Фізика у світі тварин: електричний вугор та його «енергостанція»

Екологія життя: Риба виду електричний вугор (Electrophorus electricus) – єдиний представник роду електричних вугрів (Electrophorus). Зустрічається він у ряді приток середньої та нижньої течії Амазонки. Розмір тіла риби досягає 2,5 метра завдовжки, а вага - 20 кг. Харчується електричний вугор рибою, земноводними, якщо пощастить — птахами чи дрібними ссавцями.

Риба виду електричний вугор (Electrophorus electricus) – єдиний представник роду електричних вугрів (Electrophorus). Зустрічається він у ряді приток середньої та нижньої течії Амазонки. Розмір тіла риби досягає 2,5 метра завдовжки, а вага - 20 кг. Харчується електричний вугор рибою, земноводними, якщо пощастить — птахами чи дрібними ссавцями. Вчені вивчають електричного вугра десятки (якщо не сотні) років, але тільки зараз почали прояснюватись деякі особливості будови його тіла та низки органів.

Причому здатність виробляти електрику — єдина незвичайна риса електричного вугра. Наприклад, дихає він атмосферним повітрям. Це можливо завдяки великій кількості особливого виду тканини порожнини рота, пронизаної кровоносними судинами. Для дихання вугру потрібно кожні 15 хвилин випливати до поверхні. З води кисень брати він не може, оскільки мешкає він у дуже каламутних та дрібних водоймах, де дуже мало кисню. Але, звичайно, головна відмінність електричного вугра — це його електричні органи.

Електричний вугор (Джерело: youtube)

Вони відіграють роль не тільки зброї для оглушення чи вбивства її жертв, якими вугор харчується. Розряд, що генерується електричними органами риби, може бути слабким, до 10 Ст.Такі розряди вугор генерує для електролокації. Справа в тому, що риба має спеціальні «електрорецептори», які дозволяють визначати спотворення електричного поля, що викликаються його власним тілом.

Електролокація допомагає вугрю знаходити шлях у каламутній воді і знаходити жертв. Вугор може дати сильний розряд електрики, і в цей час риба або земноводне, що причаїлася, починає хаотично смикатися через судом. Ці коливання хижак легко виявляє і з'їдає жертву. Таким чином, ця риба є одночасно і електрорецептивною та електрогенною.

Цікаво, що розряди різної сили вугор генерують за допомогою електричних органів трьох типів. Вони займають приблизно 4/5 довжини риби. Високу напругу виробляють органи Хантера та Мена, а невеликі струми для навігаційних цілей та комунікаційних цілей генерує орган Саксу. Головний орган та орган Хантера розміщуються у нижній частині тіла вугра, орган Сакса – у хвості. Вугри спілкуються між собою за допомогою електричних сигналів на відстані до семи метрів. Певною серією електричних розрядів можуть залучати до себе інших особин свого виду.

Як електричний вугор генерує електричний розряд?

Вугри цього виду, як і ряд інших «електрифікованих» риб, відтворюють електрику тим же чином, що й нерви з м'язами в організмах інших тварин, тільки для цього використовуються електроцити — спеціалізовані клітини. Завдання виконується за допомогою ферменту Na-K-АТФази (до речі, цей фермент дуже важливий і для молюсків роду наутілус (лат. Nautilus)).

Завдяки ферменту утворюється іонний насос, що викачує з клітини іони натрію, і іони калію, що закачує.Калій виводиться із клітин завдяки спеціальним білкам, що входять до складу мембрани. Вони утворюють своєрідний "калієвий канал", через який і виводяться іони калію. Усередині клітини накопичуються позитивно заряджені іони, зовні негативно заряджені. Виникає електричний градієнт.

Різниця потенціалів у результаті сягає 70 мВ. У мембрані тієї ж клітини електричного органу вугра є і натрієві канали, якими іони натрію можуть знову потрапити у клітину. У звичайних умовах за 1 секунду насос виводить із клітини близько 200 іонів натрію і одночасно переносить у клітину приблизно 130 іонів калію. На квадратному мікрометрі мембрани може розміститися 100-200 таких насосів. Зазвичай ці канали закриті, але у разі потреби вони відкриваються.

Якщо це сталося, градієнт хімічного потенціалу призводить до того, що іони натрію знову надходять у клітини. Відбувається загальна зміна напруги від -70 до +60 мВ і клітина дає розряд в 130 мВ. Тривалість процесу – всього 1 мс. Електричні клітини з'єднуються між собою нервовими волокнами, з'єднання – послідовне. Електроцити становлять своєрідні стовпчики, які з'єднуються вже паралельно. Загальна напруга електричного сигналу, що генерується, досягає 650 В, сила струму - 1А. За деякими даними, напруга може сягати навіть 1000 В, а сила струму - 2А.

Електроцити (електричні клітини) вугра під мікроскопом

Після розряду знову діє іонний насос і електричні органи вугра заряджаються. На думку вчених, налічується 7 типів іонних каналів мембрани клітин електроцитів. Розташування цих каналів і чергування типів каналів впливає швидкість виробництва електрики.

ПІДПИСУЙТЕСЯ на НАШ youtube канал Еконет.ру, що дозволяє дивитися онлайн, скачати з ютуб безкоштовно відео про оздоровлення, омолодження людини. Любов до оточуючих і себе, як почуття високих вібрацій - важливий чинник

Розряд електричної батареї

За результатами дослідження Кеннета Катанія (Kenneth Catania) з Університету Вандербільта (США), вугор може використовувати три типи розряду свого електричного органу. Перший, як і згадувалося вище, - це серія низьковольтних імпульсів, які служать для комунікації та навігаційних цілей.

Другий - послідовність з 2-3 високовольтних імпульсів тривалістю кілька мілісекунд. Цей спосіб використовується вугрем при полюванні на жертву, що сховалася і затаїлася. Як тільки дано 2-3 розряди високої напруги, м'язи затаївшейся жертви починають скорочуватися, і вугор може легко виявити потенційну їжу.

ПІДПИСУЙТЕСЯ на НАШ youtube канал Еконет.ру, що дозволяє дивитися онлайн, скачати з ютуб безкоштовно відео про оздоровлення, омолодження людини. Любов до оточуючих і себе, як почуття високих вібрацій - важливий чинник

Третій спосіб – ряд високовольтних високочастотних розрядів. Третій спосіб вугор використовує під час полювання, видаючи за секунду до 400 імпульсів. Цей спосіб паралізує практично будь-яку тварину невеликого та середнього розміру (навіть людину) на відстані до 3 метрів.

Хто ще здатний виробляти електричний струм?

З риб цього здатні близько 250 видів. Більшість електрика — лише засіб навігації, як, наприклад, у разі слоника нільського (Gnathonemus petersii).

Але електричний розряд чутливої ​​сили здатні генерувати небагато риб. Це електричні скати (ряд видів), електричний сом та деякі інші.

Електричний сом (Джерело: Wikipedia)

Джейсон Геллент з колегами провели секвенсування геному ряду риб з електричними органами, і з'ясували, що багато вивчених ними видів не є родичами. "Винахід" природою електричних органів у риб йшло паралельно, але будова батарей дуже схоже у всіх.

Усього вчені нарахували 6 незалежних один від одного еволюційних ліній, що призвели до появи електричних органів. Мабуть, електричний вугор є одним із видів риб, які використовують цей орган найбільш майстерно. опубліковано econet.ru

Це Вам буде цікаво:

Ставте ЛАЙКИ, ділитеся з ДРУЗЯМИ!

Фізика у світі тварин: електричний вугор та його «енергостанція»

Риба виду електричний вугор (Electrophorus electricus) – єдиний представник роду електричних вугрів (Electrophorus). Зустрічається він у ряді приток середньої та нижньої течії Амазонки. Розмір тіла риби досягає 2,5 метра завдовжки, а вага - 20 кг. Харчується електричний вугор рибою, земноводними, якщо пощастить — птахами чи дрібними ссавцями. Вчені вивчають електричного вугра десятки (якщо не сотні) років, але тільки зараз почали прояснюватись деякі особливості будови його тіла та низки органів.

Причому здатність виробляти електрику — єдина незвичайна риса електричного вугра. Наприклад, дихає він атмосферним повітрям. Це можливо завдяки великій кількості особливого виду тканини порожнини рота, пронизаної кровоносними судинами. Для дихання вугру потрібно кожні 15 хвилин випливати до поверхні. З води кисень брати він не може, оскільки мешкає він у дуже каламутних та дрібних водоймах, де дуже мало кисню. Але, звичайно, головна відмінність електричного вугра — це його електричні органи.

Вони відіграють роль не тільки зброї для оглушення чи вбивства її жертв, якими вугор харчується. Розряд, що генерується електричними органами риби, може бути слабким, до 10 В. Такі розряди вугор генерує для електролокації. Справа в тому, що риба має спеціальні «електрорецептори», які дозволяють визначати спотворення електричного поля, що викликаються його власним тілом. Електролокація допомагає вугрю знаходити шлях у каламутній воді і знаходити жертв. Вугор може дати сильний розряд електрики, і в цей час риба або земноводне, що причаїлася, починає хаотично смикатися через судом. Ці коливання хижак легко виявляє і з'їдає жертву. Таким чином, ця риба є одночасно і електрорецептивною та електрогенною.

Цікаво, що розряди різної сили вугор генерують за допомогою електричних органів трьох типів. Вони займають приблизно 4/5 довжини риби. Високу напругу виробляють органи Хантера та Мена, а невеликі струми для навігаційних цілей та комунікаційних цілей генерує орган Саксу. Головний орган та орган Хантера розміщуються у нижній частині тіла вугра, орган Сакса – у хвості. Вугри спілкуються між собою за допомогою електричних сигналів на відстані до семи метрів. Певною серією електричних розрядів можуть залучати до себе інших особин свого виду.

Як електричний вугор генерує електричний розряд?

Вугри цього виду, як і ряд інших «електрифікованих» риб, відтворюють електрику тим же чином, що й нерви з м'язами в організмах інших тварин, тільки для цього використовуються електроцити — спеціалізовані клітини. Завдання виконується за допомогою ферменту Na-K-АТФази (до речі, цей фермент дуже важливий і для молюсків роду наутілус (лат.).Nautilus)). Завдяки ферменту утворюється іонний насос, що викачує з клітини іони натрію, і іони калію, що закачує. Калій виводиться із клітин завдяки спеціальним білкам, що входять до складу мембрани. Вони утворюють своєрідний "калієвий канал", через який і виводяться іони калію. Усередині клітини накопичуються позитивно заряджені іони, зовні негативно заряджені. Виникає електричний градієнт.

Різниця потенціалів у результаті сягає 70 мВ. У мембрані тієї ж клітини електричного органу вугра є і натрієві канали, якими іони натрію можуть знову потрапити у клітину. У звичайних умовах за 1 секунду насос виводить із клітини близько 200 іонів натрію і одночасно переносить у клітину приблизно 130 іонів калію. На квадратному мікрометрі мембрани може розміститися 100-200 таких насосів. Зазвичай ці канали закриті, але у разі потреби вони відкриваються. Якщо це сталося, градієнт хімічного потенціалу призводить до того, що іони натрію знову надходять у клітини. Відбувається загальна зміна напруги від -70 до +60 мВ і клітина дає розряд в 130 мВ. Тривалість процесу – всього 1 мс. Електричні клітини з'єднуються між собою нервовими волокнами, з'єднання – послідовне. Електроцити становлять своєрідні стовпчики, які з'єднуються вже паралельно. Загальна напруга електричного сигналу, що генерується, досягає 650 В, сила струму - 1А. За деякими даними, напруга може сягати навіть 1000 В, а сила струму - 2А.

Електроцити (електричні клітини) вугра під мікроскопом

Після розряду знову діє іонний насос і електричні органи вугра заряджаються. На думку вчених, налічується 7 типів іонних каналів мембрани клітин електроцитів.Розташування цих каналів і чергування типів каналів впливає швидкість виробництва електрики.

Розряд електричної батареї

За результатами дослідження Кеннета Катанія (Kenneth Catania) з Університету Вандербільта (США), вугор може використовувати три типи розряду свого електричного органу. Перший, як і згадувалося вище, - це серія низьковольтних імпульсів, які служать для комунікації та навігаційних цілей.

Другий - послідовність з 2-3 високовольтних імпульсів тривалістю кілька мілісекунд. Цей спосіб використовується вугрем при полюванні на жертву, що сховалася і затаїлася. Як тільки дано 2-3 розряди високої напруги, м'язи затаївшейся жертви починають скорочуватися, і вугор може легко виявити потенційну їжу.

Третій спосіб – ряд високовольтних високочастотних розрядів. Третій спосіб вугор використовує під час полювання, видаючи за секунду до 400 імпульсів. Цей спосіб паралізує практично будь-яку тварину невеликого та середнього розміру (навіть людину) на відстані до 3 метрів.

Хто ще здатний виробляти електричний струм?

З риб цього здатні близько 250 видів. Більшість електрика — лише засіб навігації, як, наприклад, у разі слоника нільського (Gnathonemus petersii).

Але електричний розряд чутливої ​​сили здатні генерувати небагато риб. Це електричні скати (ряд видів), електричний сом та деякі інші.

Електричний сом (Джерело: Wikipedia)

Джейсон Геллент з колегами провели секвенсування геному ряду риб з електричними органами, і з'ясували, що багато вивчених ними видів не є родичами. "Винахід" природою електричних органів у риб йшло паралельно, але будова батарей дуже схоже у всіх. Усього вчені нарахували 6 незалежних один від одного еволюційних ліній, що призвели до появи електричних органів. Мабуть, електричний вугор є одним із видів риб, які використовують цей орган найбільш майстерно.