, будучи парализованными электрическим разрядом, и ни одного задокументированного летального исхода непосредственно от электрического удара.

В своем новом исследовании американский ученый Кеннет Катания решил измерить, какое напряжение создает электрический угорь при ударе и какой силы электрический ток он возбуждает в теле человека. Все эксперименты ученый проводил на себе.

Для своих опытов биолог использовал довольно молодого электрического угря длиной около 40 сантиметров. Сначала с помощью амперметра, вольтметра и нескольких резисторов ученый измерил электродвижущую силу и внутреннее сопротивление угря, которые составили 198 Вольт и 960 Ом, соответственно. После этого из данных о проводимости воды при комнатной температуре было рассчитано сопротивление воды, приходящейся на длину тела угря (около 400 Ом). Затем с помощью вольтметра и диэлектрической пластинки биолог измерил падение напряжения на выступающей из воды при атаке части угря (127 Вольт) и нашел ее сопротивление (около 2400 Ом).

Измерив все предварительные данные, ученый перешел к опытам на себе. В качестве объекта для атаки биолог использовал собственную руку с опущенной в воду ладонью. Чтобы избежать подводного контакта угря с рукой, ладонь он поместил в контейнер из диэлектрического материала, с двух сторон покрытого проводящим слоем. С помощью такого устройства ученый измерял зависимость тока, который течет по руке после атаки угрем, от времени.

Максимальный измеренный ток составил около 43 миллиампер. А зная все данные собранной электрической цепи из угря, своей руки, и воды, он рассчитал сопротивление руки (около 2100 Ом) и пиковую мощность электрического разряда (3,9 Ватта). Хотя измеренный ток довольно небольшой, но, конечно, он сильно превышает порог чувствительности ноцицепторов и достаточен для возбуждения рефлекса отдергивания руки. При этом ученый отмечает, что более взрослые особи обладают большей длиной, которая может превышать 1 метр, и могут создать большую разность потенциалов, но при этом обычно выныривают из воды на меньшую высоту.

Это исследование — уже не первое, которое Кеннет Катания проводит для оценки электрического удара угря. Например, недавно он изучал зависимость от времени частоты и амплитуды электрических разрядов, которые производит угорь при защите. Но до этого свои опыты он проводил на муляжах и специальных модельных объектах. Свои собственные руки он использовал для этого впервые.

Источник

Электрический угорь и его удачно развитая ветка в эволюции

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.

Но 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.

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.

Источник

Adblock
detector