Книга: Електрика в житті риб
Електричні розряди риб
Електричні розряди риб
За характером генеруються розрядів розрізняють два типи риб. До першого відносять риб, що використовують електричні органи для оборони і нападу - розряди виробляються тільки у відповідь на стимуляцію або при зустрічі з жертвою. Це все сільноелектріческіе риби і звичайні скати. Риби другого типу випускають слабкі і дуже короткочасні розряди з постійною або змінною частотою проходження імпульсів. До нього відносяться всі прісноводні слабоелектріческіе риби.
Деякі риби, наприклад електричний вугор, займають проміжне положення, так як здатні випромінювати розряди, характерні для сильно- і слабоелектріческіх видів.
Сільноелектріческіе риби генерують потужні розряди, що складаються з серії імпульсів (3-5, іноді 20-30). Тривалість окремого розряду залежить від ступеня збудження риби і температури води, а напруга окремих розрядів електричного вугра, що знаходиться поза водою, досягає зазвичай 600 В. При замиканні в прісній воді сила струму розряду може становити 1 А; деякий проміжок часу підтримується напруга понад 100 В.
Електричний вугор виробляє розряди залпами, що складаються з чотирьох потужних імпульсів, яким часто передують слабкі (рис. 4). Іноді залп може складатися з серії імпульсів Збуджений вугор може послідовно випромінювати в секунду від 1 до 50 залпів, що складаються з слабких імпульсів.
Електричні розряди вугра різні в залежності від призначення. Вони підрозділяються на імпульси спокою, пошуку, лову і захисту. Вугор, спокійно лежить на дні, не генерує електричних сигналів. Якщо вугор голодний, він повільно плаває, регулярно посилаючи імпульси напруженістю до 50 В і тривалістю близько 2 мс. Кількість таких розрядів може сильно варіювати, а форма імпульсів характеризується пологим (поступовим) підйомом. Коли вугор виявляє видобуток, частота і амплітуда імпульсів різко збільшуються. Він починає випускати серії з 50-400 імпульсів напруженістю 300-600 В, тривалістю 0,6-2,0 с. Чим менше видобуток, тим вище частота проходження генеруючих імпульсів.
Мал. 4. Розряд електричного вугра
Для лову вугор використовує імпульси, форма яких характеризується швидким підйомом, потім невеликим похилим «плато» і подальшим поступовим спадом. Частота їх проходження зазвичай висока, так як в основному вугор харчується дрібною рибою. Він посилає імпульси до тих пір, поки не призводить жертву в стан наркозу. Між розрядами наступають тривалі паузи, під час яких енергія відновлюється.
Захисні імпульси вугор використовує при зустрічі з ворогом. В експериментальних умовах вони виникають, якщо вугра потривожити паличкою. При цьому риба випромінює серії рідкісних імпульсів високої напруги - зазвичай два (в деяких випадках до семи) - і три пошукових імпульсу невеликої амплітуди (рис 4).
Інша прісноводна електрична риба - електричний сом - при подразненні скляною паличкою випускає окремі залпи, що складаються з 10-12 імпульсів (рис. 5). Якщо дратується все тіло риби (якщо взяти його в руки), кількість імпульсів в залпах збільшується.
Залпи, вироблені сомом при захопленні і ковтанні дрібної видобутку, відносно короткі - в середньому вони складаються з 71 імпульсу. Тривалість залпів і кількість складових їх імпульсів збільшуються, якщо сом атакує більшу жертву. Так, сом довжиною 16 см при захопленні риби довжиною 5,5 см генерує залп в 1297 імпульсів при середній тривалості залпу 24,8 с. Таким чином, сом в кожному конкретному випадку «вибирає» найбільш оптимальний режим розрядної діяльності.
Мал. 5. Розряд електричного сома
Напруга розряду електричного сома в воді може досягати 350 В при силі струму в десяті частки ампера. Максимальна різниця потенціалів при цьому утворюється між головою і хвостом риби. Після відносно потужних розрядів його електричні органи нагріваються. Характер розрядів найтіснішим чином пов'язаний з умовами середовища (температурою, освітленістю, порою року) і станом самої риби.
Електричні скати - морські риби. Так як морська вода має набагато менший опір, ніж прісна, напруга їх розрядів порівняно невелика - до 60 В, але сила струму іноді досягає 50 А. Особливо потужні розряди - до 6 кВт - виявлені у ската Torpedo occidentalis.
Скати випромінюють розряди залпами, в кожному з яких налічується 2-10 і більше імпульсів. Тривалість кожного 3-5 мс На відміну від електричного вугра скати не випускає слабких імпульсів.
Звіздарі, як і електричний сом, змінюють кількість імпульсів в розряді в залежності від обсягів видобутку. У скатів ця особливість виражена слабо. Мабуть, скати різного розміру харчуються тваринами певної величини, використовуючи відповідну частоту імпульсів.
У момент випромінювання потужних імпульсів як поза, так і всередині тіла сільноелектріческіх риб проходять струми високої напруги. Чому ж ці риби не піддаються дії власних розрядів? Подібна несприйнятливість пояснюється тим, що в їх тілі знаходяться особливі «електропроводи» - ділянки, що відрізняються від сусідніх більш високу електропровідність. Так, у мармурового електричного ската опір ділянок шкіри, що покривають електричні органи, в 3-4 рази нижче, ніж опір ділянок шкіри, що покривають інші органи. Електричний струм в основному проходить через ці ділянки, майже не впливаючи на інші.
Необхідно відзначити, що опір окремих ділянок тіла електричних риб як би пристосоване до електричного опору навколишнього їх води. Якщо ця умова порушена, риба починає відчувати власні розряди. У рідній стихії скат не реагує на розряди завдяки високій електропровідності морської води. Якщо ж ската вийняти з води, кожен розряд буде викликати мимовільне скорочення його мускулатури.
Електричні риби взагалі мало сприйнятливі до електричного струму. Так, електричний сом легко переносить вплив струму великої сили і високої напруги, при якому інші риби гинуть. Експериментально доведено, що змінним струмом високої напруги можна вбити і ската, але для цього щільність струму повинна бути в 12 разів більше, ніж для неелектричної риби, наприклад для морського окуня.
Як вже говорилося, при кожному розряді у воді навколо електричних риб утворюється характерне електричне поле. Його структура визначається формою тіла риб і електричних органів, а також орієнтацією в них пластинок.
Безсумнівно також, що має значення і розташування в тілі риб ділянок з високою електричну провідність.
У електричних вугра і сома зовнішнє електричне поле розташоване горизонтально по осі тіла риб: перед головою і позаду хвоста. Воно чітко виявляється перед головою вугра на відстані 5-10 м, сома - 2-5 м. Таке поширення електричного поля пов'язано з горизонтальним розташуванням стовпчиків в електричних органах цих риб.
Полярність електричних полів у сома і вугра різна. Вперше структуру таких полів і напрямок в них струму визначив в 1838 р Фарадей.
Незважаючи на те що за часів Фарадея техніка реєстрації струмів була недосконала, його досліди виявилися бездоганними.
Електроди, які Фарадей прикладав до голови і хвоста риб, були підключені до соленоїда зі сталевою голкою. У момент проходження по соленоїду імпульсу струму голка намагнічується, і по магнітних полюсів на кінцях голки вчений визначав полярність досліджуваних ділянок тіла риб.