У этой рыбы есть несколько режимов атаки: как электрический угорь выслеживает добычу
Электрический угорь – рыба, которая внешне ничем не примечательна, но стоит ей выйти на охоту, как она моментально превращается в живой электрошокер, способный парализовать жертву, не касаясь ее ни одним плавником. Разряд достигает 600, а у некоторых видов целых 860 вольт. Однако самое поразительное даже не в цифрах, а в том, как именно угорь использует электричество, ведь он не просто бьет током, а дистанционно берет под контроль нервную систему добычи. Подробнее об этом удивительном создании и его необычном умении читайте в нашей статье.
Живая батарея
Около 80% тела угря занято тремя электрическими органами – главным, органом Хантера и органом Саха. Каждый из них состоит из тысяч особых клеток‑электроцитов, которые возникли в ходе эволюции из обычных мышечных тканей. Они утратили возможность сокращаться, но научились генерировать электрический потенциал.
В покое электроцит работает как маленькая батарейка: внутри клетки накапливается отрицательный заряд, а снаружи остается положительный. Когда угорь решает «выстрелить», нервный сигнал открывает ионные каналы, полярность резко меняется – и тысячи таких микро‑батареек разряжаются одновременно, складывая свои напряжения в один мощный импульс.
Три режима стрельбы
Угорь использует электричество в трех разных режимах. Первый – слабые низковольтные импульсы, которые рыба испускает постоянно, плавая по мутной воде. Они работают как радар, позволяющий считывать отражения электрического поля и ориентироваться благодаря этому в пространстве.
Второй режим – короткие парные разряды высокого напряжения, так называемые дублеты.
Третий – залп из десятков высоковольтных импульсов, идущих один за другим на высокой частоте. Именно второй и третий режимы и позволяют угрю «взламывать» жертву.
Как угорь перехватывает командование мышцами
Ключевое открытие принадлежит биологу Кеннету Катании из Университета Вандербильта. С помощью высокоскоростной съемки он обнаружил, что угорь парализует рыбу всего за 3 миллисекунды – быстрее, чем жертва успевает среагировать. Но как именно это работает?
Оказалось, что электрические импульсы угря не бьют по мышцам напрямую, а активируют двигательные нейроны жертвы – те самые нервные волокна, которые обычно передают команды от мозга к мускулам. Проще говоря, угорь подменяет собой нервную систему добычи. Его разряды имитируют собственные сигналы рыбы, заставляя мышцы сокращаться по чужому сценарию, а не по воле жертвы.
Это подтверждается изящным экспериментом. Катания поместил в аквариум с угрем двух рыб под наркозом. Одной он ввел кураре – вещество, блокирующее передачу сигналов от нервов к мышцам. Когда угорь выпустил залп, у обычной рыбы мышцы сократились, а у обработанной кураре – нет. Значит, ток угря действует именно через нервные пути, а не напрямую на мышечные волокна.
В другом эксперименте рыбе удалили и головной, и спинной мозг, но мышцы все равно сокращались от разрядов угря. Это доказало, что сигнал проходит по периферическим нервным ветвям, без участия центральной нервной системы жертвы.
Выманивание добычи
Если рыба спряталась за камнем или в водорослях, угорь применяет хитрый прием. Он посылает короткую пару разрядов – дублет. Этот сигнал заставляет все мышцы спрятавшейся рыбы мгновенно дернуться. Непроизвольное сокращение создает волну в воде, которую угорь улавливает своими чувствительными рецепторами. Так жертва сама выдает свое местоположение.
Тот же Катания доказал, что угорь не атакует вслепую: если в ответ на дублет не приходит «эхо» в виде движения воды, хищник не переходит к залпу. Но стоит рыбе дернуться – и угорь бьет полной серией.
Паралич
Обнаружив добычу, угорь выпускает залп – серию из десятков высоковольтных импульсов с высокой частотой (до 400 в секунду). Такой поток вызывает у жертвы тетанус – состояние, при котором все мышцы тела одновременно и непрерывно сокращаются. Рыба застывает, не в силах пошевелиться, и угорь спокойно подплывает и засасывает ее огромным ртом.
Интересно, что рисунок разрядов угря напоминает оптимальную последовательность импульсов, которую моторные нейроны самих рыб используют для максимального сокращения мышц. Похоже, эволюция отточила этот механизм до совершенства, ведь угри, чьи залпы лучше имитировали естественные сигналы жертвы, получали больше еды и оставляли больше потомства.
Прием с двойным напряжением
Иногда обычного залпа не хватает – например, если добыча крупная или агрессивная. Тогда угорь хватает жертву челюстями и сворачивает тело кольцом, прижимая хвост (отрицательный полюс) к голове (положительный полюс). В таком положении электрическое поле становится намного сильнее и сила разряда как минимум удваивается. Угорь буквально обнимает добычу и бьет ее током в упор, доводя мышцы до полного истощения за считанные секунды. Так угорь справляется даже с крупными раками, которых иначе не удержать.
Высокое напряжение как радар
Высоковольтные залпы работают не только как оружие, но и как система слежения. В ходе экспериментов было обнаружено, что во время залпа угорь отслеживает движение жертвы по изменениям электрического поля вокруг ее тела. Если рыба изолирована (например, помещена в пластиковый пакет), угорь начинает атаку, но прерывает ее, так как не чувствует цели. Это означает, что он «видит» добычу через искажения собственного электрического поля и корректирует бросок прямо в процессе атаки.
Полезно знать
Несмотря на название, электрический угорь не имеет отношения к настоящим угрям. Это гимнотобразная рыба, которая по ряду характеристик ближе к сомам, а не к морским угрям. Название закрепилось чисто из-за внешнего вида существа, имеющего длинное змееподобное тело без спинного плавника.
Жабры угря рудиментарны и служат в основном для удаления углекислого газа. Кислород он получает через густую сеть кровеносных сосудов в ротовой полости, для чего каждые 10-15 минут всплывает к поверхности и заглатывает воздух. Если лишить его этой возможности, он задохнется.
До 2019 года ученые считали, что существует один вид электрического угря. Бразильский исследователь Карлос Дэвид де Сантана с коллегами доказали, что их три – E. electricus, E. voltai и E. varii.
Долгое время угрей считали одиночками, но в 2019 году в небольшом озере на реке Ирири в Амазонии исследователи наблюдали, как более сотни угрей скоординированно окружали стаю мелкой рыбы и били по ней группами по 2-10 особей в каждой. Пока одни угри разряжалась, другие отдыхали, затем они менялись. Подобная коллективная охота встречается менее чем у десятка видов рыб.
В засушливый сезон самцы строят гнезда из собственной пены – смеси слюны и воздуха. Такие пенные гнезда вмещают несколько тысяч яиц, которые отец охраняет до начала сезона дождей. Впрочем, несмотря на все усилия, выживает лишь малая часть потомства.
Японские ученые выяснили, что разряды угря способны пробивать клеточные мембраны соседних животных и вбивать в их клетки чужую ДНК, плавающую в воде. В лаборатории 5% личинок данио, переживших удар угря, начали светиться зеленым, поскольку в их клетки проник ген флуоресцентного белка. Таким образом, угри невольно занимаются генной инженерией.
Проверено редакцией
Редакция 24СМИ обратила внимание на тот факт, что необычное устройство электрического органа угря заинтересовало не только биологов, но и инженеров. Профессор биофизики Майкл Майер с коллегами в исследовании, опубликованном в Nature, воспроизвел принцип работы электроцитов с помощью слоев гидрогеля с разной концентрацией ионов. Соединенные последовательно элементы суммарно выдавали напряжение более 100 В.
Такие конструкции рассматривают не как замену обычным аккумуляторам, а прежде всего как основу для мягких и потенциально биосовместимых источников питания. Исследователи предполагали, что в дальнейшем подобные «искусственные электрические органы» могут пригодиться для имплантируемых датчиков, протезов и других устройств, которым нужен гибкий источник энергии, совместимый с живыми тканями.
