Хелен Скейлс – О чём молчат рыбы (страница 34)

Тысячи лет люди знали о рыбах, способных метать искры. В Древней Греции врачи клали электрических скатов на рожениц, чтобы помочь им справиться с болью. Древние египтяне вылавливали электрических сомов из Нила и, предположительно, использовали их для лечения людей, страдающих эпилептическими припадками. А в начале XIX в. прусский исследователь и естествоиспытатель Александр фон Гумбольдт наблюдал, как угри нападают на лошадей и мулов и топят их в мутном водоеме в Венесуэле. Эти и сотни других видов рыб обладают одной необычной способностью: они создают сильный электрический ток и умеют управлять им.

Электричество присуще всему живому. Заряженные ионы входят в клетки и выходят из них, в частности в нейронах: в результате происходит передача сообщений, сокращение мышц, формирование мыслей (электричество, текущее через розетки и электронные устройства, состоит из электронов, другой формы заряженных частиц). В большинстве живых существ электрические заряды крайне малы. Однако у многих рыб в процессе эволюции появились органы, накапливающие и усиливающие электричество и способные его направленно посылать по назначению. И только рыбы научились охотиться при помощи электрических разрядов.

Много лет назад, когда я изучала зоологию в университете, я повстречалась с электрической рыбой – нильским слоником, или рыбой-слоном (сородичем Оксиринха из древнеегипетского мифа). Я посмотрела на рыбу, которую мне выдали на практикуме, и увидела, что ее рыло было далеко не таким длинным или подвижным, как слоновий хобот. Ей больше подходило ее немецкое имя tapirfische – из-за носа, напоминающего нос южноамериканского тапира. При ближайшем рассмотрении хоботок моей рыбы оказался даже вовсе и не носом, а удлиненным подбородком.

Моей задачей было нарисовать карту электрического поля, создаваемого рыбой-слоном. Я должна была измерять электрический ток электродом, опуская его в разные точки аквариума через заданные промежутки времени. Нарисованная мною кривоватая диаграмма показала, что рыба была окружена концентрическими линиями. Это было электрическое поле, создаваемое модифицированными мышечными клетками в основании ее хвоста. Они генерировали слабый постоянный ток, которого было недостаточно, чтобы я его почувствовала, когда засунула палец в аквариум, пока никто не видел.

Я воссоздавала эксперимент, проведенный 50 лет назад в той же самой лаборатории на кафедре зоологии Кембриджского университета ученым, открывшим этот тайный талант рыб-слонов. Ганс Лиссманн увидел этих рыб в аквариуме в Лондонском зоопарке и заметил, что они умеют плавать задом наперед, ни с чем не сталкиваясь. Их глаза смотрят вперед, и они не могут видеть, что находится позади, поэтому Лиссманн задумался о том, не используют ли они какие-нибудь другие органы чувств для ориентации в пространстве. При помощи похожего на мое оборудования Лиссманн первым обнаружил слабое электрическое поле у рыб-слонов. Он понял, что эти рыбы используют электричество подобно тому, как летучие мыши используют ультразвук. Однако это была не эхолокация, а электролокация.

Затем я, как это в свое время проделал и Лиссманн, поместила стеклянную палочку, электрический изолятор, в аквариум рядом с рыбой и вновь измерила ее электрическое поле. В этот раз линии были искривлены, поскольку электрический ток тек вокруг изолятора, но не сквозь него. Моя рыба, должно быть, знала, что в аквариуме есть стеклянная палочка, и не потому, что она ее видела. Еще несколько лет назад считалось, что рыбы-слоны слепые, но недавние исследования показали, что они могут различать крупные движущиеся объекты благодаря чашеобразным структурам в сетчатке, содержащим кристаллы гуанина и усиливающим слабый свет. Все тело моей рыбы-слона было покрыто ямочками, чувствующими ее собственное электрическое поле. Изменения этого поля говорят рыбе, что рядом находится какой-либо объект.

Примерно 200 видов рыб-слонов живет в реках Африки. Они генерируют электрические импульсы, прощупывая мутную воду, чтобы заметить нарушения своего личного электрического поля при его столкновении с окружающими предметами. При помощи своих длинных чувствительных подбородков они ищут еду, спрятанную на речном дне. Чтобы обработать всю информацию, поступающую от их органов чувств, у рыб-слонов есть огромный мозг, потребляющий до 60 % поступающего в их организм кислорода. У них отношение размера мозга к размеру тела близко к человеческому, но мы используем только 20 % кислорода для питания своего мозга.

Миролюбивые рыбы-слоны находятся на одном краю спектра, а на другом расположен печально известный электрический угорь (рыба с занятным научным названием – Electrophorus electricus). Это не настоящие угри, а один из видов южноамериканских гимнотовых рыб[80], способный генерировать 600-вольтные импульсы, парализующие или даже убивающие других животных. Зоолог Кеннет Катаниа из Университета Вандербильта (Теннесси, США) познакомился с электрическими угрями ближе, чем кто-либо еще. Помимо других важных открытий, его исследования показали, что угри испускают свои мощные электрические разряды не случайно, в надежде кого-нибудь ударить, а используют их значительно более тонко и изощренно. Угорь часто начинает охоту, посылая два или три разряда в воду. Если рядом прячутся мелкие рыбы или раки, то они выдадут себя непроизвольными сокращениями мышц, вызванными электрическим током. Эти сокращения посылают волны сквозь воду, которые угорь воспринимает чувствительной к давлению боковой линией. Затем он, как электрошокер, посылает серию импульсов, которые перевозбуждают нервы жертвы, вызывая сокращение мышц и временный паралич.

Катаниа также догадался, что могло произойти с лошадьми Александра фон Гумбольдта 200 лет назад в болотах Венесуэлы. В ходе путешествия по Южной Америке Гумбольдт попросил местных рыбаков достать ему нескольких живых электрических угрей. Чтобы выполнить его просьбу, они загнали лошадей в водоем и наблюдали, как угри начали выпрыгивать из воды и яростно их атаковать. Рыбаки кричали на лошадей, не давая им убежать; две лошади в результате утонули, остальные, шатаясь, вышли на берег и потеряли сознание. Истощенных угрей рыбаки отдали Гумбольдту. Катаниа считает, что угри таким образом отстаивали свою территорию в ситуации, которая возникает каждый год. Во время сезона дождей вода из рек Амазонки и Ориноко затопляет близлежащие джунгли и саванны, и рыбы мигрируют в образовавшиеся болота. Затем, когда дожди кончаются и вода сходит, рыбы остаются в изолированных водоемах; Гумбольдт был там как раз в сухой сезон. Электрические угри хорошо знакомы с этой ситуацией и приспособились к ней: они дышат воздухом и выживают в стоячей воде. Но изоляция делает их уязвимыми, и водоемы, наполненные неспособными сбежать рыбами, привлекают хищников. Однако у угрей есть эффективный способ защиты.

В ходе своих экспериментов Катаниа видел, как пойманные электрические угри атаковали сеть, которую он использовал для вылавливания их из аквариума. Угри снова и снова нападали на сеть и выпрыгивали из воды, посылая электрические разряды в металлическую ручку. Чтобы измерить силу этих атак, Катаниа поместил в аквариум металлическую палку, соединенную с вольтметром (угри часто создавали 200-вольтные разряды). Он даже создал модель головы крокодила в натуральную величину и покрыл ее светодиодами, загоравшимися каждый раз, когда угорь бил ее током. Угри наносили мощные удары, выпрыгивая из воды и создавая короткое замыкание между своим электрическим органом и телом другого животного. Это значительно более эффективно, чем если бы угри выстреливали зарядами в воду, в которой стоит или плавает их цель.

В последнем опубликованном исследовании (2017) Катаниа непосредственно на себе испытал, насколько эффективными могут быть электрические удары угрей. Он разработал эксперимент для измерения тока, текущего через человеческую руку при атаке угря, выступив в роли подопытного животного. Выбранный угорь был относительно маленькой, 40-сантиметровой молодой рыбой, но все равно его разряды достигали 50 мА (миллиампер), что «значительно превышало порог активации ноцицепторов[81]», как написано в статье Катаниа. Другими словами, было очень больно. Однако его рука не была парализована, мышцы не были перевозбуждены и не сократились. Катаниа считает, что атаки угрей направлены не на обездвиживание жертвы, а на то, чтобы отпугнуть хищников, болезненно ударив их током.

Катаниа уверен, что выпрыгивающие из воды угри не охотятся. Они не кусают и не жуют свою пищу и не смогли бы проглотить что-либо размером с крокодила, лошадь или человека. Он думает, что небольшие аквариумы в его лаборатории воспринимаются угрями как родные высыхающие водоемы, в которых они должны опасаться хищников, точно так же, как это происходит в сухой сезон в естественных условиях. В этой ситуации, когда к ним приближается что-то большое и угрожающее, рефлекторный ответ угря – защищаться и показать хищнику, что с ним лучше не связываться.

Чарльз Дарвин прекрасно знал, что в мировых водах обитают различные электрические рыбы. В своем труде «Происхождение видов» он рассуждал о том, как они эволюционировали: «…если бы электрические органы были унаследованы от какого-нибудь древнего предка, мы должны были бы ожидать, что электрические рыбы тесно связаны между собой». Но Дарвин знал, что электрические рыбы не являются близкими родственниками. Гнюсовые, нарковые, нарциновые скаты и скаты-торпедо относятся к электрическим пластиножаберным рыбам. На далеко расположенных друг от друга ветвях эволюционного древа, среди костистых рыб, расположились семейства электрических звездочетов (Uranoscopidae), электрических сомов (Malapteruridae), мормировых (Mormyridae) с рыбой-слоном и отряд гимнотообразных (Gymnotiformes) с электрическим угрем в своих рядах. Дарвин считал их важными примерами явления, которое сейчас называется конвергентной эволюцией, хотя он этот термин не использовал. Конвергентная эволюция происходит, когда неблизкородственные виды выглядят, ведут себя или функционируют сходным образом. Дарвин написал: «Подобно тому, как два человека иногда независимо друг от друга приходят к одному и тому же изобретению, так, по-видимому, и… естественный отбор… произвел у различных существ сходные органы».