Занимательная физиология - Борис Сергеев

Однажды отряд Де Сикка вышел на окраину огромного болота. Был засушливый период года, и болото почти высохло. Лишь вдали, в самом центре, в лучах полуденного солнца поблескивали лужи еще сохранившейся воды. Европейцы свободно вздохнули: на несколько часов дорога обещала быть легкой.

Все шло хорошо, пока отряд не достиг цепочки соединенных между собой мелких луж в центре болота. Индейцы-носильщики категорически отказались войти в воду. В глазах их отражался ужас. Европейцы никак не могли понять, в чем дело. Лужи были такие мелкие, что в них не могли спрятаться ни крокодилы, ни гигантские анаконды. Гроза южноамериканских рек ужасные рыбы пирайи также не могли здесь оказаться.

Один из европейцев пошел вперед, чтобы подать пример испуганным носильщикам. Но едва он сделал несколько шагов, как с нечеловеческим криком рухнул навзничь, точно сбитый с ног могучим ударом. Два товарища, бросившиеся ему на помощь, через секунду оказались в грязи, опрокинутые все тем же невидимым противником.

Лишь через несколько часов их спутники отважились осторожно войти в воду и вынесли на сушу своих пострадавших товарищей. Все трое остались живы, но продолжать путь отряд уже не смог. У жертв невидимого врага ноги были парализованы. К вечеру движение ног начало восстанавливаться, но только через несколько дней больные окончательно выздоровели. Суеверный, как и все конкистадоры, Де Сикка решил вернуться назад.

Так впервые европейцы узнали еще об одной подводной электростанции, которая находится в теле довольно крупной рыбы — пресноводного электрического угря. Рыбы эти имеют внушительные размеры — 1,5–2 метра в длину и весят до 15–20 килограммов.

Электрические угри — ночные животные. Охотятся они только после наступления темноты. Сила электрического удара так велика, что рыба может оглушить даже крупных зверей. Мелкие животные погибают мгновенно. Южноамериканские индейцы очень хорошо знают опасную рыбу и не рискуют переходить вброд реки, где она обитает.

На языке индейцев-томанаков угри называются «арима», что значит «лишающий движения». Их мясо, а также вызываемые ими электрические разряды у многих местных племен считаются лечебными. Возможно даже, что электролечением в Америке начали заниматься значительно раньше, чем в Европе, но вряд ли точную дату его возникновения удастся когда-нибудь установить.

После того что было сказано в начале главы, вряд ли показалось бы странной способность рыб вырабатывать электрический ток, если бы речь шла лишь о слабых разрядах, а не о таких внушительных, какие способны генерировать подводные электростанции: африканский сом, американский угорь и морской скат.

Напряжение электрического тока, создаваемое сомами, достигает 400, а угрями 600 вольт! (Для сравнения напомним, что напряжение тока в бытовой электросети наших городов и сел всего 127–220 вольт.) При этом мощность электростанций угря равняется 1000 ватт. Высокое напряжение электрического тока угрю необходимо потому, что пресная вода является очень плохим проводником электричества. Ток меньшего напряжения был бы опасен только на очень близком расстоянии. Напряжение, создаваемое морским скатом, значительно меньше, не превышает 60 вольт (морская вода — прекрасный проводник), зато сила тока достигает 60 ампер. Все очень внушительные цифры!

Как же удалось природе создать свои живые электростанции? Что явилось их прообразом?

Самый значительный ток у обычных животных вырабатывается в крупных мышцах: в сердце и в двигательной мускулатуре. Вокруг некоторых плывущих рыб можно обнаружить электрическое поле. Оно особенно велико у круглоротых (миног и миксин) и древних, примитивных рыб, которые еще не научились экономно расходовать энергию. Вокруг головы плывущей миноги можно зарегистрировать электрические импульсы напряжением в несколько сот микровольт.

Было бы странно, если бы природа не смогла использовать это явление. Видимо, в тот период, когда на Земле появились рыбы, она увлеклась электротехникой. Она только что закончила вчерне создание мозга и периферических нервов (командно-коммуникационного органа с его сложным электрохозяйством) и теперь прикидывала, какую еще пользу можно извлечь из электричества. Нужно отдать должное, поиски не были напрасными. Во всяком случае, в жизни рыб электричество выполняет более разнообразные функции, чем у других животных.

Так называемые электрические рыбы пошли по пути создания мощных электростанций. Основой для них послужили мышцы и нервные окончания, так называемые концевые пластинки, которые превратились в пластинки электрического органа.

Электрические органы очень велики: их вес составляет 1/4—1/3 часть веса рыбы, у угря они достигают 4/5 длины рыбы, а у сома покрывают все тело. Орган состоит из огромного количества пластинок, собранных в столбики. Все пластинки в столбиках соединены последовательно, а сами столбики — параллельно.

Сокращение скелетных мышц, давших начало электрическим органам, вызывается нервным импульсом, который сопровождается электрическим разрядом. Когда импульс достигает нервных окончаний в мышечных тканях, здесь выделяется особое вещество — медиатор (переносчик), которое вызывает сокращение мышечных клеток, также сопровождающееся возникновением электрических разрядов. Создавая электрический орган, природа использовала концевые пластинки и видоизмененные мышечные клетки, лишив их способности сокращаться, но сохранив за ними функцию генерации электрического импульса.

Механизм возникновения электрического импульса в пластинках электрического органа ничем существенным не отличается от генерации его в нерве, концевой пластинке или мышечном волокне. Даже величина импульса — 150 милливольт является обычной для нервных и мышечных клеток. Однако благодаря тому, что у угря пластинки собраны в столбики по 6–10 тысяч, соединенные последовательно, общее напряжение может достигать 600 вольт. У скатов пластинок в каждом столбике немного, не больше 1000, зато столбиков, соединенных параллельно, около 200, поэтому напряжение тока оказывается небольшим, а его сила значительной.

Чтобы управлять таким сложно устроенным органом, понадобилось создать специальный командный пункт. Поэтому у электрических рыб появился особый отдел мозга — электрические доли и овальные ядра в продолговатом мозгу. Овальные ядра — верховный командный пункт, который принимает решение о применении грозного оружия и отдает приказ в электрические доли. Здесь совершается самая сложная работа по координации разряда. Ведь для того чтобы разряд достиг максимальной силы, все пластинки должны разрядиться строго одновременно. Этим и заняты электрические доли.

Чтобы одновременно дать разряд, все пластинки должны одновременно получить соответствующий приказ, нервный импульс. Вот в этом-то и состоит трудность. Нервный импульс распространяется относительно медленно, в спинном мозгу рыб со скоростью 30 метров в секунду. Поэтому пластинки, лежащие в начале органов, вблизи головы, получат приказ значительно раньше, чем в конце, расположенные на полтора метра дальше.

Как электрические рыбы добиваются, чтобы приказы приходили одновременно? Возможно, приказы к хвостовой части органа посылаются раньше, чем к головной, а может, рыбы регулируют скорость распространения нервного импульса. Характер управления в течение жизни меняется: рыбы растут, электрические органы у них становятся больше, и команды приходится посылать по-другому.

Локаторы и осциллографы

Угорь, скат и сом не единственные рыбы, имеющие электрические органы. В настоящее время известно около 300 других видов рыб, способных давать слабые электрические разряды напряжением от 0,2 до 2 вольт. Первоначально ученые думали, что эти рыбы убивают очень мелких животных. Но тщательные наблюдения не подтвердили этого предположения. Лишь недавно стало понятно, зачем нужны электрические органы, вырабатывающие очень слабый электрический ток.

Совершенствование электрооснащенности у этих рыб пошло не в сторону увеличения силы разрядов, а по пути усиления электрочувствительности. Было замечено, что многие из них живут в очень мутной воде и ведут ночной образ жизни, а некоторые, например нильский длиннорыл, постоянно разыскивают корм, засунув голову глубоко в ил. В мутной воде или ночью своевременно заметить опасного хищника очень трудно. У электрических рыб возникло удивительное приспособление, позволяющее обнаруживать приближение врага даже в полной темноте.

В отличие от рыб, использующих электричество для охоты, у нильского длиннорыла есть не только электростанция, но и специальный орган, очень чувствительный к электричеству. Электростанция генерирует 300 разрядов в секунду, создавая вокруг рыб слабое электрическое поле очень постоянной формы с силовыми линиями, сходящимися на уровне головы. Электрические рыбы в отличие от всех остальных даже плавают, не изгибая собственного тела, чтобы не нарушить окружающее их электрическое поле. Если же вблизи появится крупная рыба, однородность электрического поля нарушится. Тело рыбы более электропроводно, чем окружающая пресная вода, поэтому силовые линии сдвинутся в сторону приближающейся рыбы. Электрочувствительные приборы длиннорыла это сразу улавливают, и он бросается наутек.