Искусные адаптации. Крот-звездонос, электрический угорь и другие чудеса эволюции - Кеннет Катания

Фотографировать я начал еще в 1980-х, и моим первым фотоаппаратом был обычный Nicon FM. Пленки хватало на 24 фотографии, а до проявки нельзя было понять, верно ли настроены вспышка, фокус и кадрирование. Чтобы фотографию напечатали за один час, нужно было доплатить, и все это требовало бесконечных походов в фотоателье и стояния в очередях. Для получения фотографии звездоноса, приведенной в первой главе, мне понадобились десятки таких походов и стояний. Это было в 1993 году. Такой вот аналог хождения в школу босиком по снегу в соседнее село, только из мира фотографии.

6.3. Электрический угорь мгновенно парализует рыбу ударом тока высокого напряжения (начиная с отметки 60 мс)

Сегодня я подключаю цифровой Nicon к компьютеру, за пару секунд получаю 24 цветных снимка в высоком разрешении и тут же их просматриваю. Вооружившись этим чудом техники, я без труда сделал несколько цветных фотографий угря, по качеству значительно превосходящих снимок 1950 года. Что верно для современных фотоаппаратов, верно и для видеокамер. Так что я сделал нечто совершенно недоступное ученым прошлого: запечатлел охоту электрического угря в режиме ускоренной съемки. Просматривая полученное видео в замедленном режиме, я заметил нечто странное – в хорошем смысле слова. Настолько странное, что я не мог объяснить это ни студентам, ни даже себе.

Атакуя рыбу, угорь генерирует серию электрических импульсов высокого напряжения, а затем, продолжая испускать электричество, набрасывается на жертву пастью вперед. Тут нет ничего удивительного. Что меня поразило, так это действия рыбы – точнее, их отсутствие. Всего три миллисекунды под действием электрического тока – и жертва застывает в воде, переставая шевелить хвостом и плавниками. Как будто мгновенно замерзает во льду.

Можно решить, что угорь просто убивает свою добычу. Но это не так. Как и любой хищник, электрический угорь иногда промахивается, и тогда, стоит ему прекратить генерировать импульсы, рыба оживает и снова начинает двигаться. Выходит, угорь каким-то образом полностью обездвиживает рыбу всего за три миллисекунды (то есть три тысячные доли секунды). Для сравнения: атака электрического угря достигает цели быстрее, чем пуля 45-го калибра пролетает метр. Понятно, что электрический ток, вырабатываемый угрем, достигает жертвы практически мгновенно, но как он настолько быстро парализует мышцы? Эта загадка положила начало моим исследованиям электрических угрей.

Набирая заряд

Фарадей и Гумбольдт проверяли испускаемый электрическим угрем ток руками. Но в наши дни отслеживать электрическую активность угря можно гораздо менее болезненным способом. Исследователю нужны лишь динамик и пара проводов, опущенных в аквариумную воду. Электрические импульсы преобразуются в звуки, а те же провода можно подсоединить к регистратору данных, чтобы детально зафиксировать процесс. Очень похоже на более привычную картину, которую я описал в первой главе, – с пикающим в тишине больничной палаты кардиомонитором, который регистрирует импульсы, испускаемые электрически активными клетками.

Кардиомонитор – хорошее напоминание о том, что мышечная ткань генерирует солидные электрические импульсы, а значит, именно из мышечной ткани в ходе эволюции мог развиться электрический орган. И электрический орган угря действительно состоит из модифицированных мышечных клеток – электроцитов. Они утратили способность сокращаться, а взамен оснастились дополнительными ионными каналами, которые обеспечивают транспорт ионов через клеточные мембраны и выработку электрических разрядов (у крупных угрей сила тока достигает одного ампера). Механизм аналогичен выработке тока сердечными водителями ритма.

6.4. Результаты регистрации электрических импульсов из аквариума: два разных типа электрических разрядов, испускаемых угрем. Слабые разряды, генерируемые с низкой частотой, представляют собой компонент системы электрорецепции и не наносят вреда другим животным. Импульсы высокого напряжения испускаются с гораздо более высокой частотой и парализуют жертву

Сначала развились маленькие электрические органы, испускающие слабые разряды. Впоследствии у предков электрических угрей они эволюционировали в мощные аккумуляторы. Если вы сейчас гадаете, какие преимущества давала рыбе выработка слабого и безобидного электрического тока, вы в хорошей компании: Дарвин тоже задавался этим вопросом и так и не нашел ответа. Сегодня известно, что небольшие электрические органы – это часть сложной сенсорной системы, которую называют активной электрорецепцией. Этим типом восприятия обладают сотни слабоэлектрических рыб, обитающих в Африке и Южной Америке8. Когда орган активен, рыба окружена электрическим полем, и при попадании в это поле каких-либо объектов возбуждаются электрорецепторы на коже рыбы. Предками электрического угря были именно южноамериканские слабоэлектрические рыбы. Можно сказать, что угорь взял мирную сенсорную систему и постепенно превратил ее в оружие массового поражения, сохранив при этом низковольтный сенсорный компонент.

Этот краткий экскурс в эволюцию электрического угря помогает объяснить природу испускаемого им тока. У каждого угря есть две – и только две – настройки мощности, и у каждой особи их значения фиксированы, как у электрического фонарика с двумя режимами (хотя, разумеется, по мере роста особи и ее электрического органа мощность возрастает). Импульсы низкого напряжения используются исключительно для получения информации об окружающей среде, как описано выше. Эти безвредные зондирующие импульсы электрический угорь испускает с частотой 5–10 в секунду, когда плавает, охотится и сканирует окружение. Как только животное обнаруживает потенциальную добычу (или хищника, или назойливого натуралиста), оно переходит в режим высокой мощности, выдавая серию высоковольтных импульсов с частотой до четырехсот в секунду. Именно эти разряды парализуют рыбу. Непонятно только, как именно. Но у меня возникла догадка.

Плавучий электрошокер?

Забавно было бы подсчитать, сколько раз мы изобретали что-то, что у животных развилось в процессе эволюции миллионы лет назад. Среди очевидных примеров – аэродинамический профиль крыла птицы и самолета, а также использование эхолокации у дельфинов и на подводных лодках. Я задумался: что, если в этот ряд можно поставить и электрического угря? Я вспомнил о предмете, знакомом практически всем (хотя, надеюсь, не слишком близко знакомом), – полицейском электрошокере. Я имел общее представление о принципе его работы, но что мне было действительно нужно, так это информация из первых рук и немного личного опыта.

Задача непростая, но мне повезло: мой друг Том все еще служил в полиции, теперь в должности инструктора по тактической и огневой подготовке. Об устройстве электрошокеров он знал буквально все, а знакомство с его коллекцией оружия напоминало экскурсию по очень страшному музею. Для наглядной демонстрации Том приготовил несколько разных моделей. Еще (мне) повезло, что на учениях Том не раз испытывал удар электрошокера на себе и мог подробно описать ощущения. Вдобавок ко всем полученным сведениям я немного поэкспериментировал. В общем, уехал я с отличным пониманием того, как работает электрошокер.

При