Страница 7 из 21
Излучаемые гимнархом разряды состоят из отдельных монофазных импульсов длительностью 1,3 мс с интервалами 2,3 мс (рис. 8). Хвост рыбы становится электроотрицательным относительно головы. Разность потенциалов, возникающих на хвосте и голове,— сотые доли вольта.
Каждый разрядный импульс образует вокруг гимнарха характерное электрическое поле (рис. 9), оно расположено горизонтально по оси тела. Поле у головы и хвоста рыбы несимметрично — вокруг головы более растянуто, что обусловлено расположением электрических органов на хвосте гимнарха.
У слабоэлектрическпх рыб второй группы разряды состоят из сложных двух- и полифазных импульсов очень малой длительности с изменяющейся амплитудой. Частота следования импульсов меняется: возрастает пли уменьшается (0—200 импульсов в секунду) в зависимости от степени возбуждения рыб.
Наиболее типичный и хорошо исследованный представитель этой группы — африканский слоник. Его разряды состоят из отдельных двухфазных синусоидальных импульсов, амплитуда и частота следования которых зависят от степени возбуждения рыбы и факторов окружающей среды: температуры, освещенности, солености воды, присутствия различных объектов (рис. 10). Частота следования импульсов колеблется от 5 до 50 в секунду.
Рис. 8. Одиночные импульсы гимнарха
Африканский слоник — территориальная рыба. Поэтому особи, лежащие в своих убежищах, начинают обычно генерировать импульсы низкой частоты при появлении рядом посторонних объектов (а также при повышении температуры воды). Продолжительность импульса от 300 мкс до 1 мс, частотный состав от 300 Гц до 20 кГц. Разность потенциалов, возникающая на концах электрического органа, при разряде африканского слоника в воздухе 7—17 В. Разряд африканского слоника начинается с характерного распределения потенциалов на теле рыбы, при этом хвост становится по отношению к голове электроотрицательным. Разряжаясь, слоник образует вокруг себя электрическое поле асимметричной формы (рис. 11). У хвоста эквипотенциальные линии[4] расположены гуще, чем у головы. По-видимому, на конце электрического органа, находящегося в хвосте, плотность тока больше, чем у передней части. Энергия, выделяемая при разряде отдельного импульса, равна одной миллионной ватта в секунду (теоретические данные).
Хотя многие рыбы, не имеющие электрических органов, способны излучать электрические разряды, большинство из них считалось неэлектрическими. Многие ученые полагали, что зарегистрировать внешнее электрическое поле, создаваемое неэлектрическими рыбами, практически невозможно, так как оно возникает лишь в результате работы специализированных электрических клеток.
Электрические разряды миноги — рыбы, не имеющей электрических органов, впервые обнаружены английским ученым Г. Лиссманом в 1955 г. В 1958 г. было установлено, что электрические разряды излучают также обыкновенные угри. Позднее способность пресноводных и морских неэлектрических рыб генерировать электрические разряды была изучена более полно.
Рис. 9. Электрическое поле гимнарха (вид сверху)
Несмотря на то что разряды неэлектрических рыб разных видов несколько отличаются, в них отмечены и общие особенности. Амплитуда напряжения разрядов обычно не превышает 100—200 мкВ (она несколько выше лишь у некоторых рыб из семейств осетровых, лососевых, сельдевых и сомовых).
Рис. 10 Импульсы африканского слоника а — чередование импульсов в электрическом разряде (осциллограмма)
б — одиночный импульс (внизу отметки времени с интервалами 2 мс)
Рис. 11. Электрическое поле африканского слоника. Жирная линия обозначает рыбу (хвост справа). Числа характеризуют соответствующие эквипотенциальные линии поля (в милливольтах).
Частота разрядов неэлектрических рыб лежит в широкой области спектра — от долей герца до 2 кГц. Низкочастотный компонент разряда — 0,1—10 Гц — можно зарегистрировать при движении заряженных участков тела рыбы относительно электродов. Высокочастотный компонент разрядов — от 20 Гц до 2 кГц — проявляется только в момент, когда рыба возбуждена: при нападении или обороне, резких движениях и смене ситуаций. Электрические поля, образующиеся при таких разрядах, взаимодействуют между собой: высокочастотные поля как бы накладываются на низкочастотные.
Рис. 12 Электрические импульсы карася
Рис. 13 Электрические импульсы пескаря
Длительность разрядов у различных видов неэлектрических рыб — 5—280 мс Кратковременны разряды у горбыля, красноперки и карася (рис 12); средние по продолжительности — у окуня, пескаря (рис. 13) и вьюна, наиболее длительные — у щуки.
Напряженность электрического поля, создаваемого большинством неэлектрических рыб, близка по величине и на расстоянии 5—10 см от них достигает 8—15 мкВ на 1 см.
В связи с видовыми особенностями строения тела и плавания рыб образуемые ими низкочастотные разряды специфичны. Поэтому вид некоторых рыб можно определять по осциллограмме их разрядов.
Каким же образом неэлектрические рыбы, не обладающие специализированными электрогенераторными системами, могут образовывать электрические поля?
Наиболее вероятно предположение о нервно-мышечном их образовании, основанное на способности обычных мышечных и нервных клеток генерировать разряды, образующие внешние электрические поля. Возможно, что относительно сильные поля возникают при синхронной работе некоторого количества таких клеток. То, что это вполне возможно, подтверждает особое упорядоченное расположение мышечных клеток, благодаря которому мышечные волокна идут в одном направлении: у большинства рыб — вдоль всего тела, у сельдевых — поперек.
Если допустить, что каждое мускульное волокно представляет собой излучающий диполь, то максимальная разность потенциалов в его поле будет находиться у большинства рыб между головой и хвостом, а у сельдевых сбоку.
Важным подтверждением нервно-мышечной природы разрядов неэлектрических рыб является также их сходство с биопотенциалами руки человека по частотному составу, структуре образуемого внешнего поля и характеру ослабления в воде с увеличением расстояния.
Электромагнитная природа разрядов рыб доказана экспериментально. Известно, что электромагнитное поле характеризуется как электрическим, так и магнитным компонентами. Следовательно, регистрировать разряды рыб можно, воспринимая какой-либо один из них Регистрацию электрического компонента можно осуществить, используя электроды, а магнитного — при помощи специальных антенн, индукционных катушек с большим количеством витков.
Так как магнитный компонент легко преодолевает экраны, непроницаемые для обычного электрического поля, сигналы рыб можно регистрировать в воздухе над аквариумом, используя индукционные катушки. Это возможно даже в том случае, если аквариум, где находится рыба, окружен сеткой Фарадея (медная сетка, связанная с землей). Подобный способ регистрации открывает заманчивые перспективы разработки нового приема обнаружения рыб в водоемах.
Электрические рецепторы рыб
По степени развития электрической чувствительности рыб можно подразделить на две группы. К первой относятся почти все виды, имеющие электрогенераторные органы (исключение составляют электрический сом и звездочеты, у которых электрорецепторов нет); ко второй — не имеющие электрических органов (кроме некоторых скатов, осетровых, сомовых и акуловых).
4
Эквипотенциальная линия — линия электрического поля, все точки которой находятся под одинаковым потенциалом.