Как рыбы вырабатывают электричество? — Элеанор Нельсен

Посмотреть урок полностью: https://ed.ted.com/lessons/how-do-fish-make-electricity-eleanor-nelsen

Примерно у 350 видов рыб есть специальные анатомические структуры, которые генерируют и регистрируют электрические сигналы. Под водой, где мало света, электрические сигналы дают возможность для коммуникации, навигации, поиска, а иногда и оглушения жертвы. Но как эти рыбы вырабатывают электричество? И зачем? Элеанор Нельсен объясняет электрических рыб с точки зрения науки.

Урок — Элеанор Нельсен, мультипликация —TOTEM Studio.

В 1800 году учёный-натуралист
Александр фон Гумбольдт

наблюдал, как косяк электрических угрей
выпрыгнул из воды,

чтобы защититься
от приближающихся лошадей.

Многим история показалась необычной,
и они подумали, что Гумбольдт всё выдумал.

Но рыбы, использующие электричество,
встречаются чаще, чем вы думаете;

и да, существует такой вид рыб —
электрические угри.

Под водой, где мало света,

электрические сигналы
дают возможность для коммуникации,

навигации

и служат для поиска, а в редких случаях —
и для обездвижения жертвы.

Приблизительно 350 видов рыб имеют
специальные анатомические образования,

которые генерируют и регистрируют
электрические сигналы.

Эти рыбы делятся на две группы

в зависимости от того,
сколько электричества они вырабатывают.

Учёные называют первую группу рыбами
со слабыми электрическими свойствами.

Органы рядом с хвостом,
называемые электрическими органами,

генерируют до одного вольта электричества,
почти две трети от пальчиковой батарейки.

Как это работает?

Мозг рыбы посылает сигнал через
нервную систему к электрооргану,

который заполнен стопками
из сотен или тысяч

похожих на диски клеток,
которые называются электроцитами.

Обычно электроциты вытесняют
ионы натрия и калия

для поддержания положительного снаружи
и отрицательного заряда внутри.

Но когда сигнал из нервной системы
доходит до электроцита,

он провоцирует открытие ионных каналов.

Положительно заряженные ионы
возвращаются назад внутрь.

Теперь один конец электроцита
заряжен отрицательно снаружи

и положительно внутри.

Но у противоположного конца
противоположные заряды.

Эти переменные заряды могут создавать ток,

превращая электроцит
в своеобразную биологическую батарею.

Ключ к этой способности состоит в том, что
сигналы скоординированы таким образом,

чтобы дойти до каждой клетки
в одно и то же время.

Поэтому стопки электроцитов действуют
как тысячи последовательных батарей.

Крохотные заряды каждой батареи
образуют электрическое поле,

которое может перемещаться
на несколько метров.

Клетки, называемые электрорецепторами
и находящиеся в коже,

позволяют рыбе постоянно ощущать это поле

и изменения в нём, вызванные
окружающей средой или другими рыбами.

Гнатонем Петерса,
или нильский слоник, например,

обладает удлинённым, похожим на хобот
отростком на подбородке,

который усеян электрическими рецепторами.

Это позволяет рыбе принимать
сигналы от других рыб,

оценивать расстояние,

определять форму и размеры
близлежащих объектов

или даже определять, живы или мертвы
плавающие на поверхности воды насекомые.

Но слоник и другие виды
слабоэлектрических рыб

не вырабатывают достаточно электричества
для того, чтобы атаковать жертву.

Этой способностью обладают
рыбы с сильными электрическими свойствами,

видов которых очень немного.

Самая мощная сильноэлектрическая рыба —
это электрическая рыба-нож,

больше известная как электрический угорь.

Три электрооргана охватывают
почти всё её двухметровое тело.

Как и слабоэлектрические рыбы,

электрический угорь использует
сигналы для навигации и коммуникации,

но самые сильные электрические заряды
он приберегает для охоты,

при помощи двухфазной атаки находит,
а затем и обездвиживает жертву.

Сначала он выпускает
пару сильных импульсов

напряжением в 600 вольт.

Эти импульсы вызывают спазмы
мускулов жертвы

и генерируют волны,
выдающие место её укрытия.

Сразу же после этого
высоковольтные разряды

вызывают ещё более сильные
сокращения мышц.

Угорь также может свернуться так,
что электрические поля,

возникающие на каждом конце
электрического органа, пересекаются.

Электрический шторм в конце концов
выматывает и обездвиживает жертву,

и электрический угорь может
живьём проглотить свой обед.

Два других вида сильноэлектрических рыб —
это электрический сом,

который может высвободить 350 вольт

при помощи электрооргана,
занимающего большую часть его тела,

и электрический скат с почкоподобными
электроорганами по бокам головы,

которые вырабатывают 220 вольт.

Однако в мире электрических рыб
существует одна неразгаданная тайна:

почему они сами себя не оглушают током?

Возможно, что размер
сильноэлектрических рыб

позволяет им выдержать
их собственные разряды

или ток выходит из их тел слишком быстро.

Учёные думают, что специальные белки
могут защищать электроорганы,

но на самом деле это одна из загадок,
которую наука пока ещё не раскрыла.