Многие рыбы взаимодействуют друг с другом при помощи электрических разрядов разной силы. Но для изучения этих взаимодействий требуется уникальное оборудование, с помощью которого можно было бы регистрировать источники электрических разрядов и давать их подробную характеристику. Изготовление такой аппаратуры требует большого мастерства. В последнем номере «Журнала общей биологии» была опубликована статья сотрудников Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова, успешно работающих в данном направлении.

В своё время эти учёные смогли зарегистрировать электрические разряды при агрессивно-оборонительных отношениях «слабоэлектрических» рыб и показать, что рыбы генерируют разряд только в момент атаки, почти вплотную приблизившись к противнику. Последние работы учёных проливают свет на роль электрических разрядов в спаривании клариевых сомов.

Рис. 1. Клариевый сом.

Сильноэлектрические рыбы были известны ещё в древности и даже использовались в медицине. Электрического сома изображали на стенах древнеегипетских храмов. В одном из диалогов Платона про Сократа говорится:

«Ты очень похож и видом, и всем на плоского морского ската: он ведь всякого, кто к нему приблизится и прикоснётся, приводит в оцепенение».

Имеется в виду, конечно, электрический скат.

Чемпион по вырабатываемому напряжению – электрический угорь: 600 В и более.

Электрический скат не превосходит в этом отношении бытовую электророзетку (220 В), зато сила тока при разряде может достигать 50А. Чтобы приблизиться к таким результатам, для достижения высокого напряжения необходимо соединить тысячи электрических клеток (электроцитов) последовательно, а для достижения высокой силы тока – параллельно. Электрические органы у таких рыб занимают очень большую часть тела. Так, у электрического сома, например, они составляют четверть его массы. Электроциты в большинстве случаев ведут своё эволюционное происхождение от мышечных клеток и замещают их по расположению, что снижает подвижность.

При сильно развитом электрическом органе снижение подвижности не страшно – врагов можно отпугнуть, а добычу – оглушить уже на некотором расстоянии. Но ещё Дарвин задавался вопросом: мог ли такой огромный орган образоваться за счёт небольших последовательных эволюционных изменений? Ведь слабые разряды возможностей для нападения и защиты не создают.

Тем не менее существует немало так называемых слабоэлектрических рыб.

Это, во-первых, родственники сильноэлектрических рыб – электрические скаты, сомообразные, гимнотообразные (родственники электрического угря), а также ромботелые скаты, звездочётовые, мормирообразные и, возможно, полиптерусы. Их разряды гораздо слабее – у клариевого сома, например, всего 30 мВ, у мормирид и гимнотид – несколько больше. Однако у них тоже есть специализированные электрические органы, хотя и не столь развитые.

В 50-х годах прошлого века Ганс Вернер Лиссман, работая со слабоэлектрической рыбой гимнархом (это представитель мормирообразных), показал, что, кроме этих органов, у неё есть специальные электрорецепторы, распределённые по всему телу, своего рода «электрический глаз», позволяющий обнаруживать чужие и собственные электрические поля. Гимнарх успешно пользовался своими электрическими органами и рецепторами для ориентации. Был ли таким образом разрешён дарвиновский парадокс? Не вполне. Система электрорецепции у мормирид оказалась уж слишком развитой и совершенной, чтобы возникнуть и стать полезной всего за несколько эволюционных шагов.

Рис. 2. Прибор для регистрации разрядов.

Многие исследователи видели пути разрешения загадки в изучении «совсем слабоэлектрических» рыб, прежде всего сомообразных, и роли электрических разрядов во взаимодействии особей.

Но научных групп, которые занимались бы этой исследовательской программой, сейчас очень немного. Это неслучайно. Исследования требуют аппаратуры, с помощью которой можно было бы в реальном времени вычислять и показывать место и ориентацию источников электрических разрядов, давать детальную картину электрического поля. Такой аппаратуры в готовом виде просто нет. Пока, как пишут авторы работы, о которой мы рассказываем, биологи оказываются в положении человека, который изучает возможности глаза с помощью турникетов метро.

Одна из самых активных и успешных групп работает в Институте проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова. В разное время в неё входили: В. Д. Барон, А. А. Орлов, А. С. Голубцов, В. М. Ольшанский, К. С. Моршнев, Д. Э. Эльяшев, О. А. Солдатова.

Ещё в 90-х годах прошлого века этой группой были зарегистрированы электрические разряды при агрессивно-оборонительных отношениях двух клариевых сомов. Рыба генерирует разряд в момент атаки, почти вплотную приблизившись к противнику. Поэтому даже в отсутствие специализированных электрорецепторов противник не может его не почувствовать.

Однако электрорецепция у них есть, и весьма вероятно, что главная роль такого разряда – ослепить «электрический глаз» атакуемого или атакующего, временно дезориентировать его.

Рис. 3. Ухаживание и характер генерируемых разрядов.

Недавние работы группы посвящены роли электрических разрядов при спаривании клариевых сомов. Жизнь животных с наружным оплодотворением не так проста, как нам кажется. Сперматозоиды должны успешно доплыть до икры и оплодотворить её. Конкретно у нашего героя – клариевого сома – скорость движения спермиев составляет доли миллиметров в секунду, а время сохранения их подвижности не превышает 2 минуты. Поэтому самец и самка многих рыб и пресмыкающихся при спаривании входят в тесный контакт – амплексус – и выполняют при вымётывании икры и молок сложные согласованные движения, повторяющиеся при каждом очередном спаривании. Клариевый сом, войдя в тесный контакт с самкой, выбрасывает сперму ровно за 5 секунд до выброса ею икры. Через 4,5 секунды после выброса спермы и за 0,5 секунды до выброса икры, когда скула самца наиболее плотно прижимается к яичнику самки, побуждая её к икрометанию, самец издаёт серию электрических разрядов.

Эти разряды сходны с издаваемыми при конфликтах. Их назначение не очень понятно, но авторы приводят ряд аргументов в пользу того, что они служат для ещё большей синхронизации усилий партнёров.

Итак, каковы же современные представления о развитии электрических органов? Считается, что специализированную электрорецепцию имели все древние позвоночные. Довольно часто она встречается и у неэлектрических рыб, например у осетровых и акул. Эта чувствительность могла быть утрачена, но достаточно легко приобреталась вторично (как это, видимо, произошло у мормирид, гимнотид и клариевых сомов). Одна из причин для её приобретения – социальные взаимодействия рыб на близких расстояниях, при которых даже слабые электрические разряды ощущаются в отсутствие специфической электрорецепции.

Источник информации:

В. М. Ольшанский, О. А. Солдатова, Нгуен Тхи Нга Эпизодические электрические разряды при социальных взаимоотношениях: пример азиатских клариевых сомов.  – Журнал общей биологии. – т.72. – №3. – 2011. – С. 198–213.