Фізика в тваринному світі: електричне відділення та його «потужна станція»

Електрик (Source: YouTube)

Електричний еле (Електрофор) є єдиним представником роду електричний ель (Електрофорус). Виявлено в ряді притоків середньої та нижньої частини Амазонки. Розмір кузова риби досягає 2,5 метрів по довжині, а вага становить 20 кг. Електричний ель живить на рибі, амфібій, якщо удачливий - птахи або маленькі ссавці. Вчені навчалися електричному вугору за десять років (якщо не сотні) але тільки зараз мають деякі особливості структури свого тіла і ряд органів почали чистити.

А можливість генерувати електроенергію не єдина незвичайна особливість електромережі. Наприклад, він дихає атмосферного повітря. Це можливо завдяки великій кількості спеціального типу пермелюється судинами. Щоб дихати, вуаєристам необхідно на поверхню кожні 15 хвилин. Не можна приймати кисневе з води, оскільки воно живе в дуже грязьових і неглибоких водоймах, де дуже мало кисню. Але, звичайно, основною відмінною рисою електроулу є її електричні органи.

Вони не тільки зброї, щоб струн або вбивати жертв, які подаються на п'ятих. Виписки, що створюються електричними органами риби, можуть бути слабкими, до 10 В. Для електролокації генерує такі розряди. Справа в тому, що риба має спеціальні «електрорецептори», які дозволяють визначити спотворення електричного поля, викликаного власним тілом. Електролокація допомагає під'їздам знайти свій шлях у гроди води і знайти приховані жертви. Еел може дати сильний розряд електрики, а в цей час промазуючи рибу або амфібій починає висихати хаотично через суди. Ці коливання хижаків легко виявити і їсти жертву. Таким чином, ця риба є електрорецептивним і електрогенним.



Цікаво, що el генерує розряди різної міцності за допомогою електричних органів трьох типів. Вони займають близько 4/5 довжини риби. Висока напруга виробляється органами Мисливця та чоловіків, а також невеликими струмами для навігації та комунікативних цілей. Головний орган мисливця і орган розташований в нижній частині тіла el, а орган Sachs знаходиться в хвостом. Елеви спілкуються між собою за допомогою електричних сигналів на відстані до семи метрів. До певної серії електричних розрядів вони можуть залучати інших осіб їх видів.

Як електричний ель генерує електричний розряд?


Елеви цього виду, як і ряд інших «електрифікованих» риб, відтворюють електрику таким же чином, як і нерви з м'язами в організмах інших тварин, використовуються тільки для цього електроцити – спеціалізовані клітини. Завдання здійснюється за допомогою ферменту Na-K-ATфаз (до речі, такий же фермент дуже важливий для молюсків роду Nautilus (латин Nautilus)). Завдяки ферменту утворюється іонний насос, накачування іонів натрію з клітини, а також перекачування іонів калію. Калій виводиться з клітин через спеціальні білки, які складають мембрану. Вони утворюють своєрідний «потасійний канал», через який виводяться іони калію. Позитивно заряджені іони накопичуються всередині клітини, негативно заряджені іони зовні. Існує електричний градієнт.

Можлива різниця в результаті досягає 70 мВ. У мембрані одного і того ж осередку електрооргана вугора є натрієві канали, через які іони натрію можна знову ввести в клітинку. При нормальних умовах, в 1 секунду насос знімає близько 200 іонів натрію з клітинки і одночасно передає близько 130 іонів калію в клітинку. На квадратному мікрометрі мембрани можна розмістити 100-200 таких насосів. Ці канали зазвичай закриваються, але відкриті при необхідності. Якщо це відбувається, хімічний потенціал градієнта викликає іони натрію, щоб знову ввести клітинки. Є загальна зміна напруги від -70 до +60 мВ, і клітинні розряди 130 кв.м. Тривалість процесу всього 1 мс. Електричні клітини з'єднуються нервовими волокнами, з'єднання є послідовним. Електроцити є своєрідними стовпчиками, які з'єднуються паралельно. Загальна напруга генерованого електричного сигналу досягає 650 В, поточна міцність 1А. За деякими даними, напруга може досягати навіть 1000 В, а поточна міцність 2А.



Електроцити (електричні клітини) ель під мікроскопом

Після розряду іонний насос знову діє, а електричні органи їли заряджаються. За деякими науковцями існує 7 типів іонних каналів мембрани електроцитових клітин. Розташування цих каналів і чергування типів каналів впливає на швидкість виробництва електроенергії.



Електричні акумулятори
За результатами дослідження Кеннет Катанія (Kenneth Catania) від Vanderbilt University (США), вугор може використовувати три види розряду свого електрооргана. Перший, як зазначений вище, є ряд низьковольтних імпульсів, які служать для зв'язку та навігації.

Другий - послідовність 2-3 високовольтних імпульсів, що тривають кілька мілісекундів. Цей метод використовується при поході для прихованого і прихованого потерпілого. Як тільки 2-3 високовольтні розряди даються, м'язи прихованого потерпілого починають контрактувати, а ель легко може виявити потенційну їжу.



Третій метод - серія високовольтних високочастотних розрядів. Третій метод ель використовує при поході, видаючи до 400 імпульсів на другий. Цей метод паралізує практично будь-яку тварину невеликого і середнього розміру (навіть людину) на відстані до 3 метрів.

Хто ще здатний виробляти електричний струм?
З риби, близько 250 видів здатні до цього. Для більшості, електрика – це лише засіб навігації, як у випадку слону Нілу (Gnathonemus petersii).

Але мало риби здатні генерувати електричні розряди чутливої сили. Це електричні промені (кількість видів), електрички та інші.



Електричні рибки (Source: Вікіпедія)

Ясон Галент і колеги послідовно поширили геноми ряду риб з електричними органами, і виявили, що багато видів вони навчаються не пов'язані. «прохідність» електричних органів в рибі пішло паралельно, але структура батарей дуже схожа на всі. В цілому, вчені нарахували 6 незалежних еволюційних ліній, які призвели до появи електричних органів. Можливо, електричний ель є одним з видів риби, які використовують цей орган максимально вміло.



Джерело: Animalpicturesociety.com

Джерело: geektimes.ru/post/279576/