Искра жизни. Электричество в теле человека

Электросенсорный аппарат гимнарха состоит из электрического органа, который генерирует слабое электрическое поле, и детекторной системы, реагирующей на искажения этого поля под влиянием объектов в окружающей среде. Фактически рыба создает электрический образ своей среды, подобный зрительному образу, который мы используем для ориентирования в пространстве. Электрические импульсы, испускаемые такими рыбами, относительно слабые — их напряжение составляет менее одного вольта. Они генерируются электрическим органом, который работает аналогично электрическому органу угря, но из-за меньшего числа электрических пластинок получаемое напряжение намного слабее. Электрическое поле, создаваемое электрической рыбой, по форме напоминает рисунок, возникающий вокруг стержневого магнита, когда в его поле помещают стальные опилки. Силовые линии (с одним и тем же потенциалом) идут от головы к хвосту, становясь тем слабее, чем дальше они находятся от рыбы[24]. Ток течет под прямым углом к линиям постоянного потенциала и, таким образом, выходит из рыбы перпендикулярно ее телу и входит в нее в районе хвоста.

Если в это электрическое поле попадает какой-либо объект, он искажает его. Так, если сопротивление объекта больше сопротивления воды (например, в случае камня), электрический ток обтекает его, создавая локальное снижение плотности тока и «электрическую тень» на поверхности рыбы. Если же объект имеет более низкое сопротивление (например, другая рыба), то ток пойдет через него, увеличивая плотность тока и создавая «электрическое светлое пятно» на коже. Чем ближе объект, тем больше пятно. Воспринимая эти изменения силы тока, рыба может определять не только присутствие и размер объекта, но и то, из чего он сделан, т.е. принимать решение, нападать, спасаться или просто не обращать внимания. Конечно, если у объекта будет точно такое же сопротивление, как и у воды, то он станет невидимым для рыбы.

Электрическое поле вокруг гимнарха искажается как объектом с более высокой электропроводностью, чем у воды, например рыбой (слева), так и объектом с более низкой электропроводностью, например камнем (справа). Линиями обозначен поток электрического тока.

Электрорецепторы на коже рыбы следят за ее собственным электрическим полем и искажениями, создаваемыми объектами окружающей среды. У рыб вроде гимнарха их примерно 15 000. Электрорецепторы сосредоточены на голове, однако встречаются и на верхней части спины, где их плотность ниже. Есть и особо чувствительное скопление рецепторов на нижней челюсти. Эти бугристые органы восприятия электрического поля представляют собой небольшую ямочку, дно которой выстлано чувствительными клетками, которые действуют как крошечные вольтметры, реагирующие на падение напряжения между двумя сторонами кожи. Они чрезвычайно чувствительны: когда Мэчин построил электрическую модель в попытке смоделировать чувствительный к электричеству орган рыбы, живая рыба постоянно превосходила ее.

Разговор с помощью искр

Разряды, генерируемые электрическими рыбами, можно разделить на две категории: импульсные и волновые. Электрические рыбы с импульсными разрядами, такие как рыба-слон Gnathonemus, испускают поток коротких импульсов, амплитуда которых составляет несколько милливольт. Электрические рыбы с волновыми разрядами, вроде упомянутого выше гимнарха, генерируют непрерывный электрический ток переменной силы. Его синусоидальные колебания удивительно стабильны — прямо как хороший промышленный генератор колебаний — и имеют частоту порядка 800–1000 герц.

И те, и другие рыбы могут перестраивать частоту сигналов, которая варьирует не только в зависимости от вида и пола, но от рыбы к рыбе. Это открывает возможности для своего рода коммуникации. Характерный электрический образ, создаваемый, например, каждой рыбой-слоном, позволяет различать отдельные особи одного и того же вида — очень важный фактор при поиске пары в темноте и в мутной воде. Частота, с которой рыба испускает сигналы, определяет ее место в социальной иерархии стаи. Чем выше ее положение в иерархии (т.е. чем выше статус рыбы), тем выше частота сигналов. Это, возможно, связано с тем, что более высокая частота разрядов требует более значительных энергетических затрат, а потому доступна только «самым сильным» членам иерархии. Более высокая частота — своеобразный электрический эквивалент яркого хвоста павлина.