Рыбы ножи - электрические?!

Д-р Уилл Кремптон (Will Crampton) из Университета Центральной Флориды, занимается изучением электроразрядных органов (EODs) у рыб ножей. В этой статье он объясняет, как и почему они их используют.

Copyright © Neil Hepworth

В Южной и Центральной Америке род электрических рыб Gymnotiformes в настоящее время включает в себя 181 вид.

Один из видов - электрический угорь (Electrophorus electricus) может генерировать электрический разряд, напряжением свыше 600 вольт.

Остальные "нож рыбы" генерируют слабые разряды, как правило, не более 1 вольта. Эти слабые разряды не чувствуются, но легко регестрируются с помощью электронных приборов.

Gymnotiformes распростронены от южной Мексики до северной Аргентины, и достигают, безусловно, своего самого высокого разнообразия в гигантских тропических бассейнах  низовий Амазонки, Ориноко и Гвианы.

Просто 15 лет назад, когда я начал работать над gymnotiforms, было известно всего около 100 видов. Много видов по-прежнему не описаны, и общее количество видов в роду, вероятно, достигнет более 250 видов в следующем десятилетии.

Например, я в настоящее время, работаю над пересмотром семейства Hypopomidae с моим коллегой д-ром Карлосом Дэвидом де Сантана(Dr Carlos David de Santana). Будет описано не менее 23 новых видов в родах Brachyhypopomus и Hypopygus. Совсем недавно описал новый вид рода gymnotiform - Porotergus duende - миниатюрная электрическая рыба, найденная только в глубоком русле Амазонки в Бразилии и Перу. Как указание на небольшие размеры, д-р Сантана и я назвали этот вид "duende", от португальского - эльф или гном.

Много других новых видов рода Gymnotus в настоящее время описано мной и моими коллегами при щедрой финансовой поддержке Национального научного фонда США.

Самый богатый источник материала для описания видов - коллекции рыб музеев естествознания Южной Америки, Северной Америки и Европы. Экспедиции в отдаленные районы пополняют коллекции этих музеев, и они становятся доступными для ученых. Добросовестные исследователи могут даже попросить взять материал в аренду, также как книги из библиотеки. Действительно музеи естественной истории - "библиотеки" биоразнообразия и центры активного исследования.

Я стал интересоваться электрическими рыбами во время моей докторской полевой работы в начале 90-х, когда я базировался в Оксфордском университете. В то время электрические рыбы становятся очень популярными для проведения нейробиологических исследований, но мало что было известно об их естественной истории.

Я провел три года, изучая экологию и разнообразие электрических сигналов gymnotiforms недалеко от города Tefe в бразильском штате Амазонас, а затем работал в качестве исследователя в бразильской организации по охране природы, в бассейне Амазонки еще четыре года.

В 2006 году я продолжил работу в Университете Центральной Флориды. Мои исследования по-прежнему сосредоточены на электрических рыбах. Меня особенно интересует, как они используют свои электрические органы для того, что бы распознавать и различать виды в электрически переполненных экологических сообществах. Это исследование закинуло меня во множество интересных и экзотических мест Южной Америки - в основном Бразилии и Перу, а так же других стран, таких, как Уругвай, Суринам, и Колумбия.

Так как EODs используется?
Электроразрядный орган (EOD) у gymnotiforms служит двойной цели: во-первых, для определения местонахождения объектов в темноте, так же, как летучие мыши используют ультразвук для эхолокации, ориентируясь в темноте, и, во-вторых, для общения.

EOD - сам по себе продукт синхронно действующих потенциалов , вырабатываемых большим количеством легковозбудимых клеток электрического органа. Электроциты располагаются в электрическом органе как последовательно, чтобы произвести большее напряжение, так и  параллельно, для увеличения силы тока. Воздействующий потенциал в одном электроците - явление кратковременное (как правило, менее одной миллисекунды), за это время электрический потенциал мембраны ячейки повышается и падает.

Действующий потенциал, вырабатывается специальными типами вольто-вентельных ионных каналов в мембране ячейки, через которые текут заряженные ионы(в основном ионы натрия). Когда каналы открыты они пропускают внутри электрически ток. Сумма всех электроцитов в электрическом органе формирует электростатическое поле в воде вокруг рыбы.

Объекты в этом поле, которые отличаются по электрическому сопротивлению и импедансу от воды, затем обнаруживаются мелкими электрорецепторами находящимися в коже электрических рыб, далее информация передается в мозг для обработки.

Gymnotiforms имеют очень большой вес мозга (в процентах от массы тела) по сравнению с большинством других рыб, и большую часть этого дополнительного веса поглощена интенсивными вычислениями смысла поступающих электрических сигналов.

Электрорецепторы использующиеся для обнаружения объектов, используются также для обнаружения сигналов соседних электрических рыб - устанавливающих связь.

Другими видами легковозбудимых клеток у животных являются нейроны (нервные клетки) и мышечные клетки. Электроциты большинства gymnotiforms получены из мышечных клеток. Однако, gymnotiforms семейства Apteronotidae имеют электроциты, произошедшие от измененных нейронов, и они способны генерировать EODs на более высоком уровне (более 2000 циклов в секунду у некоторых видов).

EOD может быть представлен в форме волны, которая включает в себя от 1 до 5 фаз переменной полярности. Эти сигналы сильно различаются по форме и продолжительности в зависимости от вида, а в некоторых случаях между самцами и самками. Как правило, тесно связанные виды, которые совместно встречаются в природе, имеют различные сигналы EOD, которые способствуют быстрому распознаванию и предотвращению гибридизации.

Понимание географической изменчивости сигналов внутри одного вида и между видами по всей континентальной части суши Южной Америки в настоящее время является центром моего внимания.