Рыбы и физика
Каких только научно-исследовательских лабораторий ни существует на свете! Скажем, лаборатория молодого кандидата наук в сфере биологии В.Барона с виду напоминает зоопарк. Вернее, ту часть зоопарка, где мы можем наблюдать различных обитателей подводного мира. Количество аквариумов здесь исчисляется десятками. Но если декоративные рыбки резвились в своих жилищах целыми стаями, то более солидные рыбы заселяли отдельные «квартиры».
Но всех этих рыб объединяет одно: все они служат науке.
Кроме многочисленной живности, в этой лаборатории можно найти и такие любопытные вещи, как приборы для измерения напряжения, силы тока, собственно генераторы тока, осциллографы… Для чего же все это нужно?
Дело в том, что данная лаборатория занимается изучением электрических явлений в их прямой связи с живой природой. Все это очень необычно и может даже казаться выдумкой, но, тем не менее, это реальность. К примеру, рыбы имеют способность ощущать электрическое поле и даже способны производить электрический ток.
По утверждению одного знаменитого ученого из США, который в свое время стал лауреатом Нобелевской премии по физике, ни одно природное явление не обходится без электричества. Живая природа в данном случае — не исключение. Лучшим доказательством этого утверждения служит то, что первое электрическое явление итальянец Гальвани обнаружил, проводя опыты с лягушкой.
Рыбы с этой точки зрения известны человеку гораздо раньше. Только само электричество как явление еще не было названо. Но описания его встречались еще во времена древних греков. Тогда уже существовал страх перед особой рыбой, приводящей другие живые существа в оцепенение — так тогда определяли удар электрическим током. Сейчас мы знаем, что этой пугающей рыбой был электрический скат.
Уже позже, в девятнадцатом столетии было установлено, что любая живая клетка воспроизводит электрический ток. По сути, он и является источником жизни. Сейчас это общеизвестный факт. И электрический угорь уже не кажется нам исчадием ада. Но рыбы еще не открыли науке всех своих тайн.
Совсем недавно П.Гуляев открыл, что вокруг нервных тканей всех живых существ есть особое биоэлектрическое поле. Его можно сравнить с тем полем, которое создается вокруг проводника тока. Такое поле называется электроаурограмма. Надо сказать, что человек тоже способен создавать вокруг себя электроаурограмму.
Вслед за Гуляевым советским ученым А.Прессманом была выдвинута гипотеза о том, что электромагнитное поле служит животным для общения между собой. Действительно, порой среди животных, которые привыкли жить стаей, существует удивительная необъяснимая связь. Но то, что связь эта поддерживается именно электромагнитным полем, еще не доказано. Неизвестно даже, ощущают ли животные это поле. Человек, например, не способен его почувствовать. Иначе дело обстоит с рыбами. Рыбы как раз о существовании электромагнитного поля отлично осведомлены, более того, некоторым из них оно заменяет обычные органы чувств. Кроме того, единственные живые существа, способные генерировать электрический ток и даже использовать его как оружие, — это тоже рыбы. Потому можно со всей уверенностью заявить, что рыбы — создания удивительные не только с точки зрения биологии, но и с точки зрения физики.
Конечно, разные виды рыб обладают разными по силе способностями к созданию электрической энергии и по-разному используют ее. Самые известные в этом плане угри пресноводные являются рыбами с высоким уровнем электроэнергии в организме. Для создания и накопления электрического тока у этих рыб есть даже специальные органы. В силу своей необычности эти рыбы давно привлекли внимание ученых, и сейчас их особенности хорошо известны.
Все прочие рыбы относятся к разряду слабоэлектрических. Никаких специальных органов для создания электрических сигналов у них нет.
Ученые долгое время не интересовались обычными, ничем не выдающимися видами рыб, такими, как пескари или караси, сельдь, уклейка. Но оказалось, что даже эти обыкновенные, всем известные рыбы ощущают электромагнитное излучение и даже способны его воспроизводить.
Пристальное изучение электрических явлений в рыбьем царстве началось с опытов над маленькой рыбкой, обитающей в пресной воде, — американским сомиком. Эта рыбка обнаружила удивительные способности к предвидению: палочка из металла, приближаясь к сомику, встречала ответную реакцию на свое приближение еще до того, как ею прикасались к рыбке. Более того, любой металлический предмет, даже заключенный в футляр из другого материала, вызывал у рыбок такую же реакцию.
Никакого другого метода определения материала, из которого был изготовлен предмет, у рыб не было. Тогда ученые подумали об электричестве. Так оно и оказалось.
При более подробных исследованиях ученые обнаружили у рыб особые органы чувств, улавливающие любое напряжение электромагнитного поля. Они находятся вдоль боковой линии, где расположены и другие, присущие только рыбам, чувствительные механизмы. Что касается органов чувств, ответственных за электрическое излучение, то они похожи на трубочки, внутри которых находится особая субстанция, похожая на желе. В этой среде существуют особые нервные клетки, настроенные на электромагнитные колебания. Эти трубочки названы ампулами Лоренцини, в честь ученого, который их открыл. Их механизм напоминает устройство вольтметра — прибора для измерения напряжения электрического тока.
Другая проверка чувствительности рыб к электрическим полям выявила еще более удивительные результаты. Аквариум завешивали светонепроницаемым экраном, а рядом помещали маленький магнит. Рыба внутри аквариума живо реагировала на его перемещение. Более того, даже на движение человеческой руки возле стенки аквариума рыба продолжала реагировать. Это означает, что даже слабое электрическое поле подвластно электрочувствительности рыб.
Для получения более точных данных ученые воспользовались измерительными приборами, такими, как осциллограф, вольтметр и т.п.
Кроме особой чувствительности к изменению электромагнитных полей, рыбы, даже слабоэлектрические, обладают способностью создавать и накапливать электроэнергию. Таким образом, электрическое поле, образованное вокруг рыб, куда сильнее, чем поле вокруг прочих живых существ.
Результаты таких исследований оказались весьма любопытны. Выяснилось, что рыбы способны продуцировать и постоянный, и переменный электрический ток. Напряжение его сравнительно невелико: малая часть вольта. Импульсы электрического тока очень разнообразны и зависят от самых разных факторов. Рыба, воспроизводящая электрический ток, чем-то напоминает обычную батарейку. Даже положительный и отрицательный полюса у нее наличествуют. Положительный расположен в области головы, отрицательный — в области хвоста. Кстати, они способны время от времени меняться местами. Это еще одна загадка рыбьего организма.
Несмотря на все вышесказанное, особенных органов для создания электричества у рыб нет. Все дело в особом устройстве клеток, из которых состоят их тела. Можно сказать, что весь организм рыбы устроен таким образом, чтобы создавать электрический ток. Рыбы даже умеют его контролировать.
На первый взгляд, такие особенный способности рыб — это случайная аномалия, не приносящая никакой пользы. Но это не так. В природе не бывает ничего случайного, ничего бесполезного. Да, слабоэлектрические рыбы не могут использовать свои электрические импульсы в качестве оружия. Но они служат им дополнительными органами чувств. Рыбы, как известно, безгласны, зато они могут общаться между собой как раз с помощью импульсов.
Особенно это заметно у рыб, которые живут и передвигаются стаями, то есть у мелких рыбок. Все наблюдают, как синхронно они движутся, так, что стаю рыбок можно принять за одно существо. Но обычно изменение направления движения закладывает какая-нибудь одна рыба, а остальные, повинуясь невидимому электрическому сигналу, следуют за ней. Но общение — это еще не все. С помощью электричества рыбы устанавливают границы своей территории. Оно помогает им отыскивать еду, а также используется для привлечения рыбок противоположного пола.
Впрочем, у некоторых рыб существуют на теле особые участки, в которых чувствительность к электричеству особенно развита. К примеру, гимнархус активно использует хвост для общения с внешним миром, опознавания незнакомых предметов.
Все это кажется похожим на механизм эхолокации, которым пользуются летучие мыши. Они издают ультразвук, который не слышен человеку, но легко улавливается самой летучей мышью, отражаясь от любых встреченных помех.
У рыб все несколько по-другому. Обыкновенное электрическое поле с положительным и отрицательным полюсами обладает особыми очертаниями так называемых силовых линий. Любой предмет, у которого электропроводность будет отличаться от воды, нарушит привычный рисунок силовых линий. Рыбы эти нарушения очень остро чувствуют.
Рыбы так хорошо научились пользоваться своими особыми способностями, что могут передавать друг другу при помощи электросигналов целые послания.
Например, собрать сородичей у источника корма или прогнать соперника со своей территории. Ориентация в незнакомой местности также не составляет для них труда.
Отчего же на особом положении у природы оказались именно рыбы? Во-первых, дело, конечно, в среде обитания. Вода, особенно морская, — великолепный проводник электричества.
Имеет ли интерес к физическим свойствам рыб практическое применение? Вполне возможно. Современные ученые-бионики идут по стопам своего великого предшественника — Леонардо да Винчи, который очень внимательно наблюдал и изучал строение живых организмов, а потом на основе увиденного создавал многие технические изобретения, на целые века опередившие свое время. Может быть, когда-нибудь придет время, и ученые, подробнее разобравшись в строении органов, которые генерируют электрическую энергию у рыб, создадут аккумуляторы электроэнергии нового поколения. Такие разработки уже ведутся.
Способности рыб к подводной связи между собой — тоже предмет пристального изучения. Возможно, в будущем появятся такие устройства, способные обеспечить бесконтактную связь как на суше, так и на море.
