Зачитываюсь книжкой Эда Йонга An Immense World про то, как живые существа ощущают мир. Очень интересная глава про электрорецепцию. Мне это тут нужно, чтобы лучше разобраться, это дико интересно, а вам — я не знаю, зачем вам 🙂 но это правда интересно, ставьте лайк, если согласны, что интересно.
Ну все наверное знают про электрического угря, который своими электрическими органам умеет создавать разницу потенциалов (напряжение) до 860 В и силу тока до 40 мА — достаточно, чтобы уложить лошадь. Буквально, это проверялось на лошадях в 1880 году Александром фон Хумболдтом, окончилось все трупами.
Но самое интересное не то, что это просто плавающие батареи. Интересно то, что многие животные обладают электрорецепцией — могут ощущать непосредственное окружение так же, как это делает терменвокс. Поскольку для электрорецепции нужно, чтобы среда была проводящей, это все водные твари — сомовые, мормириды, нотоптериды и гимнотиды. Конкретно, к последней группе относятся угорь и рыба-нож. Черный призрак или Рыба-нож — известная аквариумная рыбка — генерирует небольшое напряжение, но не для того, чтобы убивать, а чтобы “видеть” всем телом и видеть сквозь песок и предметы.
Эта их особенность называется активной электролокацией. И слабо-, и сильноэлектрические рыбы создают вокруг себя характерное электрическое поле дипольного типа. Если в воде вокруг нет никаких объектов, диполь симметричен. Его конфигурация зависит от электропроводности воды и от искажений, когда в электрическое поле попадают объекты, отличающиеся от воды по электропроводности. Другими словами, с помощью своего электрического поля (генерируемого разрядами) и электрорецепторов рыба чувствует возмущение поля при попадании в него некоего объекта. Происходит перераспределение электрических потенциалов по поверхности тела, с помощью чего они определяют направленность воздействия или “вторжения”, величину объекта и пр. У черной рыбы-ножа по телу распределено 14000 электрорецепторов. Их орган электрорецепции состоит из специализированных спинномозговых нервов, которые спонтанно активируются и являются самыми быстро стреляющими клетками, известными в нервной системе любого животного — они непрерывно производят электрические сигналы с частотой более 2000 раз в секунду.
Учитывая, что скорость распространения электромагнитных волн в воде достигает 225000 км/с, электрорецепция позволяет слабо- и сильноэлектрическим рыбам практически мгновенно реагировать на искажение поля (бегством или нападением), тогда как сигналы от других сенсорных систем могут запаздывать во времени. В отличие от ультразвука летучих мышей, о которых я писал в прошлом посте, здесь электрические поля никуда не перемещаются. Причем рыба может изменять напряженность электрического поля, чтобы повысить чувствительность и дистанцию. Да, на это уходит ее энергия, поэтому она делает это при необходимости.
Были эксперименты, когда рада отличала герметичный непрозрачный горшочек от такого же второго по их содержимому.
Дальше еще интереснее. Поскольку они ощущают поля друг друга, они приспособились использовать эти поля для коммуникации. В отличие от всего остального коммуникация по радио — самая надежная, а тут по сути радио. Единственная проблема — дистанция, но по сравнению с размерами рыбки там она приличная все равно. Опыты показывают, что электрические рыбки чувствительны к изменению поля с дискретностью 1/1000000 сек. Сами же они испускают сигналы дискретностью 1/2000 сек или около того.
Некоторые виды рыб могут пульсировать полями именно для коммуникации, и форма этой пульсации – длительность и как напряжение изменяется со временем – содержит информацию о том, что за вид рыб, пол, статус, и иногда идентичность. Но timing – то есть, более крупная форма, определяющая ритм, регулярность, и т.д. – определяет суть сообщения. Есть “слова” на этом языке, означающие “тикаем”, а есть что-то про любовь.
Например, как уже говорил выше, исследования нейробиолога Ted Bullock показали, что электрическое поле черной рыбы-ножа пульсирует с периодом 0,001 секунды отклоняясь от этого значения не более, чем на 0,00000014 сек. Другими словами, это самые точные биологические часы в животном мире. Если к рыбе приделать часы, то они будут оставать на час за год. Причем это “радио” у рыбы использует частотную модуляцию (FM), чтобы передавать сообщения.
Оказалось, что электрорецепция есть не только у электрических рыб, а много у кого в воде. Например, акул. У них на носу есть специальные органы, называемые ампулами Лоренцини. Позволяет улавливать электрические поля и замечать чрезвычайно малые изменения в их напряженности. Эти органы получили имя Лоренцини только потому, что в 1678 году этот врач написал “что за хрень у них на носу”, а ответил ему биолог R.W.Murray только через 300 лет, но имя уже эти штуки получили.
Так вот, этими органами ампулами Лоренцини те же акулы и скаты чувствуют живые существа, даже, если тех не видно — например, когда жертва прячется в песке. Но как же, акулы же не могут генерировать поле, в отличие от рыбы-ножа или угря? Поэтому это называется пассивной электрорецепцией. Все живые существа генерируют микронапряжение, и органы акулы на небольшом расстоянии это чувствуют. Этому открытию уже 50 лет, а в школе нам такое интересное почему-то не рассказывали. Молотоголовые акулы например способны детектировать электрическое поле в 1 нановольт (1/1000000000 вольта) на сантиметр воды.
Среди большой группы млекопитающих электрорецепция известна только у австралийского утконоса и предполагается её наличие у ехидны. Утконос имеет 50000 рецепторов, и по тому же принципу как и акула, ищет еду в мутной воде или на дне под песком. Кроме всего прочего, у него еще под водой закрыты глаза, уши, нос, так что он использует только электрорецепцию. Был еще интересный опыт с пчелами. Если посмотреть на их мир органами электрорецепции, там будет целая вселенная. Например, цветы имеют отрицательный заряд, пчелы — положительный (потому что в полете теряют электроны), и вот опыт показал, что пчелы способны отличать искусственные цветки с разным зарядом. У пчел нет никаких ампул Лоренцини, но есть чувствительные волоски на шкурке.
Вообще иногда задумываешься, как же мастерски природа использует законы физики.
Being in America 