Рыбка плюется электричеством! - MOLOSSY.RU

Рыбка плюется электричеством!

Рыбка плюется электричеством!

Действие импульсного электрического тока на рыб (Восилене М.Е., Данюлите Г.П., Нактинис И.М. и Пятраускене Л.А. Институт зоологии и паразитологии АН ЛитССР) (УДК 639.2.081.193)

Одна из задач применения электрического тока (ЭТ) в рыболовстве — направленное изменение размерного состава облавливаемых рыб. Решение этой задачи основывается на известной закономерности: для того, чтобы вызвать определенную реакцию у крупных рыб требуется электрическое поле (ЭП) меньшей напряженности, чем для мелких особей. На основе этого было сформулировано понятие «напряжение тела» (Me Millan F., 1928; Holzer W., 1932), согласно которому произведение напряженности ЭП, вызывающего определенную реакцию, и длины рыбы не зависит от размеров данного объекта и имеет постоянную величину. Позже (Шентяков, 1964; Данюлите, 1974) было отмечено, что с увеличением длины рыбы эта величина (часто обозначаемая как «условное напряжение тела») для вызова определенной реакции у объекта несколько увеличивается, в связи с чем не исключается возможность проявления селективности действия ЭТ на рыб. Практика электролова в пресноводных водоемах (Сечин, Романенко 1968, Чурунов, 1974), а также результаты испытаний морского электрифицированного трала (Максимов, Малькявичюс, Юдин, 1987), свидетельствуют о том, что с помощью ЭТ вылавливается больше крупных рыб, чем обычными орудиями лова. Тем не менее при обсуждении перспектив применения ЭП в добыче, особенно морских рыб, высказывается мнение, что размерная селективность действия тока — понятие, скорее, теоретическое, чем практическое.

Согласно результатам наших исследований (Восилене, Данюлите, Нактинис, Симонавичене, 1982; Данюлите, Кактинис, Пятраускене, 1987), наиболее сильное угнетающее действие на рыб импульсный электрический ток (ИЭТ) оказывает в определенном диапазоне частот: для пелагической салаки в области 80-100, для донной трески — 40-120 Гц. Однако направленное перемещение рыбы в электрическом поле — анодный электротаксис — более эффективно проявляется при частотах ниже этого диапазона: у салаки в области 40, у трески — 20 Гц.

Необходимо при этом учесть, что весь репертуар двигательной активности рыб, в том числе и анодный электротаксис, при действии ИЭТ развертывается в пределах напряженности поля от порога первичных реакций до электронаркоза, т. е. до обездвиживания рыб. В этом диапазоне напряженностей поля проявляются присущие двигательным реакциям рыбы закономерности — их зависимость от параметров тока, внешних и внутренних факторов, а так же от вида и размера объекта. Очевидно, что при высокой напряженности ЭП, лишающей подвижности и мелких и крупных особей, рассчитывать на размерную селективность не приходится.

В связи с этим были проведены опыты на тех же модельных рыбах салаке (Clupea harengus membras) и треске (Gadus morhua callarias) с целью определения пределов размерной селективности действия ИЭТ в зависимости от величины рыбы при параметрах тока, применяемых в практике электролова, в частности в морских электрифицированных тралах.

Рыбу вылавливали в прибрежной зоне Балтийского моря и содержали в проточной морской воде соленостью 6-7 ‰. В однородном поле ИЭТ частотой 10, 30 и 100 Гц, длительностью импульса 1,2 мс определяли порог первичных реакций в виде напряженности поля Е и «условного напряжения тела» UL, а также время действия тока t, по истечении которого у рыб прекращалась двигательная активность, т. е. наступал электронаркоз. Связь между этими величинами и длиной тела достаточно хорошо описывалась степенной регрессией, а между «напряжением тела» и длиной рыбы — линейной регрессией, что позволило нам построить соответствующие графики.

Анализ экспериментального материала показал, что существуют большие индивидуальные различия порогов реакций рыб на ИЭТ, а также колебания этих порогов в отдельные годы, связанные, по-видимому, с различиями гидрометеорологической обстановки и, следовательно, с изменениями физиологического состояния рыб. Однако на фоне данных колебаний всегда сохраняется зависимость проявления двигательных реакций от размера рыб и параметров тока.

Как видно из рис. 1, с увеличением длины салаки с 10 до 24 см напряженность поля на пороге первичных реакций у рыбы уменьшалась с 0,07 до 0,04 В/см (Е=0,31 X L -0’65 ; r 2 =0,89), «условное напряжение тела» при этом увеличивалось на 30-40 % (UL= = 0,016XL+0,52; r 2 =0,7). Частота тока не оказала влияния на пороги первичных реакций — при 10, 30 и 100 Гц получены идентичные значения.


Рис. 1. Зависимость напряженности поля Е и ‘условного напряжения тела’ UL на пороге первичных реакций салаки от длины тела L при действии ИЭТ 100 Гц, 1,2 мс

Обездвиживание салаки, т. е. наступление электронаркоза, зависело от частоты тока, напряженности поля и размера рыбы. При ИЭТ 10 Гц и у мелкой, и у крупной салаки в большинстве случаев электронаркоз не наступал в течение 60 с (заданное время) при напряженности поля от 0,4 до 1 В/см. При ИЭТ 30 Гц (рис. 2а) размерная селективность проявлялась при напряженности поля 0,45, В/см (t=690,3X L -1,24 ; r 2 =0,74) и несколько слабее при 0,65 В/см (t=460,3ХL -1,18 ; r 2 =0,73): с увеличением длины салаки с 10 до 24 см время для электронаркоза сокращалось соответственно с 40 и 27 до 15 с. При напряженности поля 0,95 В/см (t=21,2XL -0’2 ; r 2 = = 0,18) у мелких и крупных рыб электронаркоз наступал практически сразу, т. е. в течение нескольких секунд, после включения тока. ИЭТ 100 Гц (рис. 26) оказывал более сильное угнетающее действие, и зависимость наступления электронаркоза от длины салаки проявлялась только при напряженности поля 0,45 В/см (t=23433,4X L -2,75 ; r 2 =0,82).


Рис. 2. Зависимость времени t, необходимого для наступления электронаркоза салаки при действии ИЭТ длительностью импульса 1,2 мс (а — при частоте 30 Гц; б — 100 Гц), от длины тела L: 1—напряженность поля 0,45 В/см; 2—0,65 В/см; 3—0,95 В/см

У трески (рис. 3) с увеличением длины тела с 21 до 88 см напряженность поля на пороге первичных реакций уменьшилась с 0,046 до 0,023 В/см (Е=0,19Х L -0?46 ; r 2 =0,82), «условное напряжение тела» при этом увеличилось с 1 до 2 В (UL=0,016XL+ 0,7; r 2 =0,81).

Треска значительно крупнее салаки, поэтому электронаркоз у нее наступал при более низкой частоте тока и напряженности поля ИЭТ. Так, при 10 Гц (рис. 4а) и напряженности поля 0,2 В/см 1449 2х L -1,08 ; r 2 =0,78) у многих рыб длиной 20—30 см электронаркоза не наблюдалось в течение 60 с с момента действия тока, а у особей размером 60—80 см для этого требовалось только 12—17 с. При той же частоте тока и напряженности поля 0,3 В/см (t= 1192,4Х L -1,14 ; r 2 =0,45) размерная селективность действия ИЭТ на треску явно слабела, а при 0,5 В/см (t=56,5X L -4,5 ; r 2 =0,14) полностью исчезала. При повышении частоты тока до 30 Гц (рис. 4 б) угнетающее действие ИЭТ на рыбу усилилось — размерная селективность проявлялась только при напряженности поля 0,13 В/см (t=3142823XL -3,15 ; r 2 =0,7), а при 0,2 В/см (t= 29,2XL -0,53 ; r 2 =0,12) у всех особей, независимо от длины электронаркоз наступал сразу, т. е. через 3-4 с после включения тока.


Рис. 3. Зависимость напряженности поля Е и ‘условного напряжения тела’ UL на пороге первичных реакций трески от длины тела L при действии ИЭТ 10 Гц, 1,2 мс

Таким образом, результаты опытов показывают, что размерная селективность действия ИЭТ на рыбу, связанная непосредственно с проявлением двигательной активности, определяется в первую очередь напряженностью поля и частотой тока. На размерную селективность действия ИЭТ у салаки можно рассчитывать в диапазоне напряжённостей поля от 0,04-0,07 В/см, т. е. порога первичных реакций, до 0,65 В/см при 30 Гц и до 0,45 В/см при 100 Гц; у трески от 0,02-0,04 до 0,2, отчасти 0,3 В/см при 10 Гц и до 0,13 В/см при 30 Гц.


Рис. 4. Зависимость времени t, необходимого для наступления электронаркоза салаки при действии ИЭТ длительностью импульса 1,2 мс (а — при частоте 10 Гц; б — 30 Гц), от длины тела L: 1 — напряженность поля 0,13 В/см; 2 — 0,2 В/см; 3-0,3 В/см; 4-0,5 В/см

Параметры применяемого ИЭТ выбираются согласно задачам, которые ставятся перед орудием электролова и реакциям рыбы (возбуждение, привлечение, обездвиживание), на основе которых рассчитано данное орудие. Однако во всех случаях с целью повышения размерной селективности орудий электролова не следует слишком увеличивать интенсивность и частоту действующего ИЭТ. Учитывая биологические особенности и размер облавливаемых рыб, надо ограничивать зоны электрического поля с высокой напряженностью, лишающие подвижности как крупных, так и мелких рыб, необходимо также избегать диапазона частот тока, оказывающих на этих рыб повышенное угнетающее действие.

Почему эта крошечная рыбка плюётся лазерами?

Это не рыба-мутант, и не замаскированный волшебник. Причина этого света на самом деле – крайне интересный механизм защиты одного очень маленького существа.

Прозрачная рыбка-кардинал эволюционировала ноздря в ноздрю с крошечными рачками, которые называются остракодами. Эти существа длиной всего в миллиметр часто оказываются проглоченными рыбкой, которая ищет свою настоящую пищу: планктон. Чтобы не стать случайной жертвой кардинала, остракоды выработали гениальную защиту: они начали светиться. А поскольку сама рыбка-кардинал прозрачна, светящиеся тела остракод превращают её в лёгкую добычу для её собственных хищников. Как только рыбка замечает, что превратилась в светящуюся мишень, она выплёвывает проглоченных остракод и каждый из них убегает в свою сторону.

Это занятный пример того, как различные живые существа эволюционируют, чтобы не стать чьей-то добычей. Рыбка-кардинал, весьма вероятно, стала прозрачной, чтобы избегать обнаружения хищниками. Однако это решение является обоюдоострым мечом: остракоды развили свою способность к свечению, потому что она делает главную защиту кардинала совершенно бесполезной. И обе этих адаптации являются результатом миллионов лет медленных, неразумных, и случайных приспособлений.

Читайте также  Особенности размножения раков в аквариуме

Добавить комментарий Отменить ответ

Рубрики
  • 3D и виртуальная реальность
  • Promo
  • Software
  • Военные технологии
  • Гаджеты
  • Интернет
  • Искусственный интеллект
  • Исследования и открытия
  • Новости
  • Общие
  • Пресс-релизы
  • Стартапы
  • Технологии
  • Футуризм
  • Какое время выбрать для проведения свадьбы?
  • Как дополнить итеръер картинами из гобелена ?
  • Что кроется за кодом бомбы в Counter-Strike?
  • Алкоголь: прекрасный антиоксидант, который может помочь
  • Истории миллиардеров и фото как они выглядели в начале карьеры
Архивы
  • Сентябрь 2021
  • Август 2021
  • Июль 2021
  • Июнь 2021
  • Май 2021
  • Апрель 2021
  • Март 2021
  • Февраль 2021
  • Январь 2021
  • Декабрь 2020
  • Ноябрь 2020
  • Октябрь 2020
  • Сентябрь 2020
  • Август 2020
  • Июль 2020
  • Июнь 2020
  • Май 2020
  • Апрель 2020
  • Март 2020
  • Февраль 2020
  • Январь 2020
  • Декабрь 2019
  • Ноябрь 2019
  • Октябрь 2019
  • Сентябрь 2019
  • Август 2019
  • Июль 2019
  • Июнь 2019
  • Май 2019
  • Апрель 2019
  • Март 2019
  • Февраль 2019
  • Январь 2019
  • Декабрь 2018
  • Ноябрь 2018
  • Октябрь 2018
  • Сентябрь 2018
  • Август 2018
  • Июль 2018
  • Июнь 2018
  • Май 2018
  • Апрель 2018
  • Март 2018
  • Февраль 2018
  • Январь 2018
  • Декабрь 2017
  • Ноябрь 2017
  • Октябрь 2017
  • Сентябрь 2017
  • Август 2017
  • Июль 2017
  • Июнь 2017
  • Май 2017
  • Апрель 2017
  • Март 2017
  • Февраль 2017
  • Январь 2017
  • Декабрь 2016
  • Ноябрь 2016
  • Октябрь 2016
  • Сентябрь 2016
  • Август 2016
  • Июль 2016
  • Июнь 2016
  • Май 2016
  • Апрель 2016
  • Март 2016
  • Февраль 2016
  • Январь 2016
  • Декабрь 2015
  • Ноябрь 2015
  • Октябрь 2015
  • Сентябрь 2015
  • Август 2015
  • Июль 2015
  • Июнь 2015
  • Май 2015
  • Апрель 2015
  • Март 2015
  • Февраль 2015
  • Январь 2015
  • Декабрь 2014
  • Ноябрь 2014
  • Октябрь 2014
  • Сентябрь 2014
  • Август 2014
  • Июль 2014
  • Июнь 2014
  • Май 2014
  • Апрель 2014
  • Март 2014
  • Февраль 2014
  • Январь 2014
  • Декабрь 2013
  • Ноябрь 2013
  • Октябрь 2013
  • Сентябрь 2013
  • Август 2013
  • Июль 2013
  • Июнь 2013
  • Май 2013
  • Апрель 2013
  • Март 2013

Переводные блоги GearMix 2021 © Все права защищены

Как угорь и скат вырабатывают электричество?

В глубинах морей и океанов обитает большое количество удивительных существ, среди которых скат и угорь. Эти создания прославились тем, что для защиты и охоты используют электричество. Однако большинство людей и представить не могут, каким образом живой организм способен выполнять роль мощной батареи.

Кто вырабатывает электричество?

Сразу в качестве интересного факта стоит отметить, что электричество вырабатывают все рыбы, просто 99% видов генерируют очень слабые заряды, не ощутимые при взаимодействии. Морские существа способны вырабатывать электричество благодаря особому устройству мышц, которые вырабатывают и накапливают электричество.

Некоторые виды в процессе эволюции научились аккумулировать большие заряды и бить ими противника. Наиболее преуспели в этом занятии скаты, угри, звездочеты, гимнархи, а также отдельный вид сомов.

Нильский гимнарх

Как рыбы вырабатывают электричество?

Все виды электрических морских существ вырабатывают электричество во время движения. За счет того, что мышцы постоянно меняют свою форму и взаимодействуют с окружением, они накапливают электричество. При этом, голова и хвост выступают в роли плюса и минуса соответственно. Это помогает удерживать заряд в мышцах, словно в батареи.

Подробнее разберем, что представляют собой мышцы для накапливания зарядов. Они могут отличаться внешне у каждого вида рыбы, но имеют схожую структуру. Мышцы состоят из столбиков, которые, в свою очередь, разбиты на пластины. Для накапливания электричества столбики соединены параллельно, а пластины последовательно. Между ними находится разность потенциалов, из-за чего при движении аккумулируется энергия, происходит накопление заряда.

Как рыбы бьют током?

Удар током осуществляется с помощью импульсов. Рыба целенаправленно бьет ими жертву. Некоторые виды намеренно испускают в жертву примерно 500 импульсов, чтобы окончательно поразить противника. Соответственно, удары являются осознанными и направленными, нельзя получить заряд, просто дотронувшись до рыбы.

В большинстве случаев используют свое “оружие” рыбы только при прямом контакте с жертвой. В определенных ситуациях могут пустить ток на небольших расстояниях, чтобы отогнать более крупного хищника.

У вышеперечисленных рыб разность потенциалов, развиваемая на концах электрических органов, может достигать 1200 вольт (электрический угорь), а мощность разряда в импульсе от 1 до 6 киловатт (электрический скат Torpedo nobiliana).

Электрический скат Torpedo nobiliana

Опасны ли электрические рыбы человеку?

Даже слабый заряд при подобных параметрах может серьезно повредить здоровью человека, особенно на глубине. Бывали случаи, когда выброшенные на берег рыбы буквально сбивали людей на землю при контакте, из-за чего срочно требовалось врачебное вмешательство.

Электрический угорь

Электрические угри обитают в Южной Америке, в реках, и охотятся на мелкую рыбу. Взрослые особи вырастают в длину от 1 до 3 метров, но даже они нередко становятся жертвами местных хищников. Из-за этого угри вынуждены использовать электричество не только для охоты, но и для обороны.

Электрический угорь

Мышцы для накопления энергии, которые также часто называются “электрические органы”, располагаются вдоль позвоночника и составляют примерно 80% от общей массы угря. Заряд постепенно накапливается в специальных пузырчатых складках, после чего в нужный момент распространяется в пространстве, поражая все живое в радиусе. Данным способом рыба парализует жертву, после чего может приниматься за поедание.

Чтобы ток ударил существо, оно должно находиться как можно ближе. Но бывали ситуации, когда рыбаки ловили угря на крючок и получали разряд без контакта с ним: ток проходил по леске вверх и бил сразу, как только человек до нее дотрагивался.

Электрический скат

Данный вид существ знаменит не только способностью вырабатывать электричество, но и своей приплюснутой формой, напоминающей небольшое полотенце. Они обитают преимущественно на дне океанов и достигают 180см в длину.

Электрический скат

Электрическую энергию скаты накапливают по всему телу за счет сокращения мышц. Даже юные особи способны бить током с напряжением от 8В. Это помогает охотиться и обездвиживать маленькую рыбу.

О свойствах скатов знали еще в Древнем Египте. Местные врачи использовали легкие удары током юных особей в медицинских целях. Считалось, что небольшие разряды помогают человеку избавиться от болезней.

Все рыбы способны вырабатывать электричество, но только скаты, угри и несколько других видов могут аккумулировать ее в больших количествах. Это возможно благодаря определенному строению мышц, которые могут накапливать ток при движении.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Рыбы-брызгуны плюются, используя законы физики

Рис. 1. Распространение водной струи, которую выбрасывает полосатый брызгун Toxotes jaculatrix. (АС) — Фаза ускорения. (DE) — Почти баллистическая фаза. F — Удар струи о насекомое. G — Постепенно увеличивающийся в процессе полета размер головной части струи; пунктирная линия обозначает траекторию полета струи. H — Различные траектории полета струи. I — Интерполяция головной части струи с эллипсоидом; верхний ряд — проекции головной части струи, средний ряд — вытянутые эллипсоиды, нижний ряд — наложение проекций и эллипсоидов. J — Распределение значений угла плевания. Изображение из обсуждаемой статьи в PLOS ONE

Рыбы-брызгуны давно поражали ученых удивительной способностью охотиться на насекомых, сбивая их сильной струей воды с надводной растительности. До сегодняшнего дня считалось, что рыба может столь сильно плеваться благодаря внутренним, доселе неописанным, структурам самого брызгуна. Но итальянские специалисты, проведя кинематический анализ водной струи, показали, что никаких специальных структур брызгуну не требуется. Рыба просто умело применяет законы гидродинамики, используя нестабильные свойства струи, что, кстати, напоминает механизм работы струйного принтера.

Рыбы-брызгуны, живущие в мангровых болотах, выработали уникальный способ охоты на насекомых. Как только они замечают свою жертву, сидящую на листе над водой, они метко плюются в нее сильной струей воды и сбивают насекомое, которое падает в воду и благополучно съедается. Со времен описания замечательного способа охоты брызгунов (а описан он был очень давно — в 1764 г.) ученые много ломали головы над механизмом, с помощью которого рыба может так сильно плеваться. Ученые искали какие-либо внутренние структуры наподобие тех, что известны у хамелеонов и саламандр, у которых мышечная энергия медленно накапливается в коллагеновых волокнах, а затем быстро высвобождается, в результате чего язык «выстреливает» с ускорением 500 м/с 2 . Но никаких морфологических структур, похожих на описанный механизм катапульты у хамелеона, у брызгунов найдено не было.

Чтобы разобраться в этом механизме, физики из Миланского Университета засняли процесс охоты полосатого брызгуна Toxotes jaculatrix на сверхскоростную видео-камеру (даже страшно представить — 1000 кадров в секунду!), после чего провели кинематический анализ видеокадров. Анализ дал удивительные результаты. Оказывается, брызгуну совсем не нужен особый внутренний механизм плевания, просто рыбы меняют скорость и ускорение выплевываемой жидкости и искусно используют законы гидродинамики.

В исследовании участвовали два брызгуна сходного размера (длиной 67 и 61 мм), которых поместили в плоский аквариум и заставили плевать через рамку с узкой щелью. Это было сделано для того, чтобы рыба всегда располагалась в профиль к видеокамере (как на рис. 1). Только в этом случае можно было получить снимки струи с постоянного ракурса. Оказалось, что струя вылетает изо рта брызгуна с ускорением (рис. 1, А–С; рис. 2, А–В), а потом летит почти по баллистической траектории (рис. 1, D–E), то есть в основном под действием силы тяготения и силы аэродинамического сопротивления воздуха. В струе можно было выделить большую головную часть и тонкий «хвост», причем головная часть постепенно увеличивалась в процессе полета (рис. 1, G, I). В диапазоне расстояний, на которые плевали рыбы (97–153 мм), траектория полета струи была сравнима с линейной независимо от угла плевка (рис. 1, H). Но у рыб все-таки наблюдался предпочтительный угловой сектор от 70 до 80 градусов (рис. 1, J), под которым они чаще всего плевали.

Читайте также  Хромис красавец: агресивный и яркий

Авторы попытались подробно разобраться в том, что же происходит в первые 10–15 мс плевка. Струя воды вылетает изо рта рыбы со сравнительно малой скоростью 2 м/с и с сильным ускорением 200–400 м/с 2 (рис. 2, А–В). В течение 15 мс ускорение падает до нуля. Начальное ускорение головной части струи приводит к скорости около 4 м/с. Примечательно, что постепенно увеличивается размер головной части (рис. 2, С), что свидетельствует о более высокой скорости хвостовой, чем головной частей струи. Головная часть увеличивается за счет того, что жидкость переходит туда из хвоста. Почему это происходит? Авторы утверждают, что это получается просто потому, что сама рыба меняет скорость выплевываемой жидкости, постепенно ее увеличивая.

Рис. 2. Кинематика головной части струи. Изменение скорости (А), ускорения (В), размера (С) и продольной длины (D) головной части со временем. Разные цвета соответствуют разным траекториям полета, показанным на рис. 1, H. Изображение из обсуждаемой статьи в PLOS ONE

Авторы рассчитали, как меняется сила головной части струи во время полета и какова она в момент удара о насекомое, используя всем известный второй закон Ньютона. Они, конечно, сделали некоторые допущения: по расчетам жертва должна быть неподвижна, поверхность ее полностью смачиваема, а отражение от насекомого должно полностью отсутствовать. В результате они получили постепенно нарастающую силу (рис. 3, А), которая в момент удара достигает в среднем 200 миллиньютонов. Среднее насекомое (например, муха или клоп) массой около 100 мг обычно цепляется за лист с силой примерно 20 мН. Таким образом, сила струи при ударе почти на порядок превышает силу, с которой жертва хватается за субстрат, что объясняет легкость, с которой сбивается насекомое.

Кроме того, физики рассчитали мощность, которую несет головная часть струи. В момент плевка мощность на единицу массы очень мала, потому как сами мышцы, которые задействованы при плевании, очень маленькие (всего 178 мг у одной рыбы и 135 мг у другой). Однако мощность сильно увеличивается за время полета, достигая при ударе величин 2950 и 2820 Вт/кг у первой и второй рыбы соответственно (рис. 3, D). Оказалось, что это существенно более высокие показатели, чем известны для мышц других позвоночных (около 500 Вт/кг).

Рис. 3. Сила и мощность головной части струи. А — Временная эволюция (см. time evolution) силы струи в момент удара. Розовая область обозначает диапазон значений силы, с которой различные насекомые цепляются за субстрат. В — Временная эволюция удельной мощности, необходимой для мышц, которые задействованы при плевании, при допущении, что нет усиливающего гидродинамического механизма. С — Временная эволюция удельной мощности, мгновенно передаваемой мышцами брызгуна головной части струи. Горизонтальная пунктирная линия на (В) и (С) соответствует значению 500 Вт/кг, показанному для мышц позвоночных. Разные цвета соответствуют разным траекториям полета, показанным на рис. 1, H. D — Распределение удельной мощности при ударе у брызгуна № 1. Е — Движение секции струи показано в течение трех моментов записи, разделенных промежутком времени ∆t. Ускорение жидкости в момент выхода из сопла (=момент плевка) определяет скорость распространения струи в ее передней части (u) и скорость в хвостовой части (u+∆u). Разница в скоростях ∆u определяет сжатие секции в длину и наоборот, увеличение ее радиуса. Изображение из обсуждаемой статьи в PLOS ONE

Авторы также посчитали мощность струи, которую должны были бы развивать мышцы при плевке, чтобы задать струе необходимое ускорение, показанное на рис. 2, В. Если предположить, что у нас нет усиливающего гидродинамического механизма, а есть внутренний механизм наподобие механизма катапульты у хамелеона, то изменение мощности, развиваемой мышцами, соответствовало бы графику на рис. 3, В. Однако в реальности у брызгуна мощность мышц колеблется существенно ниже уровня 500 Вт/кг (Рис. 3, С). Эти результаты прекрасно согласуются с отсутствием внутреннего усиливающего механизма у брызгуна. Они подтверждают, что мощность постепенно передается от мышц к хвостовой части струи, а затем — к ее головной части, что приводит к медленному накоплению энергии во внешней среде.

Авторы проводят любопытную аналогию струи брызгуна с пульсирующей струей чернильного, или струйного, принтера. Принцип работы струйного принтера показан на рис. 3, Е. В момент начальной фазы ускорения скорость u в передней части струи меньше, чем в хвостовой части. Поэтому в процессе полета струи передний и задний «концы» сближаются и длина цилиндрической секции уменьшается. Поскольку масса и движущая сила цилиндрической секции остаются постоянными, ее радиус увеличивается. Таким образом, в результате мы имеем тонкий и широкий цилиндрический срез, перпендикулярный оси струи. Очень похожую картину мы наблюдаем в водной струе, выплевываемой брызгунами. Не сговариваясь, и человек, и природа используют одни и те же физические законы.

Название рода Toxotes означает по-гречески «лучник». Авторы подчеркивают, что это на редкость правильное название. Лучник использует внешнюю силу, натягивая тетиву и запасая тем самым энергию в согнутой дуге лука. Брызгуны также используют внешний механизм для усиления мышечной силы, хотя и основанный на другом принципе. Замечательно то, что эти рыбы обошлись без создания специальных внутренних приспособлений, а всего лишь использовали существующие законы физики.

Электрические рыбы: список, особенности и интересные факты

Электрические разряды в природе возникают не только во время грозы, в виде молний. Процессы, вызывающие слабые электрические явления, происходят, например, во многих растениях. Но самым удивительным носителем этой способности являются электрические рыбы. Их дар вырабатывать разряды сильной мощности не доступен ни одному виду животных.

Зачем рыбам электричество

О том, что некоторые рыбы могут сильно «бить» затронувшего их человека или животное, знали еще древние жители морских побережий. Римляне считали, что в этот момент у обитателей глубин выделяется какой-то сильный яд, вследствие которого у жертвы наступает временный паралич. И только с развитием науки и техники стало понятно, что рыбам свойственно создавать электрические разряды разной силы.

Какая рыба — электрическая? Ученые утверждают, что эти способности свойственны почти всем представителям названного вида фауны, просто у большинства из них разряды небольшие, ощутимые только мощными чувствительными приборами. Используют они их для передачи сигналов друг другу — как средство общения. Сила излучаемых сигналов позволяет определить в рыбьей среде, кто есть кто, или, иными словами, выяснить силу своего противника.

Электрические рыбы используют свои особые органы для защиты от врагов, в качестве оружия поражения добычи, а также как локаторы-ориентиры.

Где у рыб электростанция?

Электрические явления в организме рыб заинтересовали ученых, занимающихся явлениями природной энергии. Первые эксперименты по изучению биологического электричества проводил Фарадей. Для своих опытов он использовал скатов как самых сильных производителей зарядов.

Одно, на чем сошлись все исследователи, что основная роль в электрогенезе принадлежит клеточным мембранам, которые способны раскладывать положительные и отрицательные ионы в клетках, в зависимости от возбуждения. Видоизмененные мышцы рыб, которые соединены между собой последовательно, это и есть так называемые электростанции, а соединительные ткани – проводники.

«Энергодобывающие» органы могут иметь самый различный вид и место размещения. Так, у скатов и угрей это почкообразные образования по бокам, у рыб-слонов – цилиндрические нити в районе хвоста.

Как уже было сказано, производить ток в том или ином масштабе свойственно многим представителям этого класса, но есть настоящие электрические рыбы, которые опасны не только для других животных, но и для человека.

Электрическая рыба-змея

Южноамериканский электрический угорь не имеет ничего общего с обычными угрями. Назван он так просто по внешнему сходству. Эта длинная, до 3 метров, змееобразная рыба весом до 40 кг способна генерировать разряд напряжением в 600 вольт! Тесное общение с такой рыбешкой может стоить жизни. Даже если сила тока не станет непосредственной причиной смерти, то к потере сознания приводит точно. А беспомощный человек может захлебнуться и утонуть.

Электрические угри живут в Амазонке, во многих неглубоких реках. Местное население, зная их способности, не заходит в воду. Электрическое поле, производимое рыбой-змеей, расходится в радиусе 3 метров. При этом угорь проявляет агрессию и может нападать без особой на то надобности. Наверное, он это делает с перепугу, так как основной рацион его составляет мелкая рыбешка. В этом плане живая «электроудочка» не знает никаких проблем: выпустил зарядик, и завтрак готов, обед и ужин заодно.

Семейство скатов

Электрические рыбы — скаты — объединяются в три семейства и насчитывают около сорока видов. Им свойственно не только вырабатывать электричество, но и аккумулировать его, чтобы использовать в дальнейшем по назначению.

Читайте также  Турмалин в аквариуме: магия или шарлатанство?

Основная цель выстрелов – отпугивание врагов и добыча мелкой рыбешки для пропитания. Если скат выпустит за один раз весь свой накопленный заряд, его мощности хватит, чтобы убить или обездвижить крупное животное. Но такое происходит крайне редко, так как рыба — скат электрический — после полного «обесточивания» становится слабой и уязвимой, ей требуется время, чтобы снова накопить мощность. Так что свою систему энергоснабжения скаты строго контролируют с помощью одного из отделов мозга, который выполняет роль реле-выключателя.

Семейство гнюсовых, или электрических скатов, называют еще «торпедами». Самый крупный из них – обитатель Атлантического океана, черный торпедо (Torpedo nobiliana). Этот вид скатов, которые достигают в длину 180 см, вырабатывает самый сильный ток. И при близком контакте с ним человек может потерять сознание.

Скат Морсби и токийский торпедо (Torpedo tokionis) – самые глубоководные представители своего семейства. Их можно встретить на глубине 1 000 м. А самый маленький среди своих собратьев – индийский скат, его максимальная длина — всего 13 см. У берегов Новой Зеландии живет слепой скат – его глаза полностью спрятаны под слоем кожи.

Электрический сом

В мутных водоемах тропической и субтропической Африки живут электрические рыбы – сомы. Это довольно крупные особи, от 1 до 3 м в длину. Сомы не любят быстрых течений, живут в уютных гнездах на дне водоемов. Электрические органы, которые расположены по бокам рыбы, способны производить напряжение в 350 В.

Малоподвижный и апатичный сом не любит уплывать далеко от своего жилища, выползает из него для охоты по ночам, но также и непрошеных гостей не любит. Встречает он их легкими электрическими волнами, ими же и добывает себе добычу. Разряды помогают сому не только охотиться, но и ориентироваться в темной мутной воде. Мясо электрического сома считается деликатесом у местного африканского населения.

Нильский дракончик

Еще один африканский электрический представитель царства рыб – нильский гимнарх, или аба-аба. Его изображали на своих фресках фараоны. Обитает он не только в Ниле, но в водах Конго, Нигера и некоторых озер. Это красивая «стильная» рыбка с длинным изящным телом, длиной от сорока сантиметров до полутора метров. Нижние плавники отсутствуют, зато один верхний тянется вдоль всего тела. Под ним и находится «батарейка», которая производит электромагнитные волны силой 25 В практически постоянно. Голова гимнарха несет положительный заряд, а хвост — отрицательный.

Свои электрические способности гимнархи используют не только для поиска пищи и локации, но и в брачных играх. Кстати, самцы гимнархов просто потрясающе фанатичные отцы. Они не отходят от кладки икринок. И стоит только приблизится кому-то к детям, папа так окатит нарушителя электрошокером, что мало не покажется.

Гимнархи очень симпатичны — их вытянутая, похожая на дракончика, мордочка и хитрые глазки снискали любовь среди аквариумистов. Правда, симпатяга довольно агрессивен. Из нескольких мальков, поселенных в аквариум, в живых останется только один.

Морская корова

Большие выпуклые глаза, вечно приоткрытый рот, обрамленный бахромой, выдвинутая челюсть делают рыбу похожей на вечно недовольную сварливую старуху. Как называется электрическая рыба с таким портретом? Морская корова семейства звездочетов. Сравнение с коровой навевают два рожка на голове.

Эта неприятная особь большую часть времени проводит, зарывшись в песок и подстерегая проплывающую мимо добычу. Враг не пройдет: корова вооружена, как говорится, до зубов. Первая линия нападения – длинный красный язычок-червячок, которым звездочет заманивает наивных рыбок и ловит их, даже не вылезая из укрытия. Но если надо, то она взметнется мгновенно и оглушит жертву до потери сознания. Второе оружие для собственной защиты – позади глаз и над плавниками расположены ядовитые шипы. И это еще не все! Третье мощное орудие расположено сзади головы – электрические органы, которые генерируют заряды напряжением в 50 В.

Кто еще электрический

Вышеописанные — это не единственные электрические рыбы. Названия не перечисленных нами звучат так: гнатонем Петерса, черная ножетелка, мормиры, диплобатисы. Как видите, их немало. Наука сделала большой шаг вперед в изучении этой странной способности некоторых рыб, но разгадать полностью механизм аккумуляции электроэнергии большой мощности полностью не удалось и до нынешнего времени.

Рыбы лечат?

Официальная медицина не подтвердила обладание электромагнитного поля рыб целебным эффектом. Но медицина народная издавна использует электрические волны скатов для излечения многих болезней ревматического характера. Для этого люди специально прогуливаются вблизи и получают слабые разряды. Вот такой себе натуральный электрофорез.

Электрических сомов жители Африки и Египта используют для лечения тяжелой стадии лихорадки. Для повышения иммунитета у детей и укрепления обшего состояния экваториальные жители заставляют тех прикасатся к сомам, а также поят водой, в которой некоторое время плавала эта рыба.

masterok

Мастерок.жж.рф

Хочу все знать

В глубинах морей и океанов обитает большое количество удивительных существ, среди которых скат и угорь. Эти создания прославились тем, что для защиты и охоты используют электричество. Однако большинство людей и представить не могут, каким образом живой организм способен выполнять роль мощной батареи.

Кто вырабатывает электричество?

Сразу в качестве интересного факта стоит отметить, что электричество вырабатывают все рыбы, просто 99% видов генерируют очень слабые заряды, не ощутимые при взаимодействии. Морские существа способны вырабатывать электричество благодаря особому устройству мышц, которые вырабатывают и накапливают электричество. Некоторые виды в процессе эволюции научились аккумулировать большие заряды и бить ими противника. Наиболее преуспели в этом занятии скаты, угри, звездочеты, гимнархи, а также отдельный вид сомов.

Как рыбы вырабатывают электричество?

Все виды электрических морских существ вырабатывают электричество во время движения. За счет того, что мышцы постоянно меняют свою форму и взаимодействуют с окружением, они накапливают электричество. При этом, голова и хвост выступают в роли плюса и минуса соответственно. Это помогает удерживать заряд в мышцах, словно в батареи.

Подробнее разберем, что представляют собой мышцы для накапливания зарядов. Они могут отличаться внешне у каждого вида рыбы, но имеют схожую структуру. Мышцы состоят из столбиков, которые, в свою очередь, разбиты на пластины. Для накапливания электричества столбики соединены параллельно, а пластины последовательно. Между ними находится разность потенциалов, из-за чего при движении аккумулируется энергия, происходит накопление заряда.

Как рыбы бьют током?

Удар током осуществляется с помощью импульсов. Рыба целенаправленно бьет ими жертву. Некоторые виды намеренно испускают в жертву примерно 500 импульсов, чтобы окончательно поразить противника. Соответственно, удары являются осознанными и направленными, нельзя получить заряд, просто дотронувшись до рыбы.

В большинстве случаев используют свое “оружие” рыбы только при прямом контакте с жертвой. В определенных ситуациях могут пустить ток на небольших расстояниях, чтобы отогнать более крупного хищника. У вышеперечисленных рыб разность потенциалов, развиваемая на концах электрических органов, может достигать 1200 вольт (электрический угорь), а мощность разряда в импульсе от 1 до 6 киловатт (электрический скат Torpedo nobiliana).

Электрический скат Torpedo nobiliana

Опасны ли электрические рыбы человеку?

Даже слабый заряд при подобных параметрах может серьезно повредить здоровью человека, особенно на глубине. Бывали случаи, когда выброшенные на берег рыбы буквально сбивали людей на землю при контакте, из-за чего срочно требовалось врачебное вмешательство.

Электрический угорь

Электрические угри обитают в Южной Америке, в реках, и охотятся на мелкую рыбу. Взрослые особи вырастают в длину от 1 до 3 метров, но даже они нередко становятся жертвами местных хищников. Из-за этого угри вынуждены использовать электричество не только для охоты, но и для обороны.

Мышцы для накопления энергии, которые также часто называются “электрические органы”, располагаются вдоль позвоночника и составляют примерно 80% от общей массы угря. Заряд постепенно накапливается в специальных пузырчатых складках, после чего в нужный момент распространяется в пространстве, поражая все живое в радиусе. Данным способом рыба парализует жертву, после чего может приниматься за поедание. Чтобы ток ударил существо, оно должно находиться как можно ближе. Но бывали ситуации, когда рыбаки ловили угря на крючок и получали разряд без контакта с ним: ток проходил по леске вверх и бил сразу, как только человек до нее дотрагивался.

Электрический скат

Данный вид существ знаменит не только способностью вырабатывать электричество, но и своей приплюснутой формой, напоминающей небольшое полотенце. Они обитают преимущественно на дне океанов и достигают 180см в длину.

Электрическую энергию скаты накапливают по всему телу за счет сокращения мышц. Даже юные особи способны бить током с напряжением от 8В. Это помогает охотиться и обездвиживать маленькую рыбу.

О свойствах скатов знали еще в Древнем Египте. Местные врачи использовали легкие удары током юных особей в медицинских целях. Считалось, что небольшие разряды помогают человеку избавиться от болезней.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: