Откуда у ската электричество: Откуда электрический скат берет энергию? | Простая наука

Откуда скат берет ток и зачем он ему? — Рамблер/доктор

Что позволяет скату выпускать электрические заряды, для чего они нужны и какой величины могут достигать. Рассказывает преподаватель биологии высшей категории Татьяна Юрьевна Вяльцева.

От природы электрическим скатам как придонным обитателям досталось весьма неважное зрение, которое они компенсируют другими способностями, в том числе электрорецепцией — умением улавливать электрические сигналы окружающего мира. Помимо дополнительного контакта с окружающей средой, электрорецепция нужна для охоты, обороны и коммуникации.

На дисках грудных плавников у скатов есть пара органов, которые генерируют электрический ток. Чтобы животное не било само себя, органы окружены изолирующей тканью с высоким удельным сопротивлением и контактируют только с внешней средой. Состоят они из электроцитов — уплощенных клеток, сформированных в столбики. К одной из сторон электроцита прикрепляется нерв; место их контакта называется синапсом.

Как и у любых других клеток, у электроцита есть мембрана — структура из белков и липидов, которая отделяет содержимое клетки от внешней среды. Она пронизана калиевыми и натриевыми канальцами. В состоянии покоя на мембране клетки (не только электроцита, но и некоторых других, например, мышечных) калиевые канальцы, которые пропускают только ионы калия, открыты. Благодаря этому на внешней стороне мембраны накапливается положительный заряд, а на внутренней — отрицательный. Когда к клетке по нерву приходит импульс, из нейрона выделяется биологически активное вещество — нейромедиатор ацетилхолин. Он взаимодействует с рецепторами на мембране, которые открывают другие канальцы — натриевые, и внутрь клетки проходят ионы натрия. В результате внешняя сторона мембраны приобретает отрицательный заряд, а внутренняя — положительный.

Таким образом, принцип работы каждого электроцита можно сравнить с работой батарейки. Много «батареек», сложенных в столбик, конечно же, дают более мощное суммарное напряжение.

Электроциты угря располагаются аналогичным образом. При разряде напряжение суммируется, достигая сотен вольт. Такое эффективное оружие занимает заметную часть тела, оттесняя внутренние органы ближе к передней части тела животного © polymus.ru Но если такой механизм с ионными канальцами есть не только у электроцитов, почему, скажем, током не бьемся мы? Секрет в строении «электрических клеток». Их особенность в том, что синапс формируется только с одной из сторон электроцита, и площадь самого контакта сравнительно большая. В результате заряд при возбуждении клетки меняется не везде, а только на одной стороне. А, например, у человека в мышечных клетках синапсы распределены хаотично, и площадь контакта при этом меньше.

Производятся электрические разряды сериями, продолжительность зависит от степени возбуждения. Величина разряда, к примеру, у ската вида Torpedo marmorata может достигать 220 вольт. Но, как правило, он все же меньше. Есть сведения, что древние греки даже использовали «несильно бьющихся» скатов как средство для уменьшения боли при родах или мигрени.

«Электротерапию» даже рекомендовал древнеримский врач Гален, который работал на гладиаторских боях.

Но все, конечно, хорошо в разумных пределах. Мощный электрический разряд крупного ската вполне способен, например, на какое-то время «отключить» дайвера во время погружения, что может закончится плохо. Так что не суйте пальцы ни в розетку, ни в ската!

Татьяна Юрьевна Вяльцева, преподаватель биологии высшей категории ГБОУ СОШ №1208 г. Москвы

Видео дня. Деменция: как правильно общаться с больными

Как скат вырабатывает ток?

Скат вырабатывает электричество с помощью своих электроорганов. Электроорганы(возникли как у пресноводных, так и у морских рыб), которые находятся внутри ската, являются своеобразными мини-генераторами.
 Электроорганы находятся в брюшной части и спинной и сравниваются
они с электрической или гальванической батарейкой. Эта мускулатура ничто иное, как изменённые жабры. Электроэнергия, выработанная с помощью мышечного
сокращения, суммируется для внешнего шока. Каждый орган состоит из большого количества электрических пластин, которые собраны в столбики.
Это видоизмененные мышечные, нервные и железистые клетки. Электроорганы рыбы иннервируются(т.е.связываются с ЦНС) специальными ветвями лицевого, языкоглоточного и
блуждающего нервов.

Сами скаты, и это весьма любопытно, не страдают от выпускаемого ими электрозаряда, т.к. их природа матушка одарила специальной «изоляцией».
Имея крайне слабое зрение, они компенсируют это другими чувствами, включая электрорецепцию(способность животных ощущать электрические
сигналы окружающей среды). Электрорецепция используется для поиска добычи,
биокоммуникации и ориентации, восприятия магнитного поля Земли.

Электрогенные свойства скатов известны с глубокой древности. Древние греки использовали их электрические разряды, чтобы заглушить боль во время родов и во время
операций.  У Meno есть описание, как Платон обвиняет Сократа в том, что он «оглушает» людей электричеством от торпеда рыб.
Древние римляне и греки считали, что эти лучи имеют терапевтическое значение.

В морской рыбе, эти батареи подключены в качестве параллельной цепи, а пресноводные рыбы, чьи батареи находятся в серии, передают разряды более высокого напряжения, т.к. пресная вода хуже проводит электричество, чем солёная морская вода.

Вот здесь можно почитать о том, как электрический угорь производит электричество и как это может пригодится ученым и разработчикам:
https://www.popmech.ru/technologies/8341-ugrevoe-elektrichestvo-kak-ryby/
Если вы захотите узнать больше, то погуглите следующие понятия: электрорецепция и биоэлектричество.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РЫБЫ | Наука и жизнь

Расскажите об электрических рыбах. Какой величины ток они вырабатывают?

Электрический сом.

Электрический угорь.

Электрический скат.

‹

›

В. Кумушкин (г. Петрозаводск).

Среди электрических рыб первенство принадлежит электрическому угрю, живущему в притоках Амазонки и других реках Южной Америки. Взрослые особи угря достигают двух с половиной метров. Электрические органы – преобразованные мышцы – располагаются у угря по бокам, простираясь вдоль позвоночника на 80 процентов всей длины рыбы. Это своеобразная батарея, плюс которой находится в передней части тела, а минус – в задней. Живая батарея вырабатывает напряжение около 350, а у самых крупных особей – до 650 вольт. При мгновенной силе тока до 1-2 ампер такой разряд способен свалить с ног человека. С помощью электрических разрядов угорь защищается от врагов и добывает себе пропитание.

В реках Экваториальной Африки обитает другая рыба – электрический сом. Размеры его поменьше – от 60 до 100 см. Специальные железы, вырабатывающие электричество, составляют около 25 процентов общего веса рыбы. Электрический ток достигает напряжения 360 вольт. Известны случаи электрического шока у людей, купавшихся в реке и нечаянно наступивших на такого сома. Если электрический сом попадается на удочку, то и рыболов может получить весьма ощутимый удар током, прошедшим по мокрым леске и удилищу к его руке.

Однако умело направленные электрические разряды можно использовать в лечебных целях. Известно, что электрический сом занимал почетное место в арсенале народной медицины у древних египтян.

Вырабатывать весьма значительную электрическую энергию способны и электрические скаты. Их насчитывается более 30 видов. Эти малоподвижные обитатели дна, размером от 15 до 180 см, распространены главным образом в прибрежной зоне тропических и субтропических вод всех океанов. Затаившись на дне, иногда наполовину погрузившись в песок или ил, они парализуют свою добычу (других рыб) разрядом тока, напряжение которого у разных видов скатов бывает от 8 до 220 вольт. Скат может нанести значительный удар током и человеку, случайно соприкоснувшемуся с ним.

Помимо электрических зарядов большой силы рыбы способны вырабатывать и низковольтный, слабый по силе ток. Благодаря ритмическим разрядам слабого тока с частотой от 1 до 2000 импульсов в секунду, они даже в мутной воде превосходно ориентируются и сигнализируют друг другу о возникающей опасности.

Таковы мормирусы и гимнархи, обитающие в мутных водах рек, озер и болот Африки.

Вообще же, как показали экспериментальные исследования, практически все рыбы, и морские, и пресноводные, способны излучать очень слабые электрические разряды, которые можно уловить лишь с помощью специальных приборов. Эти разряды играют важную роль в поведенческих реакциях рыб, особенно тех, которые постоянно держатся большими стаями.

Электрический скат – морская рыба, описание, характеристики

Электрический скат – это морская хрящевая рыба, отличительной чертой которой является наличие парных электрических органов. Отряд электрических скатов состоит из 4 семейств и более 60 видов.

 

к содержанию ↑

Электрический скат – характеристика и описание

Тело электрического ската имеет дискообразную форму с небольшим удлинением в виде хвоста, имеется хвостовой плавник и один-два верхних плавника. Размеры тела ската могут достигать 50 сантиметров. Однако существуют и крупные представители, максимальная длина тела которых достигает 1,2 метра, а вес составляет приблизительно 100 кг. Морская рыба скат может иметь различный окрас: от самого простого неброского цвета до ярких и пестрых рисунков и узоров. Глаза у электрического ската расположены сверху, такое анатомическое строение обуславливает достаточно слабое зрение у данного вида рыб. По бокам дискообразного тела находятся почкообразные органы, вырабатывающие электричество, они располагаются между головой и нагрудными плавниками. Электрические органы морских скатов предназначены для целей самообороны и ловли добычи. С помощью них скат выпускает пучкообразные электрические разряды мощность от 6 до 220 вольт. Таким образом рыба поражает добычу или противника и нападает на него.

к содержанию ↑

Где обитают скаты?

Места обитания скатов достаточно различны. Электрический скат живет на рифах, глиняных заливах, в районах песчаных пляжей. Иногда скат может обитать и в глубинах морей и океанов, максимальная глубина погружения ската составляет приблизительно 1000 метров. Найти данную рыбу можно только в водах умеренного и тропического климатических поясов.

 

Детеныши скатов с самого рождения несут электрический заряд. Взрослая самка электрического ската может дать жизнь 8-14 малышам.

Длина тела новорожденного ската ничтожно мала и составляет приблизительно 2 сантиметра.

Морская рыба скат помимо своей электрической способности обладает еще одним неоспоримым талантом. Данные рыбы являются прекрасными пловцами, что обусловлено приспособленной для этого формой тела. Округленные плавники позволяют скатам как бы парить в водной среде, при этом не тратя особых усилий на преодоление больших расстояний. Это помогает скатам в процессе поисков продуктов питания для себя и своих новорожденных малышей.

к содержанию ↑

Чем питается и как охотится электрический скат?

Питается электрический скат в основном рыбой и падалью. Меньшие по размеру представители скатов добывают мелкий морской планктон в виде мелких рыбешек, крабов, осьминогов. Более крупные виды питаются рыбой. К примеру, мойвой, кефалью, сардинами, лососем. Охотясь, электрический скат догоняет свою добычу и обнимает ее плавниками. На жертву пускается ряд электрических разрядов, вследствие которых она умирает.

к содержанию ↑

Разряд электрического ската

Разряд электрического ската для человека не так опасен, как для мелких рыб, но все же оказывает пагубное слияние на здоровье и жизнедеятельность человека. Мелкие разряды отразятся сильной болью, более сильные могут парализовать конечности тела, самые мощные разряды могут привести к летальному исходу. Для сохранения жизни и здоровья человеку рекомендуется избегать купания в тех местах, где обитает электрический скат, а также ни в коем случае не взаимодействовать с рыбой на суше и в водной среде.

Тем не менее, известно, что электрического ската в Древней Греции активно использовали как средство от боли, как болеутоляющее при операциях и родах. Электрического ската прикладывали к месту боли, с помощью электрического напряжения болезненные ощущения проходили. Такое использование морских электрических скатов обусловило появление современных электрических медицинских приборов.

Понравилась статья? Поделитесь с друзьями:

Электрический скат: настоящее чудо природы! – Статьи

Электроприборы прочно вошли в нашу жизнь. Чайники, компьютеры, фены, телевизоры – все эти устройства потребляют электричество. Но откуда оно берется, мы как-то не задумываемся. Наверное, есть где-то электростанция, откуда ток бежит по проводам. Но какая именно? Атомная станция? Гидроэлектростанция? Теплоэлектростанция? Все они были придуманы и выстроены благодаря человеческому гению. Сегодня поговорим о природной электростанции – электрических скатах. Попробуем понять, кто они такие и как «работают»!

Содержание скрыть

  «Высоковольтных» скатов насчитывается 3 семейства и более 40 видов. Зона обитания – теплые акватории всех океанов Земли. «Электрозатрещина» этих скатов, предназначенная врагу или жертве, такой силы, что моментально валит с ног даже «венец природы», то есть человека. Надо полагать, именно это обстоятельство и поражало (во всех смыслах слова) античных мыслителей. Известное всем слово «наркотик» произведено от древнегреческого имени электрического ската «нарке» (в дословном переводе – «поражать»). Античные медики лечили ревматиков и бесноватых, усаживая пациентов на ската.

Изначально «наркотизировать» означало «подвергнуть электрошоку». Точно таким же эпитетом награждалось мастерство оратора – воздавалась дань его дивному дару ввергать слушателей в благородное оцепенение. Приведем в пример Сократа, блистательные речи которого сравнивали с «поражающей» силой ската нарке.

Природные батареи электрического ската залегают в его теле, занимая треть всей длины, между основаниями грудных плавников, и все вместе составляют от 1/6 до ¼ веса электрической рыбы. Если снять с ее спины кожу, видно, как на каждой стороне тела сотообразно размещаются 400-600 вертикальных шестигранных колонок, сложенных минимум из 40 дисков. Между дисками (элементами батареи) – студенистые прокладки (изоляторы). Нервы, как провода, соединяют с головным мозгом тысячи электроэлементов (на спинной стороне у них анод, на брюшной – катод). Мощность электрических органов доходит до 2-6 кВт, а напряжение от 19-80 вольт у одних скатов и до 200-300 у других.

Если к самому мощному из таких скатов параллельно подключить около ста обычных электроламп, они вспыхнут все разом! И вспыхивать будут около трех секунд, постепенно затухая. Разряд длится сотые доли секунды, один за другим следуют 2-10 и больше импульсов: каждый длится 0,003-0,005 секунды. Скат разряжает свои батареи серией таких залпов, до ста импульсов и больше. Емкость его электрических органов невелика, и они сравнительно быстро «садятся».

Можно попытаться рассчитать силу тока, который поразит человека, если он «накоротко» замкнет контакты  живой батареи, взяв одной рукой ската за спину, а другой за брюхо. Из школьного курса физики нам известно, что сопротивление человеческого тела составляет плюс-минус килоом. Конечно, в зависимости от психического и физического состояния оно разное, но в среднем именно так.

В этом случае, по закону Ома, скат, обладающий самой мощной электросилой, «пронзит» человека током в 300 миллиампер (при условии, что ороговевший верхний слой кожи на кончиках пальцев стерт или поврежден, например, «размяк» от нахождения в морской воде). Согласно руководствам по технике безопасности, ток в 50 миллиампер для человека опасен, в 100 – и вовсе смертелен.

Вот что представляют из себя природные электростанции – электрические скаты. Безусловно, не хотелось бы встретиться с ними один на один… Но значит ли сказанное, что очная «дуэль» человека и ската завершится безоговорочной победой последнего? Об этом вы узнаете из следующей статьи!

По материалам: Perigoso se elétricas arraias? Источник: expertoanimal. com. Фото: top–desktop.ru (из открытых источников).

Мнение редакции может не совпадать с мнением автора.

Анекдот №917631 Мне всегда было интересно как назывался электрический скат…

Cynic ★★• 16.11.17 17:05

дайте поворчать 😉

Повылазили тут эрудиты всякие! Мне бы больше понравилось “песец-рыба”. Или “шерстьэбонит-рыба” 😉

Cynic ★★➦BillyBons• 17.11.17 00:49

А разве “бля-рыба” – это не про “стерлядь”? Которая смесь стервы и б…ди? Или там было про смесь воблы и стерляди?

oio• 16.11.17 15:40

Электрических скатов назвали “Нарки” (онемение от удара током)
К слову в греческом “нарки” [ Ναρκη ] это МИНА (пехотная, противотанковая). Быть может потому-что и тот и этот закапываются в грунт в ожидании жертвы.

НинаБ• 16.11.17 14:10

Скат назывался торпедо. Не от слова торпеда – по-латыни это слово означает “оглушаю”, “парализую”. Скат-глушитель, а по-латыни торпедо.

Справедливый ★• 16.11.17 10:12

— оно появилось задолго до ската

а вот это действительно интересно. скат то точно “появился”.
а было ли “электричество” “всегда” ?

Справедливый ★• 16.11.17 09:55

Так же как ныне называется муливистонизная калибара – просто калибара, т.к. муливистониз еще не открыт.

Leshi ★★➦Справедливый• 16.11.17 10:26

Научное название отряда лат. Torpediniformes происходит от слова лат. torpedo «электрический скат» (< torpere «быть в оцепенении»), которым древние римляне называли рыб, обладающих способностью генерировать электричество.

Только не понятно откуда римляне знали про электричество…))

drrddr➦Leshi• 16.11.17 13:02

Как все – вилку в розетку в детстве, и познал – электричество. А как бы они без него торпеду соорудили?

theABC➦Leshi• 16.11.17 13:04

Только не понятно откуда римляне знали про научные названия?

Pirosmani➦theABC• 16.11.17 13:09

Могу предположить, что молнии они наблюдали и в свои древнеримские времена, назвали как-то словом, которые звучит в русском как электричество, а уже это слово стали употреблять далее в более научном значении.

hitech➦Leshi• 29.11.19 20:26

Так они про электричество не знали. А рыбу назвали в честь футбольного клуба 🙂

«Искра жизни». Главы из книги

Введение

О теле электрическом я пою

Так звездочет вдруг видит, изумлен,
В кругу светил нежданный метеор;
Вот так Кортес, догадкой потрясен,
Вперял в безмерность океана взор,
Когда, преодолев Дарьенский склон,
Необозримый встретил он простор.

Джон Китс. Сонет, написанный после прочтения чапменовского Гомера

Когда Джеймсу было всего несколько месяцев от роду, у него неожиданно обнаружился диабет, причем в такой форме, что потребовалась госпитализация. Перед ним маячила перспектива колоть инсулин на протяжении всей жизни. К тому же в процессе лечения выяснилось, что он развивается медленнее других детей. К пяти годам Джеймс только начал ходить, у него были проблемы с речью и случались приступы детских капризов, характерные для двухлетнего возраста. Жизнь обеспокоенных его судьбой родителей была не сладкой.

Как оказалось, Джеймс страдал очень редкой формой диабета , вызванной генетическим дефектом (мутацией) в белке, известном, как АТФ-зависимый калиевый канал, который играет важную роль в секреции инсулина и функционировании мозга. Чаще всего мутации АТФ-зависимых калиевых каналов вызывают только диабет, однако примерно в 20% случаев, как и в случае с Джеймсом, они влекут за собой целый букет неврологических расстройств, включая задержку развития, гиперактивность, поведенческие расстройства и мышечную дисфункцию. Все связано с тем, что АТФ-зависимые калиевые каналы влияют на электрическую активность клеток, вырабатывающих инсулин, а также клеток мышечной ткани и мозга. Наши с Джеймсом истории переплелись, поскольку именно изучение АТФ-зависимых калиевых каналов — дело моей жизни — позволило ему отказаться от ежедневных инъекций инсулина и перейти на прием нескольких таблеток.

Диабет возникает тогда, когда бета-клетки поджелудочной железы не удовлетворяют потребности организма в инсулине и уровень сахара в крови повышается. Еще в 1984 г. я обнаружила в мембране, окружающей бета-клетку, АТФ-зависимые калиевые каналы, которые регулируют электрическую активность клетки и, таким образом, выделение инсулина. Каналы функционируют как крошечные молекулярные поры, открывающиеся и закрывающиеся в ответ на изменения содержания сахара в крови. Когда поры закрыты, секреция инсулина стимулируется, а когда открыты — ингибируется.

Я очень ясно помню тот день, когда произошло открытие. Как это часто бывает, озарение пришло поздно вечером. У меня были предположения, что введение глюкозы в раствор для культивирования бета-клеток должно привести к закрытию каналов. Однако, когда так и произошло, я решила, что это — техническая ошибка. Уверенность была настолько сильной, что я чуть не прекратила эксперимент. Все же, чтобы лишний раз убедиться в своей неправоте, мне захотелось посмотреть на эффект удаления сахара. Я рассудила, если глюкоза действительно регулирует активность каналов, то ее удаление должно привести к их открытию. Ну а в случае простой технической ошибки они так и останутся закрытыми. Через несколько томительных минут ожидания каналы открылись. Я была на седьмом небе. Я танцевала на улице, прыгала от радости, а звезды рассыпались вокруг меня разноцветными огнями. Воспоминание об этом моменте до сих пор будоражит кровь и заставляет улыбаться. Ничто — ничто на свете — не может сравниться с радостью открытия, с осознанием того, что ты первый на планете, кто увидел нечто новое и понял, что оно означает. Такое не часто выпадает на долю ученого, возможно, раз в жизни, и обычно требует многих лет упорного труда. Но восхитительное чувство открытия воистину волшебно, это событие переворачивает жизнь и держит тебя в седле даже в трудные времена. Оно превращает науку в захватывающее приключение.

Тем вечером я чувствовала себя подобно отважному Кортесу, который безмолвно стоял на горном пике в провинции Дарьен, но видела не Тихий океан вдали, а перспективы, нарисованные воображением. Я совершенно ясно видела, куда мне надо двигаться, какие эксперименты нужно провести и что должно получиться. Наутро, как водится, уверенность испарилась, и чудесный результат стал казаться простой ошибкой. Найти истину можно было только одним путем — снова, снова и снова повторять эксперимент, иными словами, вернуться к повседневной рутине научных исследований, очень далекой от восторга открытия.

Даже в те далекие годы все понимали, если каналы не будут закрываться при повышении уровня глюкозы в крови, то результатом станет прекращение секреции инсулина и диабет. Чтобы доказать это, нам нужно было найти изменения в структуре ДНК, которая отвечает за синтез АТФ-зависимого калиевого канала у людей, больных диабетом. Для идентификации нужной последовательности ДНК потребовались 10 лет и усилия множества людей по всему миру, но когда мы наконец попытались определить мутации, то так ничего и не нашли.

Мутации все же были обнаружены, но еще 10 лет спустя, и сделал это мой друг Эндрю Хаттерсли. Эндрю — удивительный человек. Высокий, худощавый, рыжеволосый, с проницательным складом ума и отзывчивым характером, это и замечательный врач, и блестящий ученый. Он не только догадался, что мутации, за которыми мы охотимся, вероятнее всего, встречаются у родившихся с диабетом (а не у тех, кто приобрел его позднее), но и инициировал глобальный поиск таких людей. Когда в 2003 г. Эндрю со своей коллегой Анной Глойн идентифицировал первую мутацию, он позвонил мне и предложил работать вместе. Этот звонок я никогда не забуду.

В процессе совместной работы мы показали, что мутации АТФ- зависимых калиевых каналов вызывают диабет потому, что держат канал в открытом состоянии, блокируют электрическую активность и секрецию инсулина. Но главное, оказалось, что дефектные каналы закрываются под действием препаратов из группы производных сульфонилмочевины, которые эффективно применяются уже более полувека для лечения диабета 2-го типа (диабет зрелого возраста) и которые, как было известно, закрывают нормальные АТФ-зависимые калиевые каналы.

В прошлом пациентам с врожденным диабетом назначали инъекции инсулина, поскольку по симптоматике их заболевание походило на необычно раннюю форму диабета 1-го типа (ювенильный диабет). При этом заболевании бета-клетки разрушаются самим организмом, и впрыскивание инсулина на протяжении всей жизни просто необходимо. В результате лечение Джеймса и других, подобных ему больных, начиналось не с лекарств, а сразу с инсулина. Наше исследование говорило о том, что таким больным можно назначать таблетки сульфонилмочевины. К всеобщему восхищению, новое средство не только работало, но и действовало намного лучше инсулина. Более 90% страдающих неонатальным сахарным диабетом смогли перейти на новый метод лечения.

Редко какому исследователю выпадает счастье увидеть, как результаты его работы становятся клинической практикой, и еще реже удается встретиться с людьми, жизнь которых они изменили. Мне в этом смысле очень повезло. Словами невозможно выразить чувства и переживания, возникающие при встрече с детьми и семьями, которым помогла твоя работа. Ну вот, например, миловидная девочка-подросток говорит: «Благодаря вам я могу носить платье». «Почему?» — не понимаю я. «Теперь, — отвечает она, — мне не нужен ремень на поясе юбки или брюк, чтобы крепить к нему дозатор инсулина». Дозатор инсулина, быстро соображаю я, это страшно неудобная штука. С ним не поплаваешь и не поныряешь в удовольствие в теплом море — каждый раз его приходится снимать, а потом подсоединять. А потом, он безнадежно портит фигуру, если надеть что-нибудь обтягивающее. Таблетки устраняют эту проблему и позволяют отказаться от болезненных инъекций. Но у этого метода есть и более серьезные преимущества. По невыясненным пока причинам (мы, конечно, занимаемся этим вопросом) сульфонилмочевина дает намного более устойчивый уровень глюкозы в крови, чем инсулин. Сильные колебания концентрации сахара в крови уходят в прошлое, и гипогликемические приступы становятся значительно более редким явлением (а в некоторых случаях практически исчезают). К тому же понижается средний уровень сахара в крови, а вместе с ним и риск диабетических осложнений (почечная недостаточность, сердечная недостаточность, слепота и ампутация конечностей).

Страдающие неонатальным диабетом и их семьи восприняли новый метод лечения как чудо. Однако ничего сверхъестественного в нем не было — только чистая наука. Это понимание того, как ионные каналы регулируют электрическую активность бета-клеток поджелудочной железы и, таким образом, секрецию инсулина, позволило больным отказаться от инъекций и дозаторов инсулина и перейти на прием таблеток. Лишь более ясное представление о механике электрической активности нервных и мышечных клеток дало возможность найти более действенные методы борьбы с их неврологическими проблемами.

Все знают, что электричество приводит в действие машины, гораздо менее известно, что это же самое можно сказать о нас самих. Ваша способность читать и понимать написанное, видеть и слышать, думать и говорить, шевелить руками и ногами и даже осознавать собственное «Я» обусловлена электрическими явлениями, происходящими в нервных клетках мозга и в клетках мышечной ткани конечностей. Электрическая активность в клетках инициируется и регулируется ионными каналами. Эти малоизвестные, но критически важные белковые образования есть в каждой клетке нашего тела и в каждой клетке всех организмов на Земле. Они регулируют наши жизненные процессы с момента зачатия и до последнего вздоха. Ионные каналы являются в подлинном смысле «искрой жизни», поскольку от них зависят все без исключения аспекты нашего поведения. Активность ионных каналов лежит в основе всего — от движения хвостика сперматозоида до сексуального влечения, биения сердца, желания съесть еще одну конфетку и ощущения солнечного тепла кожей. Учитывая их вездесущесть и функциональную важность, стоит ли удивляться тому, что действие массы медицинских препаратов нацелено на регулирование активности этих крошечных молекулярных механизмов, а нарушение функционирования ионных каналов становится причиной многих болезней человека и животных. Свиньи, которых тремор приводит к гибели, козы, столбенеющие и теряющие равновесие при испуге, люди, страдающие фиброзно-кистозной дегенерацией, эпилепсией, нарушением сердечного ритма и (как и я) мигренью, — все они жертвы дисфункции каналов.

В Музее современного искусства в Париже есть необычный памятник ученым и естествоиспытателям, внесшим вклад в открытие электричества. Гигантское панно «Фея электричества» высотой 10 м и длиной 60 м было написано по заказу Парижской электрической компании для украшения французского павильона на Всемирной выставке 1937 г. в Париже. Эта работа принадлежит кисти французского художника, представителя фовизма Рауля Дюфи, который больше известен своими удивительно яркими изображениями кораблей. Для ее завершения художнику с двумя помощниками потребовалось четыре месяца. Фея электричества парит в небесах в левом углу картины над самыми известными творениями человечества, среди которых Эйфелева башня, Биг-Бен и собор Святого Петра в Риме. За нею следуют почти 110 человек, так или иначе приложивших руку к освоению электричества, — от древних греков до наших времен. По мере смены эпох на панно сельские пейзажи уступают место паровозам, доменным печам, прочим прелестям промышленной революции и, наконец, гигантским мачтам линий электропередачи, несущих энергию планете.

Величественная картина Дюфи прославляет ученых и инженеров, определивших облик нашего сегодняшнего мира, — Ампера, Архимеда, Ома, Фарадея, Франклина, Эдисона и других. Однако существует еще плеяда менее известных ученых, последователей Гальвани, открывателя «животного электричества». Им мы обязаны существованием лекарств и технологий, которые ныне воспринимаются в больницах как нечто само собой разумеющееся, а также знаний о том, как наш организм функционирует. Именно им посвящается эта книга. В ней раскрывается процесс развития наших представлений о животном электричестве и их связь с углубляющимся пониманием природы самого электричества, объясняется происхождение электричества в организме и излагаются драматические, захватывающие, а иногда трагические истории о том, что случается, когда разлаживаются тонкие механизмы. Что происходит во время сердечного приступа? Можно ли действительно умереть от страха? Почему некоторые не могут остановиться, когда едят бананы? Что в действительности делает ботокс? Почему электрический угорь может ударить током? Как летучие мыши-вампиры отыскивают свои жертвы? Можно ли утверждать, что один человек воспринимает красный цвет точно так же, как и другой?

Настоящая книга дает ответы на эти и другие вопросы. Она объясняет, как работают ионные каналы и как они дают начало электрической активности нервной и мышечной ткани. Из нее вы узнаете, что ионные каналы являются нашими окнами в мир и что все наши чувственные восприятия — от наслаждения квартетом Моцарта до определения точки, где теннисный мяч коснется земли, — зависят от их способности преобразовывать информацию от органов чувств в электрические сигналы, которые могут интерпретироваться мозгом. В ней мы рассмотрим, что происходит, когда человек засыпает или теряет сознание, и обсудим, как более глубокое понимание электрической активности мозга сказывается на объяснении связи между интеллектом и мозгом.

По существу в книге написана почти детективная история об особой разновидности белковой материи — ионном канале, — которая переносит нас из античной Греции на передний край современных исследований. Во многом это рассказ о сегодняшнем дне. Хотя о воздействии статического электричества и молнии на живой организм известно уже не первый век, лишь в последние десятилетия ученые смогли открыть ионные каналы, разгадать их функции и впервые увидеть прекрасную, тонкую и невероятно сложную структуру. Книга, помимо прочего, панегирик тем уникальным белкам, которые захватили мое воображение еще в молодости и не отпускают меня до сих пор. Это всепоглощающая страсть моей жизни. Выражаясь высоким слогом Уолта Уитмена, «о теле электрическом я пою».

Глава 6. Электрические рыбы

Кто не слыхал о страшной способности ската и той энергии, что принесла ему мрачную славу?
Клавдиан. Малые стихотворения (XLIX (XLVI))

Способность электрического ската поражать свои жертвы ударом тока известна со времен античности. Она даже упоминается в диалогах Платона, где Менон, ошеломленный аргументами Сократа, сравнивает философа с рыбой. Он говорит следующее: «А если я осмеливаюсь пошутить, ты становишься, на мой взгляд, и внешне, и в других отношениях, очень похожим на плоскую морскую рыбу, ската. Она ошеломляет тех, кто подходит и дотрагивается до нее, подобно тому, как ты ошеломил меня. Мой разум и мой язык парализованы, и я не знаю, как ответить тебе». В других классических произведениях встречаются упоминания о том, как у рыбаков отнимались руки, когда им случалось загарпунить ската или поймать его сетью. Именно за способность парализовать эта рыба получила свое научное название Torpedo — на латыни слово torpere означает «оцепенеть», а от греческого названия рыбы — нарке — происходит наше слово «наркотик». Классических писателей озадачивало то, что ошеломляющий удар от рыбы можно было получить на расстоянии, для этого необязательно до нее дотрагиваться.

Научное изучение электрических рыб началось в 1700-х гг. после рассказов возвратившихся из Африки путешественников об «оглушающей рыбе», при прикосновении к которой человека начинает трясти. Речь шла об африканском электрическом соме Malapterurus electricus. Французский натуралист Мишель Адансон, увидевший эту рыбу во время поездки по Сенегалу, первым провел аналогию между ощущениями при прикосновении к сому с реакцией на разряд лейденской банки и сделал вывод, что рыба тоже может генерировать электричество.

Электрический сом был хорошо известен в Древнем Египте. Его можно увидеть на многих рисунках и фресках из гробниц, в частности на барельефе с изображением сцены рыбной ловли из гробницы Ти в Саккаре, который датируется 2750 г. до н. э. Мумифицированного сома находят в пирамидах фараонов. Он играет важную роль в мифе об Осирисе. В изложении Плутарха Осирис был предательски убит своим братом Сетом, а его тело было разорвано на 14 частей. Убитая горем жена Осириса отыскала все части тела своего мужа, кроме пениса, который был брошен в Нил и съеден сомом и двумя другими рыбами. Возможно, поэтому древние египтяне не употребляли сома в пищу.

Как ни странно, но исламские авторы считали сома приворотным средством, а жители Северной Африки — афродизиаком, несмотря на то, что первые миссионеры описывали его как «создание, которое ни один человек не мог взять в руки, пока оно было живым, ибо руки пронзала такая боль, словно все суставы раздирались на части». Это было неудивительно, поскольку напряжение электрического разряда, который генерировал сом, достигало 350 В.

Самый сильный разряд генерирует южноамериканский электрический угорь Electrophorus electricus. Несмотря на общепринятое название, Electrophorus относится не к угрям, а является представителем семейства нотоптеровых — он просто похож на угря. Первое его описание дали миссионеры-иезуиты еще в XVI в., назвав индийским скатом. Однако лишь в XVIII в. люди начали заниматься выяснением природы оружия этой рыбы и пришли к выводу, что парализующий эффект должен быть результатом электрического разряда. Хотя в конечном итоге угрей стали привозить в США и в Лондон, мало кто мог позволить себе роскошь экспериментировать с ними при цене 50 гиней за штуку, что было очень значительной суммой в те дни. К тому же угри находились не в лучшей форме после длительного путешествия. Намного более привлекательной для отважных молодых людей казалась поездка поближе к угрям, на их родину. Одним из таких ученых-экспериментаторов был Александр фон Гумбольдт.

Сногсшибательно!

Движимый жаждой приключений и желанием «забыть о повседневной скуке в удивительном мире», 29-летний фон Гумбольдт отправился в 1799 г. в Южную Америку навстречу научным открытиям. Его рассказ об экспедиции, написанный по возвращении пять лет спустя, быстро превратился в бестселлер. Он стал источником вдохновения для молодого Чарльза Дарвина, по словам которого, этот отчет «зажег в нем страстное желание внести хоть какой-нибудь вклад в возведение величественного здания Естествознания».

Фон Гумбольдт был превосходным экспериментатором и живо интересовался опытами Гальвани с лягушками (отчеты о которых были опубликованы несколькими годами ранее). Ему очень хотелось добраться до электрических угрей, водившихся в притоках реки Ориноко. Это, однако, оказалось нелегким делом, поскольку страх получить электрический удар оказался настолько сильным, что местные индейцы не желали ловить угрей. Они не скупились на обещания, но угри от этого не появлялись. Деньги не играли никакой роли — они мало интересовали местные племена. Не выдержав, фон Гумбольдт собрался было ловить угрей самостоятельно, но тут местные проводники сжалились над ним и предложили помочь в «рыбной ловле с помощью лошадей». Фон Гумбольдт написал, что «представить такой способ рыбной ловли было крайне трудно, но скоро наши проводники возвратились из саванны со стадом диких лошадей и мулов. Лошадей было порядка трех десятков, и их загнали в воду».

Он живо описывает последовавшую свалку. «Невероятный шум от топота копыт заставлял рыбу выскакивать из ила и атаковать. Эти серовато-синие с желтым угри, похожие на огромных водяных змей, поднимались к поверхности и норовили проплыть под брюхом лошади». Лошади, конечно, пытались убежать, но индейцы не давали им сделать этого, они пронзительно кричали и загоняли животных обратно в реку с помощью заостренных палок. Сражение было жарким. «Угри, ошеломленные шумом, защищались, используя свое электрическое оружие. В какой-то момент казалось, что они могут победить. Несколько лошадей упали, получив удар током в наиболее чувствительные органы, и скрылись под водой. Остальные тяжело дышали, их гривы стояли дыбом, глаза налились кровью. Они боролись и старались избежать грозы, разразившейся в воде». Некоторым из них наконец удалось выбраться на берег, где они падали без сил на песок, очумев от ударов током.

Через несколько минут накал битвы спал, и все кончилось. Обессиленные угри подплывали к берегу и становились легкой добычей индейцев, которые били их острогами, привязанными к длинным веревкам. Большинство лошадей остались живы. По признанию фон Гумбольдта, погибшие вряд ли были убиты током — оглушенные они просто попадали под копыта других лошадей и тонули. Такой оригинальный метод ловли был успешным потому, что, подобно электрической батарее, угри быстро теряли заряд и их оружие переставало действовать. Пока заряд восстанавливался, угри были безопасными и становились легкой добычей.

Интерес фон Гумбольдта к электрическим угрям был не только научным. По его словам, их мясо отличалось неплохим вкусом, хотя значительную часть тела составлял электрический орган, «который было неприятно» есть.

Шокирующее использование мышечной энергии

Электрический угорь может генерировать сильный разряд напряжением более 500 В и током один ампер, т. е. мощностью 500 Вт. Этого достаточно для питания нескольких ламп, что и было продемонстрировано в одном из японских океанариумов, где электрического угря подключили к гирлянде рождественской елки. Этого также достаточно, чтобы оглушить или даже убить человека или крупное животное. Во времена фон Гумбольдта при пересечении одной из рек вброд погибало столько мулов, что пришлось изменить маршрут. Еще в середине XX в. пастухи теряли (или думали, что теряют) столько скота в результате нападения угрей, что им приходилось устраивать специальные ловушки, в которых угрей, после того как они растратят свою энергию, забивали мачете с изолированными рукоятками.

Физиологический эффект разряда электрического угря ничем не отличается от поражения обычным электрическим током такой же силы. Он может приводить к непроизвольному сокращению мышц, к параличу дыхательных мышц, к сердечной недостаточности и даже к смерти — иногда от прямого воздействия тока, но чаще в результате того, что оглушенная жертва тонет. Удар током бывает к тому же очень болезненным. Фон Гумбольдт однажды случайно наступил на крупного угря в возбужденном состоянии, только что вытащенного из воды и еще не успевшего потерять свой заряд. По его словам, боль и онемение были чрезвычайно сильными. Он целый день жаловался на то, что у него «сильно болели колени и все остальные суставы» и судорожно сокращались жилы и мышцы (отсюда происходит испанское название этой рыбы tembladores — сотрясения). Неудивительно, что индейцы боялись угря.

У электрических угрей нет зубов, и им приходится заглатывать добычу целиком. Сделать это намного труднее, когда она извивается, и, быть может, именно поэтому угри оглушают свою добычу электрическим разрядом. Большую часть времени они проводят зарывшись в донный ил, но раз в несколько минут им приходится подниматься к поверхности, чтобы подышать, поскольку основную часть кислорода они получают из воздуха. Из-за этого угри не погибают после извлечения из воды, их легко изучать. Я очень хорошо помню мое давнее посещение лаборатории, где работали с электрическими угрями. Перед входом в помещение мне предложили надеть резиновые перчатки, которые доходили до подмышек, на тот случай, если рыба выпрыгнет из аквариума и я ненароком дотронусь до нее. Это производило неизгладимое впечатление.

Electrophorus имеет удлиненное, цилиндрическое, змеевидное тело с темно-серой спиной и желтоватым брюхом. Длина его может быть просто огромной. Крупные экземпляры весят более 20 кг, достигают двух с половиной метров в длину, а их толщина сравнима с толщиной бедра взрослого мужчины. Жизненно важные органы находятся спереди и занимают всего пятую часть тела, остальное, если не считать спинного хребта и плавательных мышц, это силовой агрегат. Главные электрические органы расположены с двух сторон по бокам угря. Каждый из них состоит из тысяч модифицированных мышечных клеток, так называемых электрических пластинок, которые утратили способность сокращаться и превратились в генераторы электрического заряда. Эти очень тонкие, пластинчатые клетки наложены одна на другую и образуют высокие столбики наподобие гигантских стопок монет. Каждый столбик содержит от 5000 до 10 000 клеток. С каждого бока угря располагается примерно по 70 столбиков. Такие столбики электрических пластинок очень напоминают вольтов столб — примитивную гальваническую батарею, устройство которой мы рассмотрели в главе 1, — этот факт отмечал сам Вольта.

Щелчок выключателем

Поверхности клетки, образующей электрическую пластинку, сильно отличаются друг от друга. Одна из сторон — гладкая и пересечена вдоль и поперек множеством нервных окончаний, другая имеет глубокие впадины и лишена нервов. В состоянии покоя между двумя поверхностями клетки разность потенциалов отсутствует, и электрический ток не генерируется. Когда рыба хочет оглушить добычу, она генерирует импульс в нерве электрического органа. Это приводит к появлению электрического импульса в пластинке — фактически мышечного потенциала действия, который распространяется только по возбужденной стороне. В результате возникает разность потенциалов между двумя сторонами клетки, достигающая 150 мВ. Поскольку это происходит одновременно во всех электрических пластинках и так как пластинки соединены друг с другом последовательно, напряжения суммируются, доходя до 500 В и более (примерно в четыре раза выше, чем в бытовой электросети в США, и в два раза выше, чем в европейских странах). Тысячи мышечных потенциалов действия, генерируемых одновременно, рождают электрический разряд.

По существу, каждая электрическая пластинка действует как миниатюрная живая батарея, у которой стимулируемая сторона (обращенная к хвосту) имеет отрицательный заряд, а противоположная (обращенная к голове) — положительный. Эти крошечные батареи объединены «голова к хвосту» в длинные столбики. Простой аналогией такого соединения является электрический фонарик, в цилиндрической рукоятке которого находится столбик из батареек, соединенных «голова к хвосту» (положительный полюс к отрицательному).

Напряжения этих батареек складываются и в сумме дают уровень, необходимый для питания фонаря. Таким же образом крошечные разности потенциалов, генерируемые отдельными электрическими пластинками при возбуждении, складываются и дают очень высокое напряжение. Чем больше клеток в столбике, тем сильнее удар током. Молодые угри, у которых меньше электрических клеток в столбике, все равно могут сильно ударить током, но этот удар намного слабее, чем у взрослых особей. Удар током непродолжителен по времени, поскольку электрический импульс на возбужденной стороне пластинки пропадает в течение пары миллисекунд. Однако угорь генерирует не отдельный электрический удар, а их поток, выдавая быструю очередь импульсов — до 400 в секунду.

Хотя разность потенциалов между концами столбика значительна, ток, текущий от конца столбика к окружающей воде, относительно невелик. И это хорошо, иначе клетки угря просто изжарились бы. Однако токи параллельных столбиков суммируются, и совокупный ток достигает значительной величины — порядка одного ампера. Пространство между электрическими пластинками заполнено студенистым веществом с высокой электропроводностью, которое, наверное, и показалось фон Гумбольдту неприятным на вкус. Это вещество выполняет очень важную функцию — оно обеспечивает свободное течение тока от одной пластинки в столбике к другой и от конца столбика к окружающей воде. Не менее важно и то, что каждый столбик хорошо изолирован по всей длине, иначе ток тек бы не вдоль столбика, а поперек него в окружающие ткани угря.

Понятно, что электрические пластинки должны быть как можно тоньше, поскольку чем больше клеток в столбике, тем выше генерируемое напряжение и тем сильнее электрический удар. В то же время чем тоньше клетка, тем быстрее она наполняется ионами натрия, поступающими во время электрического импульса. Это создает проблемы, поскольку снижает градиент концентрации, заставляющий ионы натрия поступать в клетку. Это означает, что при поступлении цепочки импульсов сила электрического импульса, генерируемого каждой клеткой, постепенно снижается. Как следствие, мощность электрического разряда и частота, с которой он может генерироваться, постепенно уменьшаются и, в конце концов, падают до нуля. Электрический орган разряжается — точно так же, как и перегруженная батарея. Именно этот эффект использовали индейцы при рыбной ловле своим оригинальным методом. Подзарядка электрического органа требует времени и осуществляется с помощью молекулярных насосов, которые выкачивают все ионы натрия, попавшие в клетку, и восстанавливают градиент концентрации натрия, дающий энергию электрическому импульсу.

Раз, и готово!

Электрический скат Torpedo имеет почти такую же, как и у электрического угря, систему генерирования электрического разряда. Отличия связаны с тем, что он является морской рыбой, а не речной. В пресной воде мало растворенных солей, способных передавать электричество, поэтому ток распространяется не слишком далеко, и угорь должен подобраться довольно близко к жертве, чтобы оглушить ее. В результате угрю нужно значительно более высокое напряжение, чтобы преодолеть сопротивление воды. Морская вода намного лучше проводит электрический ток, чем пресная, из-за более высокого содержания солей, поэтому ток не так быстро затухает с расстоянием. Скат идеально приспособился к морской среде — он генерирует более значительный ток при более низком напряжении, чем Electrophorus.

Два больших, имеющих форму почки электрических органа ската расположены по бокам у его головы. В каждом из них 500–1000 плотно размещенных столбиков примерно из 1000 электрических пластинок. Имея меньше пластинок в столбиках, скат не может генерировать такое же высокое напряжение, как и угорь. Максимальное напряжение разряда составляет около 50 В, примерно в 10 раз меньше, чем у угря. Вместе с тем его ток больше из-за значительно большего числа столбиков — скат способен генерировать ток силой до 50 А и развивать пиковую мощность разряда более одного киловатта. Причиной того, что скат генерирует более высокий ток при более низком напряжении, является более высокая электропроводность среды, в которой он живет. Особенностями морской жизни объясняется и то, почему его электрические органы короткие и широкие, в отличие от угря, у которого они длинные и тонкие. Просто для того, чтобы получить высокий ток при низком напряжении, требуется множество коротких столбиков.

Столбики электрических пластинок расположены вертикально между верхней и нижней поверхностями крыльев ската. При разряде ток распределяется в окружающей среде так, что его сила максимальна непосредственно над электрическим органом или под ним. Скат использует это явление во время охоты. Он неподвижно лежит на дне до тех пор, пока какая-нибудь рыба не подплывет достаточно близко, а потом резко всплывает, испуская серию оглушающих электрических разрядов и занимая такое положение, в котором жертва получает наиболее сильный удар. После этого скат набрасывается на обездвиженную добычу, охватывает ее крыльями и заталкивает в рот.

Как и у электрического угря нервные окончания расположены только на нижней поверхности пластинок ската. На этой модифицированной мышечной мембране находится так много ацетилхолиновых рецепторов, что они образуют полукристаллическую решетку. По существу это один гигантский синапс. Возбуждение нерва, управляющего электрическим органом, приводит к выбросу нейромедиатора — ацетилхолина (см. главу 4), который открывает ацетилхолиновые рецепторы в нижней мембране электрической пластинки и создает разность потенциалов порядка 100 мВ между двумя сторонами клетки. Это заметно меньше, чем в пластинках электрического угря. Однако главной причиной, по которой скат генерирует более низкое напряжение, является меньшее число клеток в столбике. Генерирование электрического разряда требует много энергии, поэтому разряд не может быть продолжительным. Как и электрический угорь, скат испускает серию импульсов (около 100 в секунду), а каждый разряд длится всего несколько миллисекунд.

Почему скат не поражает током себя?

Почему электрический скат (да и электрический угорь тоже) не оглушает током себя, остается загадкой, которая полностью не разгадана до сих пор. Ток течет от одного конца столбика электрических пластинок к другому, а затем через ткани и кожу в воду. Из-за того, что электрические органы находятся в крыльях, ток не проходит напрямую через сердце и мозг ската. Кроме того, ток, текущий через любую часть тела рыбы, невелик, поскольку каждый столбик электрических пластинок вносит очень небольшой вклад. Жертва тем не менее получает сильный удар в силу того, что слабые токи отдельных столбиков суммируются и в воде возникает намного более значительный ток. Считается, что прослойки жира в коже действуют подобно изоляторам и защищают рыбу от поражения током самой себя. Если кожу оцарапать или повредить (что снижает эффективность этой изоляции), то электрический скат начинает вздрагивать при использовании своего электрического оружия, иными словами, он начинает чувствовать удар током. Конечно, чтобы ток выходил в воду, кожа над электрическими органами не должна быть слишком хорошо изолированной, и действительно, как показывают замеры, кожа сверху и снизу электрических органов ската имеет более высокую электропроводность, чем кожа на других участках тела.

Нападение акул

В сентябре 1985 г. телекоммуникационная компания AT&T проложила подводный волоконно-оптический кабель между островами Гран Канариа и Тенерифе Канарского архипелага. А всего месяц спустя связь была нарушена — кабель замкнуло в 10 км от Тенерифе на глубине 1000 метров. Перед AT&T встала трудоемкая, сложная и дорогостоящая задача поднять кабель и заменить поврежденный участок. Загадочным образом аналогичные повреждения кабеля возникали дважды на следующий год и потом в апреле 1987 г. При тщательном обследовании поврежденных участков на них были обнаружены следы акульих зубов, т.е. кабель перекусывали акулы. Главной подозреваемой стала ложнопесчаная акула Pseudocarcharias kamoharai, у которой были очень мощные челюсти.

Пытаясь понять, что происходит, AT&T занялась рыбной ловлей. Были выловлены и исследованы сотни акул. В одном из экстравагантных экспериментов акуле даже попытались скормить кусок кабеля. «Кабель пришелся акуле не слишком по вкусу, когда его пытались запихнуть в пасть», — отрапортовал сотрудник AT&T Барретт в своем отчете.

Волоконно-оптические кабели укладываются вместе с подводными промежуточными станциями, которые усиливают оптические сигналы. Для питания этих усилителей требуется высокое напряжение, которое подается по медной оплетке, окружающей пучок оптических волокон. Было похоже, что акула прокусывала изоляцию и открывала доступ морской воды к медной оплетке. Это приводило к короткому замыканию системы электропитания и прерывало связь.

Дистанционно управляемые аппараты уже проводили съемку того, как акулы перекусывают электрические кабели. В одном сюжете акула даже возвращается, чтобы еще раз укусить кабель, который не удалось перекусить с первого раза. Проблема в случае волоконно-оптических кабелей заключалась в том, что они намного тоньше старомодных медных кабелей (зачастую не толще садового шланга диаметром примерно 2,5 см) и, таким образом, более уязвимы для зубов акулы. Кроме того, акуле вовсе не нужно перерезать кабель, чтобы нанести серьезное повреждение, — достаточен резкий изгиб. В конце концов AT&T решила «проблему челюстей», обернув кабель двумя слоями стальной ленты и заключив его в толстую полиуретановую оболочку. Выяснилось также, что акулы обычно не охотятся на глубине более 2000 метров, поэтому дополнительная защита от нападений акул не требуется на глубоководных участках.

Способность чувствовать электричество

Но зачем акулы нападают на кабель? Вокруг высоковольтного кабеля существует электрическое и магнитное поле. Считается, что акул привлекает электрическое поле кабеля, поскольку они могут реагировать на ничтожные электрические поля, возникающие в результате мышечной активности других организмов, и, таким образом, обнаруживать добычу, даже если она хорошо замаскирована. Отсутствие запахов не мешает акуле отыскивать закопавшуюся в песок камбалу. Она также реагирует на искусственное электрическое поле, величина которого аналогична тому полю, что возникает при дыхательных движениях камбалы, и «нападает». Достаточным оказывается ток силой всего лишь четыре микроампера, поэтому неудивительно, что акулы чувствуют слабые сигналы, исходящие от подводных кабелей.

Все организмы генерируют ничтожные токи, когда возникают импульсы в нервах или сокращаются мышцы. Неподвижность не спасает — сокращения дыхательных мышц и биение сердца все равно вас выдадут. Когда вы читаете эти слова, мышцы вашего тела создают фон из потрескивающих электрических разрядов. Рыбы, живущие в море, очень хорошо чувствуют эти рассеянные токи. Из-за низкого сопротивления воды (благодаря высокой концентрации растворенных в ней солей) ток распространяется намного дальше: некоторые рыбы способны чувствовать электрические поля напряженностью всего 0,01 мкВ/см (одна десятитысячная часть напряженности, создаваемого батарейкой АА). Неподвижный человек, погруженный в морскую воду по шею, создает электрическое поле напряженностью порядка 0,02 мкВ/см на расстоянии одного метра от тела. Этого более чем достаточно для акулы, чтобы учуять вас.

Электрическое поле могут чувствовать не только акулы, но и многие другие рыбы, включая сомов, скатов, миног, двоякодышащих и кистеперых рыб. Есть основания полагать, что некоторые из них способны даже реагировать на изменение земного электрического поля, предшествующее землетрясению. Возможно, с этим связана японская легенда о том, что землетрясения вызывает гигантский сом, намадзу. Эту рыбу можно встретить в многочисленных прекрасных гравюрах в стиле укиё-э и в более прозаичных современных японских приборах раннего предупреждения о землетрясениях.

«Восприимчивость к электрическому полю» развилась по той причине, что органы чувств, воспринимающие электрические токи, позволяют дифференцировать различные виды рыб. Клетки-электрорецепторы, дающие акулам и скатам возможность исключительно тонко чувствовать электрические поля, расположены в особых органах чувств, известных как ампулы Лоренцини. Они сконцентрированы на голове акулы в области носа и рта. До сих пор непонятно, как этим клеткам удается достичь такой невероятной чувствительности. В отличие от акул, у костистых рыб в электрорецепторы превратились рецепторы боковой линии, которые чувствительны к движению. Когда вы в следующий раз приготовите целую рыбу на обед, повнимательнее посмотрите на ее бока. Вы увидите тонкую линию, которая тянется по центру бока от головы до хвоста. Это и есть «боковая линия». У большинства рыб органы чувств, являющиеся частью боковой линии, реагируют на изменения давления воды. Однако у некоторых видов рыб рецепторы боковой линии превратились в орган, реагирующий на электрическое поле.

Охота в потемках

Некоторые земноводные, например аксолотль и гигантская саламандра, а также примитивные яйцекладущие млекопитающие (однопроходные яйцекладущие) вроде утконоса тоже обладают чувствительностью к электрическому полю. Все они не случайно живут в водной среде, поскольку для восприятия электрического поля необходима проводящая среда.

Утконос — самое необычное млекопитающее, обитающее в ручьях и реках Австралии. Оно покрыто мехом, имеет перепончатые лапы, у него есть шпоры, наполненные ядом, на задних лапах, гибкий кожистый нос по форме напоминающий утиный, и, наконец, оно откладывает яйца. Утконос, помимо прочего, очень тонко чувствует электрические поля, что позволяет ему находить добычу в мутных потоках ночью, хотя при нырянии он и закрывает глаза, уши и ноздри. На коже его носа находится большое количество чувствительных к электричеству клеток, порядка 40 000, вытянутых длинными рядами от основания до кончика носа. Такая электрорецепторная система обладает острой направленностью — во время охоты утконос водит головой из стороны в сторону. Возможно, это помогает ему отыскивать добычу, сравнивая сигналы от электрорецепторов на левой и на правой сторонах клюва, подобно тому, как вы поворачиваете голову из стороны в сторону, чтобы определить, откуда слышен звук. Удивительно то, что утконос может также определять расстояние до добычи. Сделать это ему помогает одновременное использование электрических и механических органов чувств — интервал между поступлением электрических сигналов и изменениями давления в воде, возникающими при движении добычи, позволяет оценивать расстояние.

Западная, или австралийская, ехидна — сухопутное яйцекладущее млекопитающее, имеет похожую, но менее сложную электрочувствительную систему. Это животное напоминает ежа с длинным носом, с помощью которого оно отыскивает во влажной опавшей листве дождевых червей и других беспозвоночных. Электрорецепторы у ехидны сосредоточены на коже, покрывающей кончик носа, они помогают ей отыскивать добычу. Тупорылая ехидна, имеющая намного меньше электрорецепторов, питается муравьями. Считается, что она может пользоваться своим электрочувствительным органом только после дождя, когда кормится особенно активно.

Электрорецепторы однопроходных яйцекладущих совершенно не похожи на электрорецепторы рыб и, по всей видимости, сформировались из слизистых желез. Это не случайно для животных, которые непостоянно живут в воде, поскольку обеспечивает поддержание чувствительных клеток во влажном состоянии и повышает их способность реагировать на электрический сигнал. Электродетекторами служат оголенные нервные окончания — специализированный орган чувств отсутствует. Хотя порог чувствительности отдельного окончания нервного волокна составляет лишь 1–2 мВ/см, утконос может обнаруживать поле, напряженность которого почти стократно меньше. Удивительная чувствительность утконоса, возможно, связана с его способностью интегрировать информацию от многих тысяч рецепторов, что кардинально увеличивает способность реагировать на сигнал.

Гвианский дельфин обитает в прибрежных водах и дельтах рек северо-восточного побережья Южной Америки, где взвешенные породы и отложения могут замутнять воду. Он использует электрорецепторы, расположенные во впадинах «носа», для обнаружения слабых электрических полей небольших рыб. По всей видимости, электросенсорные способности служат дополнительным средством обнаружения добычи в непосредственной близости.

Поиск пути

Электрический разряд, генерируемый угрем, не давал покоя Чарльзу Дарвину, который не мог объяснить, из чего эволюционировал электрический орган, поскольку не было никаких промежуточных органов для защиты или нападения, а существовал лишь полностью сформировавшийся орган. Дарвин не понимал, какое преимущество может давать животному способность генерировать электрический разряд. Однако, как нам сейчас известно, слабый электрический разряд имеет очень большое значение.

Рыбы, генерирующие слабые электрические импульсы, силой всего несколько вольт, были обнаружены в конце XIX и в начале XX в. Они обладают сложной электросенсорной системой, в которой генерирование слабых электрических разрядов сочетается с электрорецепцией. Система служит для обнаружения как хищников, так и добычи и просто бесценна для ориентирования в темноте, где зрение бесполезно. Пассивная электрорецепция, как у акул, подобна слуху — это просто обнаружение электрического поля в окружающей среде. Активная электрорецепция больше походит на радиолокатор — рыба генерирует электрическое поле и обнаруживает объекты по искажениям этого поля.

Решающие эксперименты, показавшие функцию этих слабых электрических разрядов, провели Ганс Лиссманн и Кен Мэчин в 1950-х гг. Лиссманна заинтриговал тот факт, что представитель нотоптеровых гимнарх (Gymnarchus) нередко плавает задом наперед и при этом ни на что не наталкивается, умеет обходить препятствия и способен обнаруживать добычу на некотором расстоянии, несмотря на очень низкую видимость. По одной из историй, возможно, вымышленной, на способность гимнарха реагировать на электрическое поле обратили внимание, когда какая-то студентка стала причесываться около аквариума, и это испугало рыбу. Эта история вполне может быть мифом, но Лиссманн сообщал в своем отчете, что такой эффект наблюдался, когда он причесывался (наверное, возникающий во время причесывания электростатический заряд пугал рыбу). Установив электроды в аквариуме, Лиссманн обнаружил, что рыба генерирует непрерывный поток электрических импульсов и что она очень чутко реагирует на любые изменения создаваемого ею электрического поля. Его записи завершаются нотой отчаяния: «К сожалению, в процессе исследований мой гимнарх погиб, и, как оказалось, ему очень трудно найти замену… Я был бы очень признателен любому, кто сообщит мне, где можно добыть такую рыбу».

По всей видимости, Лиссманну так никто и не ответил, поскольку он вскоре после этого, в 1951 г., сам отправился в Африку, чтобы найти объект исследования. Его целью была река Черная Вольта на севере Ганы. В сезон дождей вода в этой реке становится чрезвычайно мутной из-за высокого содержания взвешенных частиц. В такой воде трудно не только рыбе разглядеть добычу, но исследователю увидеть рыбу. Присутствие рыбы обнаруживали с помощью двух электродов, которые опускали в воду с берега (или с лодки) на длинном шесте и подключали к усилителю, преобразовывавшему электрический сигнал в звуковой. Это позволяло «слышать» электрическую рыбу, и Лиссманн обычно регистрировал характерный ровный шум с частотой около 300 циклов в секунду. В результате он поймал-таки нескольких рыб, три из которых ему удалось доставить в целости и сохранности в Кембридж и продолжить исследования.

Лиссманн и Мэчин вознамерились проверить идею о том, что гимнарх обнаруживает объекты в воде по их искажающему воздействию на электрическое поле, генерируемое самой рыбой. Они использовали пористые керамические горшки с разной электропроводностью: одни из них наполнялись дистиллированной водой и имели низкую электропроводность, другие — концентрированным раствором соли для получения более высокой электропроводности, чем могла ожидать рыба. Как оказалось, гимнарх легко различал горшки с разной электропроводностью.

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. 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.

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.

Способность отличать собственные электрические сигналы от сигналов других обитателей вод жизненно важна для рыбы. Рыбы с волновыми сигналами добиваются этого, испуская сигналы с постоянной частотой. У каждой особи своя частота, точно так же, как и у радиостанций, вещающих на разных частотах. Вместе с тем, поскольку частотный диапазон ограничен, время от времени встречаются особи с одинаковой частотой. Это может создавать проблемы, поскольку не ясно, какой сигнал кому принадлежит, что очень похоже на две радиопрограммы, передаваемые на одной и той же частоте. По сути рыбы глушат свои сигналы, мешая друг другу ориентироваться. Когда такое происходит, рыбы изменяют свои частоты и, таким образом, сохраняют индивидуальность в коммуникационном диапазоне.

В мире, однако, далеко не всегда царят благоденствие и всеобщее согласие. В сражении подавление сигнала противника может дезориентировать его и дать вам преимущество. Именно такую тактику применяют самцы и самки спинопера глазчатого, когда дело доходит до борьбы с соперником. Обычно при встрече с другой рыбой они изменяют свою частоту во избежание наложения, но во время столкновения с соперником намеренно глушат его сигнал, стараясь добиться господства. В иерархии спиноперов глазчатых более крупные и доминирующие самцы испускают сигнал с более высокой частотой и агрессивно повышают его при встрече с потенциальным соперником. Это может привести к войне частот, где каждая из рыб пытается подавить электрический сигнал другой и дезориентировать ее.

Самец рыбы-слона во время ухаживания тоже использует электрические сигналы, но уже для того, чтобы привлечь самку. Разные виды рыб генерируют импульсы разной амплитуды, разной продолжительности и разной частоты, а самки настраиваются на сигналы самцов своего вида. У некоторых видов существуют сложные электрические ритуалы ухаживания, подобные пению птиц в период ухаживания. Самцы ночных гимнотообразных рыб, например, исполняют в честь своих потенциальных подруг целые электрические серенады, а нерест сопровождается электрической феерией. Этот концерт обходится очень дорого — практически 20% энергии, потребляемой рыбой, идет на электрическое представление. Такое действо позволяет самым сильным самцам заявить о себе, а самкам выбрать наилучшего партнера. Вместе с тем у подобной стратегии есть и негативная сторона. Электрические сигналы воспринимаются также некоторыми хищниками, так что поголовье самцов быстро уменьшается и мало кто из них доживает до конца брачного периода. Чтобы избежать массового истребления, самцы испускают высокочастотные сигналы только ночью, когда самки более восприимчивы и готовы к нересту, и переходят на низкочастотные песни днем. Стратегии ухаживания у самцов электрических рыб, похоже, не менее сложны, чем у их аналогов из рода человеческого.

---

Это известное стихотворение Уолта Уитмена из сборника «Листья травы» (1855), послужившее также названием для рассказа Рэя Брэдбери, нескольких фильмов и музыкальных альбомов. — Прим. науч. ред.

Перевод С. Сухарева.

Американский поэт, публицист (1819–1892). — Прим. пер.

Сократ сухо отвечает, что он действительно походил бы на ската, если бы ошеломлял других, но причина смятения Менона вовсе не в этом, а в том, что он запутался сам.

Такой была цена в Северной Каролине, США. В Великобритании угри, без сомнения, стоили бы еще дороже. Гинея составляет 21 шиллинг, т. е. один фунт и 10 пенсов в современных денежных единицах.

Мощность в ваттах равна напряжению в вольтах, умноженному на ток в амперах.

Сила тока, проходящего через тело электрического ската или угря, не может быть меньше, чем сила тока, проходящего через тело жертвы, по законам электротехники. Но у электрических рыб ток проходит в основном через электрические органы, а у жертвы — через жизненно важные органы, чувствительные к поражению током. Спрятав уязвимые органы в изолирующую оболочку, рыба защищает их от собственных электрических импульсов. — Прим. науч. ред.

Ампула Лоренцини представляет собой небольшую капсулу, которая связана с отверстием на поверхности кожи через заполненный желеобразным веществом электропроводный канал. Рецепторные клетки находятся на стенке ампулы. Они реагируют на разность потенциалов между горловиной канала (которая соприкасается с морской водой) и внутренней полостью. Разность потенциала генерирует электрические импульсы в нервных волокнах, которые связаны с ампулой. Стоит перерезать нервы, идущие к ампуле, и акула теряет способность реагировать на слабые электрические поля. Это убедительно доказывает, что ампулы Лоренцини служат органом электрорецепции.

Области одинакового потенциала называются эквипотенциальными поверхностями, они перпендикулярны силовым линиям поля. Силовые линии характеризуются тем, что направление касательной в любой их точке совпадает с направлением поля. Напряженность поля тем выше, чем гуще силовые линии. В воде ток течет вдоль силовых линий электрического поля. — Прим. науч. ред.

Как акулы и скаты используют электричество для поиска спрятанной добычи?

Большинство животных не способны обнаруживать электрические поля. Но акулы, скаты, скаты и рыбы-пилы – члены группы под названием Elasmobranchii – мастера обнаружения электрических сигналов. Это одна из их определяющих черт. У эластожаберцев есть специализированные органы, называемые ампуллами Лоренцини. Эти крошечные структуры позволяют им сосредоточиться на слабых биоэлектрических полях, создаваемых ближайшей добычей.

Какие крошечные поры у вас

Электросенсорные органы Elasmobranch названы в честь итальянского врача 17 века Стефано Лоренцини, который впервые идентифицировал их при рассечении электрического луча.Лоренцини заметил десятки крошечных пор вокруг рта животного. Каждая из пор вела к заполненным желе каналам, которые заканчивались карманами, которые он назвал ампулами – латинским словом, обозначающим тип круглодонной колбы.

Электрические поля проходят через каналы лучей в их ампулы. Крошечные волоски считывают сигналы и отправляют сообщение в мозг через сеть нервов. (Kia Simon / KQED Science)

«Мы обнаружили, что у акул есть чувство электричества, только в 1966 году. Это не было даже 50 лет назад, – говорит Каджиура.«Это совершенно новый смысл, который был обнаружен. Это было бы похоже на то, как будто мы впервые открыли для себя видение всего 50 лет назад ».

Что такое слабые биоэлектрические поля?

Животные излучают низкочастотные электрические поля в результате процесса, известного как осморегуляция. Этот процесс позволяет концентрации ионов (заряженных атомов или молекул) перемещаться между внутренней частью нашего тела и внешней стороной. Чтобы наши клетки оставались нетронутыми, поток ионов должен быть сбалансирован.

Но сбалансированность не обязательно означает равенство.Концентрация ионов в теле креветки намного ниже, чем в морской воде, в которой она плавает. Затем можно измерить их напряжение или разность потенциалов, возникающую между двумя концентрациями на «протекающих» поверхностях.

Сохранившийся экземпляр атлантического ската Dasyatis sabina. Луч окрашивается, чтобы показать его электросенсорные органы. (Стивен Каджиура / Атлантический университет Флориды)

«Через панцирь креветки он не сильно протекает, это хорошая водонепроницаемая изоляция», – объясняет Каджиура.«Но в таких местах, как рот или жабры, где есть эта мягкая ткань, очень мало между… внутренней частью тела и морской водой. У вас есть потенциал, чтобы проникающие ионы проходили через нее».

Репеллент от акул

Кадзиура считает, что в долгосрочной перспективе можно будет использовать преимущества электрического разума для разработки репеллентов. Это потенциально может отпугнуть акул от популярных мест для серфинга и коммерческих рыболовных лески.

Это было бы хорошо для акул, потому что они часто попадают в прилов и убиваются ярусным рыбаком, который ищет тунца или рыбу-меч.

Между тем, говорит Каджиура, общая тема электрорецепции широко открыта для открытий.

«Это совершенно новый смысл. Совершенно новый способ сбора информации об окружающей среде », – говорит он. «И над всей этой сенсорной системой проделано так мало работы, что я думаю, что мы можем сделать так много интересных вещей. То, о чем мы еще даже не знаем. Я думаю, что вещи, о которых мы даже не догадывались, широко распространены “.

скатов | National Geographic

Скаты обычно обитают в мелководных прибрежных водах морей умеренного пояса. Они проводят большую часть своего времени в бездействии, частично закопаны в песок, часто перемещаясь только с волной.

Окраска ската обычно отражает оттенок морского дна, маскируя его от хищных акул и более крупных скатов. Их уплощенные тела состоят из грудных плавников, соединенных с головой и туловищем, а позади них тянется печально известный хвост.

В то время как глаза ската выглядывают со спины, его рот, ноздри и жаберные щели расположены на его нижней части живота.Поэтому ученые не считают, что его глаза играют значительную роль в охоте. Как и его родственники-акулы, скат оснащен электрическими датчиками, называемыми ампулами Лоренцини. Расположенные вокруг рта ската, эти органы воспринимают естественные электрические заряды потенциальной жертвы. У многих скатов есть челюстные зубы, чтобы они могли сокрушать моллюсков, таких как моллюски, устрицы и мидии.

Когда они склонны двигаться, большинство скатов плавают, волнообразно покачиваясь, как волна; другие машут боками, как крыльями. Хвост также можно использовать для маневра в воде, но его основная цель – защита.

Хребет ската может иметь зловещую форму с зазубренными краями и острым концом. Нижняя сторона может выделять яд, который может быть смертельным для человека и который может оставаться смертельным даже после смерти ската. В греческой мифологии Одиссей, великий царь Итаки, был убит, когда его сын Телегон ударил его копьем с острием ската.

СМОТРЕТЬ: Новое открытие – посмотрите, как едят скаты

Возможно, вы слышали, что способность пережевывать пищу отличает млекопитающих от других животных. Но новые кадры показывают, что скаты – по крайней мере, глазчатые речные скаты – тоже жуют пищу. Посмотрите, как один скат поедает личинок стрекозы.

Продолжить чтение

Что такое скаты? | Живая наука

Скаты – рыба, которую легко узнать, с их блинными телами, грациозно скользящими по воде.Около 200 видов скатов населяют мировые океаны, а также некоторые пресноводные реки и озера. Скаты во всем мире сталкиваются с угрозами для их дальнейшего выживания.

Что такое скаты?

Подобно акулам, скаты принадлежат к классу животных, называемых пластиножаберными, для которых характерен бескостный скелет, сделанный из хряща – того же полугибкого белка, который придает форму человеческим ушам. Плоское тело ската позволяет ему сидеть на дне океана, реки или озера, маскируя себя для хищников, плавающих над ними, когда он охотится на свою добычу на полу.Его глаза находятся на верхней части тела, а рот – внизу. У скатов есть хвосты с зазубринами , заполненными токсинами, . Если скат чувствует угрозу, он может поднять свой зазубренный хвост и ранить потенциальных хищников.

Связано: Странное плавание скатов может вдохновить на новый дизайн подводной лодки

Большинство скатов живут в прибрежных морских средах, а не в открытом океане, сказал Стивен Каджиура, профессор биологии Атлантического университета Флориды. Однако есть один вид ската, который обитает в водах открытого океана, под названием пелагический скат ( Pteroplatytrygon violacea ), сказал он.

По данным National Geographic, скаты различаются по размеру от маленьких, как обеденная тарелка, до 16,5 футов (5 метров) в длину, включая хвост. Самый крупный вид – гигантский пресноводный скат (Himantura chaophraya), обитающий в реках Юго-Восточной Азии. Известно, что некоторые экземпляры пресноводных скатов весят до 1300 фунтов (590 кг).

Связано: Гигантский скат может быть самой крупной пресноводной рыбой в мире

Большинство видов скатов имеют тусклые цвета, которые помогают с маскировкой, хотя у некоторых есть более яркие цвета, такие как скат с синими пятнами (Taeniura lymma), – сказал Каджиура.

Скаты – это то же самое, что скаты манты или скаты-орлы?

Скаты, манты и орлиные скаты все родственны и принадлежат к одному отряду, Myliobatiformes, но все они принадлежат к разным семействам и отличаются друг от друга по-разному.

Например, по данным Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), пасть скатов манта расположена на передней части их тел, а не на дне. Кроме того, скаты-манты не являются охотниками, как скаты, а являются фильтраторами, плавающими с открытым ртом, чтобы отсеивать мелких животных, живущих в толще воды, сказал Каджиура. У скатов манты также есть два небольших отростка, которые выступают по обе стороны от их рта, называемые головными плавниками, согласно NOAA, которых нет у скатов.И хотя существует более 200 видов скатов, существует всего 2 вида скатов-мантов.

Связанный: Редкий розовый скат-манта, пойманный ухаживать за подругой внизу под

Орлиный скат, такой как пятнистый орлиный скат ( Aetobatus narinari ), имеет угловатые крылья и отчетливую морду, как у скатов манта и По данным Флоридского музея , у скатов нет. У орлиных скатов также есть округлые брюшные плавники возле хвоста, а сам хвост намного длиннее, чем у ската или манты. По данным Музея Флориды, иногда орлиные скаты путешествуют стаями и полностью выпрыгивают из воды, чтобы избежать хищников.

Манты относятся к скатам, но относятся к отдельному семейству. Легкий способ отличить скатов от скатов – это то, что у скатов есть два маленьких плавника по обе стороны от рта, а у скатов нет плавников вокруг рта. (Это манты.) (Изображение предоставлено Shutterstock)

Что едят скаты?

По данным SeaWorld Orlando , скаты поедают добычу, живущую на дне, такую ​​как черви, моллюски и креветки.Пресноводные скаты также питаются насекомыми.

Когда эти существа (и любые другие) движутся по воде, они генерируют биоэлектрическое поле или своего рода электрическую сигнатуру, сказал Кайл Ньютон, биолог из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, штат Миссури. Скаты способны обнаруживать биоэлектрические поля окружающих их животных, используя сеть специальных органов чувств, называемых ампулами Лоренцини. Эти органы представляют собой небольшие заполненные жидкостью электрические рецепторы, которые расположены возле рта ската и выглядят как крошечные черные дыры в коже животного, согласно National Geographic . У всех акул и скатов есть ампулы Лоренцини, а у некоторых других видов рыб также есть уникальные органы, включая двоякодышащих и осетровых рыб.

Связано: Умные каракатицы «замораживают» биоэлектрические поля, чтобы избежать хищников

После того, как они обнаружили и захватили свою добычу с помощью своих ампул Лоренцини, скаты используют свои твердые зубы, чтобы разбить панцири их жертвы, и могут даже пережевывать пищу, а не проглатывать ее.По словам Каджиура, скаты прорезывают много зубов, теряя полный набор каждые 10–30 дней.

В большинстве случаев скаты имеют округлые плоские коренные зубы, но во время брачного сезона зубы самца ската становятся заостренными, хотя и не такими заостренными (или такими большими), как зубы акулы. По словам Каджиура, скат “- единственное зарегистрированное нами позвоночное животное, у которого есть сезонные изменения формы зубов”. Самец ската использует свои более острые зубы, чтобы обезопасить себя от партнера во время размножения, так как скаты довольно скользкие. У самок часто остаются шрамы от спаривания. Однако, по крайней мере, у одного вида скатов кожа самки на 50% толще, чем у самцов, что обеспечивает ей некоторую защиту от острых зубов самца, сказал Каджиура.

Связанный: Этот скат жует пищу

У скатов есть сеть крошечных органов чувств, называемых ампулами Лоренцини, окружающих их рты. Эти органы позволяют скату обнаруживать биоэлектрические поля, создаваемые другими животными в воде.(Изображение предоставлено Shutterstock)

Когда скаты спариваются?

Сезон спаривания длится несколько месяцев (количество месяцев зависит от вида ската), и зубы, которые растут после этого, приобретают обычную плоскую форму у самцов.

Самки скатов часто имеют длительный период беременности, от 6 месяцев до 2 лет, сказал Ньютон. По данным National Geographic Kids , они, как правило, рожают раз в год от двух до шести живых детенышей.

Новорожденные скаты «представляют собой полнофункциональные миниатюры взрослых», – сказал Ньютон. Детские скаты часто достаточно малы, чтобы поместиться на ладони человека, и иногда выглядят «приземистыми» и «пухлыми», – сказал он.

Продолжительность жизни скатов сильно различается в зависимости от вида, сказал Кадзиура. Многие живут намного короче, ближе к 6-8 годам. Некоторые более крупные пресноводные виды, такие как гигантские пресноводные скаты Юго-Восточной Азии, могут жить 25 лет или дольше, но ученые не знают наверняка, сказал он. В целом, ученые больше всего знакомы с жизненным циклом коммерчески важных рыб, но, поскольку скаты не подвергаются интенсивному промыслу, продолжительность жизни многих видов остается неизвестной, сказал он.

Опасны ли скаты?

В 2006 году австралийский телеведущий Стив Ирвин умер, когда зазубренный хвост ската пронзил его сердце. Ирвин, широко известный своим популярным шоу «Охотник на крокодилов», снимался для другого шоу, названного «Самый смертоносный в Океане», когда он подплыл слишком близко к скату.

Связано: Стингрей убивает «Охотника на крокодилов» Стива Ирвина

Однако смерть от скатов случается редко, согласно Национальной медицинской библиотеке США . Яд ската обычно смертельно опасен только тогда, когда его шип пронзает уязвимую часть тела, как это случилось с Ирвином. Эти области включают шею, живот или грудь. В противном случае контакт с шипом ската в любом другом месте тела вызывает боль, похожую на укус медузы, и тысячи людей во всем мире ежегодно переживают укусы ската, согласно NPR .

У скатов на хвосте зазубрины, которые выделяют вредный яд при контакте с другими животными.Укус шипа ската похож на укус медузы и редко вызывает серьезные травмы или смерть у людей. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Скаты могут обнаруживать магнитные поля

Ученые считают, что помимо способности ощущать биоэлектрические поля окружающих их животных, скаты и другие эластожаберные жабры способны определять полярность магнитного поля Земли , сказал Ньютон. Эта способность называется магниторецепцией.

Лосось может быть самым известным этим.По словам Каджиура, в клетки мигрирующих рыб встроены кристаллы железа, или других магнитных металлов, которые, по мнению ученых, помогают им перемещаться к ручьям, в которых они родились, чтобы нереститься. Но исследователям еще предстоит найти подобные кристаллические структуры у скатов и других эластожаберных жабер.

Некоторые ученые подозревают, что скаты могут использовать свои ампулы Лоренцини не только для охоты на добычу, но и для определения силы и угла магнитного поля Земли и ориентации электрических токов, генерируемых объектами в воде.Затем скат мог использовать эту информацию для навигации в открытом океане, как и другие животные со способностями магнитовосприятия.

В своем исследовании, опубликованном в 2020 году в журнале Marine Biology , Ньютон и Каджиура описали, как пойманные в дикой природе желтые скаты ( Urobatis jamaicensis ) использовали магниторецепцию, чтобы перемещаться по простому лабиринту для получения награды за еду. По словам исследователей, другие эластожаберы могут аналогичным образом обнаруживать магнитные поля.

Связано: Что, если магнитное поле Земли исчезнет?

Магниторецепционные способности ската потенциально могут вызвать проблемы для животных, поскольку технологии морской энергетики, такие как энергия ветра и волн, становятся все более популярными, сказал Каджиура. Это связано с тем, что для этих технологий требуется сеть кабелей для транспортировки электроэнергии от места, где она вырабатывается, к местам, где люди живут на суше, и электрический ток, генерируемый этими кабелями, может помешать способности ската точно обнаруживать свое окружение. По словам Ньютона, это может нарушить режим питания и миграции ската или заставить скатов вообще избегать определенных районов. Альтернативы, такие как закапывание кабелей в морское дно, вероятно, будут непомерно дорогими.Но до сих пор неясно, как на каждый вид ската в данном районе повлияет наличие кабелей, сказал он.

Находятся ли скаты под угрозой исчезновения?

Хотя долгосрочное воздействие морских технологий на скатов еще предстоит увидеть, рыбы уже сталкиваются с множеством других угроз их выживанию. Исследование, опубликованное Международным союзом охраны природы (IUCN) в 2014 году, показало, что одна четверть скатов и акул на планете находится под угрозой исчезновения, причем исчезновению грозит больше скатов, чем акул.

Согласно исследованию, основной риск связан с переловом рыбы. Коммерческие скаты редко становятся объектом промысла, но их ловят в качестве прилова рыбаки, которые используют большие траловые сети для ловли рыбы в океане от поверхности до дна.

По теме: Что, если бы не было акул?

Некоторые виды скатов также сталкиваются с чрезмерным промыслом для аквариумной торговли, сказал Ньютон. По словам Ньютона, хотя некоторые виды рыб легко выращивать в неволе, длительный период созревания скатов означает, что многие продавцы предпочитают вылавливать их прямо из океана для продажи.

Пресноводные скаты могут быть уязвимы для загрязнения от человека, в то время как морские виды, такие как желтый скат, также страдают от потери среды обитания из-за освоения прибрежных районов, согласно исследованию Save Our Seas Foundation .

Во Флориде некоторые виды скатов предпочитают использовать мангровые леса – прибрежные деревья, корни которых погружены в морскую воду – в качестве места для родов из-за защиты, которую молодые деревья и их корни обеспечивают, – сказал Ньютон. Но Флорида потеряла большую часть своей первоначальной среды обитания мангровых зарослей, в результате чего молодые люди остались без достаточного укрытия и уязвимы для хищников.

Дополнительные ресурсы:

Поведение и биология ската – лаборатория акул

Кто такие скаты?

Скаты являются частью уникальной группы рыб, известных как «батоиды», и тесно связаны с акулами.

Тело ската состоит из хрящей, как тело акулы, поэтому иногда их называют «плоскими акулами»!

Для получения дополнительной информации посетите Хондрихтианское Древо Жизни.

Большинство батоидов проводят время, отдыхая на морском дне, располагая ртом и жабрами на дне, а глазами и дыхальцами (трубкой, открывающейся для дыхания) на макушке головы. Дыхальца позволяют им втягивать чистую воду через жабры, чтобы они могли дышать, лежа на дне.

Большинство скатов добывают на морском дне моллюсков, морских червей, креветок, равноногих моллюсков, крабов и мелкую рыбу.

Одной из ключевых особенностей скатов является характерный для них хвостовой «шип, шип, или жало», который расположен на хвосте и используется для защиты.Зубец представляет собой видоизмененный дермальный зубчик, который у многих видов сезонно опадает.

Колючка ската покрыта тонким внешним слоем кожи и слизи. В этом внешнем слое кожи есть специализированные клетки, которые позволяют передавать яд потенциальному хищнику при ударе.

Укус ската может вызвать сильную боль и пульсацию – даже самые стойкие серфингисты доводятся до слез из-за укуса ската.

Как избежать укуса ската

Многие скаты зарываются в песок, чтобы спрятаться от потенциальных хищников, пока они отдыхают или переваривают пищу.

Видимость воды летом на большинстве пляжей южной Калифорнии низкая, что затрудняет обнаружение скатов, спрятанных в песке. Попробуйте найти ската, когда он выглядит вот так!

Чтобы не быть случайно укушенным скатом, шаркайте ногами по песку, чтобы предупредить закопанного ската о приближении и дать ему возможность ускользнуть (Lowe et al. 2007).

Посетители пляжа должны следить за всеми предупреждениями и информацией, которые обычно встречаются у входа на пляж.Спасатель также может предоставить дополнительную информацию о текущих условиях и дикой природе, за которой стоит следить на своем пляже, если вы спросите!

Большинство травм ската получают днем.

Большинство травм, связанных со скатами, происходит во второй половине дня, особенно когда прилив ниже и вода теплее. Скорее всего, это связано с тем, что именно тогда пляж пользуется наибольшим количеством людей.

Чаще всего скат может укусить вас на ногах.Когда скат защищается, он хлестает хвостом из стороны в сторону в действии, которое называется «прыгать».

Если вас ужалил скат, немедленно сообщите спасателю!

Горячая вода (не обжигающая) снимает боль от ската, расщепляя токсин. Это может занять больше часа, так что наберитесь терпения. Кроме того, помните, что травма ската вызывает порез, поэтому не забудьте продезинфицировать его после замачивания и следить за тем, чтобы не заразиться в дальнейшем.

Нравится то, что вы видите? Продолжайте прокручивать, чтобы узнать больше о скатах!

---

Скат круглый (Urobatis halleri)

Лаборатория акул CSULB провела несколько исследований определенного вида скатов, известного как круглый скат (Urobatis halleri), самого многочисленного вида скатов в Южной Калифорнии!

Королевство	Животные
Тип	Хордовые
Класс	Хондрихтиес
Заказать	Myliobatiformes
Семья	Urotrygonidae
Род	Уробатис
Виды	Halleri

• Медленнорастущие виды летучих мышей
• Достигает половой зрелости примерно в 4 года
• Дожить до 14+ лет
• Самки рождают в пометах от 1 до 6 детенышей и имеют один из самых коротких периодов беременности среди всех пластиножаберных (всего 3-4 месяца)
• Ухаживание и спаривание в апреле-мае, щенки в августе-сентябре
• Самцы и самки сегрегируют по половому признаку в период отсутствия спаривания
• Диета состоит из многощетинковых червей в молодости и переходит на диету, в основном двустворчатых и ракообразных, в зрелом возрасте

Рис. 1: Географический ареал круглых скатов простирается к югу от Pt. Зачатие, Калифорния, Панама, где они живут в заливах, устьях и песчаных прибрежных пляжах на глубине 0-30 м.

Зачем изучать круглых скатов?

• Очень многочисленны в Южной Калифорнии
• У женщин короткий период беременности
• Простота содержания в неволе

Круглый скат – идеальный вид для изучения!

Рис. 2: CSULB Shark Lab – один из ведущих авторитетов в области биологии круглых скатов.

Взаимодействие человека и ската

Одна из наших целей в изучении круглых скатов – поделиться знаниями с общественностью, чтобы повысить безопасность на пляже.

Общественное беспокойство вызывает растущее беспокойство, так как количество травм, связанных со скатом, ежегодно регистрируется в масштабах всей страны, и ежегодно регистрируются тысячи случаев.

Рис. 3: Хотя в южной Калифорнии водится несколько видов скатов, предполагается, что круглые скаты являются виновниками большинства травм, связанных со скатами.

Историческое истощение крупных хищников круглых скатов (акул, гигантских морских окуней, морских львов) привело к тому, что популяция осталась в значительной степени бесконтрольной, что привело к увеличению популяции за последние 50 лет. Кроме того, утрата эстуарной среды обитания, используемой круглыми скатами, заставила население искать подходящую среду обитания на прибрежных пляжах в непосредственной близости от людей.

Из-за высокой плотности популяции круглых скатов и растущего числа людей, посещающих пляжи каждый год, вероятно большее количество взаимодействий между скатами и людьми.

Рис. 4: Сил-Бич, Калифорния, в жаркий летний полдень. Рис. 5: Большинство травм скатов происходит в летние месяцы с июня по август, когда все больше людей посещают пляжи.

Многие из наших исследований круглых скатов проводились в Сил-Бич, штат Калифорния, где круглые скаты широко распространены, за что получили прозвище «Рэй Бэй».

Рис. 6: Только на Сил-Бич каждое лето регистрируются сотни травм, связанных со скатами, и тысячи случаев регистрируются по всей южной Калифорнии.

Любителей пляжа привлекает множество водных развлечений, включая серфинг, брод, плавание и бодисерфинг.

Рис. 7: Люди разделяют волны, участвуя в различных водных мероприятиях на пляже Сил.

Каждое лето пляжи южной Калифорнии посещают тысячи человек. Особенно многолюдно пляжи в выходные дни Дня труда.

Рис. 8: Выходные в День труда – особенно напряженное время для спасателей, поскольку они реагируют на сотни звонков о травмах ската в южной Калифорнии.

По мере проведения дополнительных исследований круглых скатов мы можем принимать более обоснованные решения о том, как разделить морскую среду.

Рис. 9: Исследователь обращается с круглым скатом в рамках научного исследования.

Круглый скат Численность и распространение

Сил-Бич, Калифорния, расположен недалеко от устья реки Сан-Габриэль, где две электростанции выпускают морскую воду, которая используется для охлаждения станций. Морская вода, выпускаемая этими станциями после использования, имеет более высокую температуру, чем та, которая естественным образом содержится в реке, которая затем течет к пляжу Сил.

Рис. 10: Путь движения нагретой морской воды, сбрасываемой электрическими станциями, расположенными рядом с рекой Сан-Габриэль.

Из-за того, что в местную среду поступает очень теплая вода, сюда привлекается больше скатов. Hoisington & Lowe в 2005 г. провели исследование по изучению численности и распределения круглых скатов (U. halleri) на пляже Сил возле этого устья теплой воды (рис. 6).

Рис. 11: Хойзингтон и Лоу 2005 использовали Сил-Бич в качестве места исследования, в то время как Серфсайд, Калифорния, был контрольным участком.В Surfside не поступают сточные воды с подогретой морской водой.

Hoisington & Lowe 2005 обнаружили, что численность круглых скатов наиболее высока в пределах первых 30 м (примерно 100 футов) от берега, где обитает большинство любителей пляжного отдыха. Изобилие было также больше на Seal Beach по сравнению с соседним контрольным участком в Surfside, CA, который не получает теплой воды.

Рис. 12: Численность круглых скатов была значительно выше на пляже Сил в любое время года и на обоих измеренных расстояниях (0–30 м и 31–60 м). Рис. 13: Температура морского дна значительно выше в пределах первых 30 м (примерно 100 футов) от берега, что обеспечивает идеальную тепловую среду обитания для круглых скатов.

Обилие круглых скатов во время отбора проб отрицательно коррелировало с высотой валов (т. Е. По мере увеличения высоты валов численность уменьшается). Обилие в пределах первых 30 м от берега больше в спокойных условиях (т. Е. При слабом волнении, рис. 14).

Рис. 14: На численность во время отбора проб сильно повлияла средняя высота волн в течение предыдущих 24 часов.Спокойное мелководье создает предпочтительную среду обитания для круглых скатов.

Hoisington & Lowe 2005 обнаружили, что численность круглых скатов носит сезонный характер и увеличивается в летние месяцы с пиком численности осенью (рис. 15).

Рис. 15: Пик численности в осенние месяцы связан с сезонной активностью спаривания, поскольку круглые скаты ищут возможности для спаривания.

В течение большей части года самцы круглых скатов более многочисленны у берегов, но в период с июня по сентябрь-октябрь численность самок скатов увеличивается.Вероятно, это происходит из-за спаривания в начале лета и для репродуктивной выгоды для самок осенью.

Рис. 16: В среднем самцы круглых скатов, обнаруженные в этом исследовании, были крупнее и многочисленнее, чем самки круглых скатов в Сил-Бич, Калифорния. Однако самые большие скаты, пойманные в этом исследовании, были самками, обведенными красным. Рис. 17: Во время брачного сезона численность самок круглых скатов на пляже Сил больше, поскольку самцы уходят от берега в более глубокие воды.

Круглые шипы ската

Одной из ключевых особенностей группы батоидов (скатов) является их характерный «хвостовой шип», который иногда называют «зазубриной», который расположен на хвосте и используется для защиты. Хвостовой «позвоночник» на самом деле представляет собой модифицированную чешуйку плакоида, похожую на чешуйки, обнаруженные на коже скатов и других эластожаберных жабер.

Позвоночник – уникальное оружие, так как он не только может проткнуть или порезать нападавшего, но также может передавать яд через слизистую оболочку позвоночника через бороздки, проходящие вдоль брюшной стороны.Этот яд может вызвать сильную боль и пульсацию – даже самые стойкие серферы доводятся до слез из-за скатов.

Рис.18: Неповрежденный хвостовой отдел круглого ската (U. halleri) .

Колючки ската различаются по длине и положению в зависимости от вида.

Рис. 19: Круглые скаты относятся к семейству Urolophidae.

Шипы ската похожи на ногти в том смысле, что у них нет нервов, и они со временем отрастают (Lowe et al.2007).

Рис. 20: У круглого ската, подготовленного к удалению хребта, позвоночник можно легко перерезать, не причиняя боли или не травмируя луч. Рис. 21: Скатам требуется примерно 3-4 месяца, чтобы полностью регенерировать заменяющий позвоночник. Рис. 22: Круглые скаты создают замену позвоночника под первичным, начиная с июня, а старый первичный позвоночник отслаивается примерно в августе. Рис. 23: Как только их новый позвоночник вырастает до достаточных размеров, скаты сбрасывают основной позвоночник и заменяются второстепенным.

Круглые скаты обладают способностью заменять поврежденные или потерянные хвостовые шипы вне обычного периода линьки.

Рис. 24: Темпы роста округлых хвостовых шипов ската относительно стабильны и не испытывают усиленного роста, вызванного травмой.

Морфология круглого зуба ската

Студент Джастин Хакетт изучал, как морфология зубов меняется в зависимости от возраста и пола круглых скатов. Результаты показали, что круглые зубы ската больше всего зависят от возраста и пола.

До созревания (DW <15 см) молодые самцы и самки круглых скатов не обнаруживают значительных различий в морфологии зубов, поскольку оба пола имеют одинаковые диеты и среду обитания.

Рис. 25: Значительные различия в морфологии круглых зубов ската становятся очевидными только после достижения зрелости при ширине диска примерно 15 см, когда их диета меняется и активность спаривания возрастает.

Женские круглые зубы ската округлые, ромбовидные. У самок не наблюдается различий в форме зубов между молодыми и взрослыми стадиями, но у зрелых самок зубы значительно больше, чем у молодых самок.

Рис. 26: Изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) круглых зубов самки ската.

Зубы круглого ската зрелых самцов крупнее, чем круглые зубы зрелых самок, и приобретают более треугольную форму только во время сезона размножения, поскольку самцы используют свои зубы для удержания самок во время совокупления. После брачного сезона задержание круглых самцов скатов возвращается к плоским пластинчатым зубам, используемым для дробления моллюсков и ракообразных.

Рис. 27: Изображение с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) зубов самца круглого ската во время сезона размножения.

Исследование круглого вырезания позвоночника ската

Город Сил-Бич, Калифорния, исторически применял различные стратегии, чтобы помочь уменьшить количество травм, связанных со скатами. Многие предложенные программы не оказали значительного влияния на сокращение числа травм, связанных со скатами, и были прекращены.

Lowe et al. В 2007 году было проведено исследование по изучению эффективности программы обрезания позвоночника ската в сокращении количества травм, связанных со скатом.

Рис. 28: Отбор проб проводился с помощью неводной сети, развернутой с берега. Рис. 29: За один рывок сети можно вытащить до 800 круглых скатов. Рис. 30: После захвата мы измерили длину первичного и вторичного корешка (если есть), а затем подрезали корешки у основания. После этого каждый луч был измерен, взвешен и помечен идентификационной меткой для последующего повторного захвата.

Таблица 1: По предварительным результатам анализа меток и повторной поимки популяция круглых скатов на пляже Сил составляет почти 16 000 скатов

Дата	Скаты с меткой	Отлов скатов повторно
08. 06.2001	202
03.08.2001	157	2
Оценка населения (метод Линкольна-Петерсена)	~ 16000 скатов

Последующие исследования по меткам и повторной поимке в Сил-Бич показали низкие коэффициенты повторной поимки, несмотря на большие усилия по отбору проб, что указывает на то, что популяция круглых скатов в Сил-Бич очень мобильна с высокой скоростью обновления (Vaudo and Lowe 2006, Lowe et al.2007).

Учитывая размер популяции и количество новых скатов, которые можно найти в этом районе, особенно в летние / осенние месяцы, когда численность скатов находится на пике, программа стрижки скатов была сочтена непрактичной и нереальной для реализации.

Таким образом, лучшая защита от травм, связанных со скатами, – это не забывать шаркать ногами и рассказывать посетителям пляжа о местной дикой природе, с которой они могут соприкоснуться во время своего визита.

Рис. 31: Перемешивание ног по песку – эффективный метод снижения шансов получения травм, связанных со скатом.

Круглое движение ската и верность местности

Ваудо и Лоу, 2006 г. исследовали мелкомасштабные модели передвижения круглых скатов, пойманных на пляже Сил у устья реки Сан-Габриэль, и определили, проявляют ли круглые скаты какую-либо привязанность к участку пляжа Сил.

Рис. 32: Круглые скаты были оснащены акустическими передатчиками (голубая стрелка) для отслеживания мелкомасштабных перемещений и сезонной точности местности.

3 акустических приемника были развернуты в Сил-Бич и 2 дополнительных приемника развернуты на соседних участках Белмонт-Шор и Серфсайд.

Рис. 33: Исследователь развертывает акустический приемник. Приемник будет пассивно прослушивать уникальные сигналы, исходящие от помеченных скатов, плавающих рядом с устройством. Это была видимость воды в очень хороший день! Рис. 34: Анимация обнаружений меченых скатов на пляже Сил в течение 1 года. Большинство круглых скатов было обнаружено на пляже Сил в течение двух недель, прежде чем они переместились в другие районы за пределами сети приемников (Vaudo and Lowe 2006).

Круглые скаты обладают способностью преодолевать большие расстояния, как это было в случае, когда одна самка, помеченная на пляже Сил, была поймана и выпущена на свободу на расстоянии более 30 км (15 миль) к югу в заливе Верхний Ньюпорт два месяца спустя. Эта же самка была затем обнаружена на пляже Сил через год после первоначального мечения.

Рис. 35: Одна помеченная самка совершила путешествие из Сил-Бич в Ньюпорт-Бей и обратно в течение одного года, всего 60 км туда и обратно.

Мелкомасштабные (точные) данные о перемещении были собраны с помощью активного слежения за излучаемым сигналом от меченой особи с использованием направленного гидрофона.

Рис. 36: Исследователь прослушивает сигнал, исходящий от ската, помеченного акустическим передатчиком. Продолжительность треков может варьироваться от 5 до 90 часов.

Активное слежение показало, что круглые скаты совершают короткие движения с вкраплениями 2-4 часа. периоды бездействия, и это круглое движение ската было наибольшим ночью во время отлива (отлива), когда температура воды может повыситься на 10 градусов (C) за относительно короткий период времени.Возможные объяснения такой повышенной активности могут заключаться в поиске более желательных условий, повышении успешности кормодобывания или поиске потенциальных партнеров.

Рис. 37: Движение круглого ската было наибольшим ночью во время отлива (отлива), когда температура воды повышается, вероятно, для поиска более желательных условий, увеличения успеха при поиске пищи или поиска потенциальных партнеров.

Ваудо и Лоу, 2006 г. обнаружили, что круглые скаты в течение нескольких недель собираются в течение нескольких недель на пляже Сил, прежде чем рассеяться в других местах в поисках подходящих мест для размножения.

Круглый скат Возраст и рост

Hale and Lowe 2008 провели исследование роста и возрастной структуры популяции круглого ската (U. halleri) в Сил-Бич, Калифорния. Возраст был определен путем анализа годичных колец позвонков круглых скатов (U. halleri), собранных на пляже Сил. Коэффициент скорости роста (K) и теоретическая максимальная ширина диска (WD) были оценены с использованием модели роста фон Берталанфи.

Эта информация использовалась вместе с данными о частоте размеров из периодических выборок, проводимых на пляже Сил для определения возрастной структуры местной популяции круглых скатов.В результате этого исследования было обнаружено, что популяция круглых скатов на пляже Сил состоит в основном из половозрелых взрослых особей. Дополнительные данные заключались в том, что круглые скаты растут медленно по сравнению с другими видами семейства Urolophidae.

Рис. 38: Популяция круглых скатов на Seal Beach состоит в основном из половозрелых особей (ширина грудного диска 150 мм) и поддерживает использование Seal Beach в качестве места скопления во время репродуктивного сезона.

Круглый скат Репродукция

История жизни

Круглые скаты имеют годовой репродуктивный цикл с пиком спаривания с мая по июль.Период беременности у круглых скатов составляет 3-4 месяца, и они могут дать потомство от 1-6 детенышей. Рождение происходит с августа по ноябрь (Babel 1967, Mull et al. 2010 (a), Lyons and Lowe 2013).

Рис. 39a: Claspers (красные стрелки) – это мужские репродуктивные структуры эластожаберных, включая акул, скатов и скатов. Рис. 39b: Класперы отсутствуют у самок.

Круглые скаты живородящие бесплацентно (яйцекладущие), что означает, что они рожают живых детенышей, а у эмбрионов нет прикрепленной плаценты (Lyons and Lowe 2013).

Рис. 40: Яйцеживородящие организмы питают развивающееся молодняк богатым липидами желточным мешком и богатой питательными веществами гистотрофной (маточной) жидкостью, обычно называемой «маточным молоком».

Jirik и Lowe (2012) использовали ультрасонографию для неинвазивного исследования состояния беременных женщин.

Рис. 41: Внешняя категоризация 5 стадий беременности у самок круглых скатов. Ультрасонограммы самок с множеством эмбрионов на разных стадиях развития.

Сезонные модели движения

Самки проводят половую сегрегацию, чтобы избежать агрессивных взаимодействий в периоды без спаривания и искать более теплые прибрежные воды во время беременности (Hoisington and Lowe 2005, Mull et al.2010, Джирик и Лоу 2012). Самцы не так часто встречаются в более теплых прибрежных водах, как самки, возможно, из-за зависящих от пола энергетических затрат, связанных с проживанием в районах с повышенными температурами в течение длительного времени (Jirik and Lowe 2012).

Рис. 42: Во время беременности более теплая вода может обеспечить самкам эластожаберцев репродуктивными преимуществами, такими как более короткий период беременности, больший размер потомства при рождении или увеличение выживаемости потомства (Jirik and Lowe 2012).

Залив Анахайм – это восстановленная среда обитания в устье рек и предполагаемое термальное убежище для самок круглых скатов (Jirik and Lowe 2012).

Рис. 43: Восстановленные эстуарии, такие как залив Анахейм, могут предоставить самкам тепловое убежище из-за постоянно более высоких температур в заливе по сравнению с окружающей средой обитания (Mull et al. 2010).

Множественное отцовство у круглых скатов

Множественное отцовство у эластожаберных является относительно обычным явлением и связано с конкуренцией, возникающей в результате полового отбора как между (интерсексуальный), так и внутри полов (интрасексуальный).

Самки круглых скатов имеют две маточные камеры и могут вместить несколько плодов на разных стадиях развития.

Lyons and Lowe 2017 обнаружили, что 90% исследованных пометов круглых скатов содержали несколько плодов от нескольких отцов.

Выгрузка органических загрязнителей матери

Органические загрязнители (ОС), такие как ПХД, ДДТ и его производные (ДДЭ и ДДД), представляют собой проблему для морской среды. Эти соединения устойчивы к биодеградации, липофильны (жирорастворимы) и биоусиливаются в жировой ткани хищников верхнего трофического уровня, включая эластожаберные. У самок эластожаберников контаминанты передаются развивающимся эмбрионам посредством мобилизации липидов печени (печени) к эмбриону посредством различных путей добавления питательных веществ в зависимости от репродуктивного режима.

Lyons and Lowe 2013 использовали круглых скатов в качестве модельных видов для определения путей переноса загрязнителей, количества загрязнителей, переносимых самками, и относительной доли групп органических загрязнителей (ПХД, ДДТ и хлорданы), передаваемых от матери к эмбриону.

Рис. 44: Скаты добывают корм в непосредственной близости от сильно загрязненных отложений в южной Калифорнии, что увеличивает риск накопления загрязняющих веществ из морской среды.

Lyons and Lowe 2013 обнаружили, что самки круглых скатов переносят контаминанты на протяжении всей беременности, и что развитие яйцеклеток и доставка гистотрофной жидкости к эмбрионам были двумя путями, которые в значительной степени способствовали переносу контаминантов в потомство. Было обнаружено, что общая контаминантная нагрузка матери, измеренная печенью, является наиболее влиятельным фактором при прогнозировании контаминантной нагрузки эмбриона, в то время как размер / возраст не сильно влияют на контаминантную нагрузку.

Рис. 45: Беременные самки круглых скатов питают развивающиеся эмбрионы комбинацией желточного мешка, полученного из липидов печени и гистотрофной жидкости.

В среднем 1,5 1,7% (среднее ± стандартное отклонение) от общего количества контаминантов было перенесено от матери к эмбриону, и количество контаминантов было одинаковым по концентрации между эмбрионами в пометах. Матери и эмбрионы имели схожие профили контаминантов для трех изученных групп контаминантов с ПХД, составляющими> 80% контаминантной нагрузки эмбрионов, в то время как хлорданы являются второй по величине группой контаминантов, а ДДТ был обнаружен в самой низкой концентрации.

Самки круглых скатов, по-видимому, переносят меньше загрязняющих веществ на свое потомство посредством этого способа размножения по сравнению с другими видами пластиножаберных. Дальнейшие исследования должны продолжить изучение материнской разгрузки при других репродуктивных режимах эластожаберных и физиологических эффектов воздействия контаминантов на развивающиеся эмбрионы и новорожденных.

Мужской репродуктивный цикл

Mull et al. 2010 (b) охарактеризовал репродуктивный цикл самцов круглых скатов из Сил-Бич, Калифорния, изучив изменения морфологии семенников, сперматогенеза и концентрации стероидных гормонов на протяжении их репродуктивного цикла.

Репродуктивный цикл самцов круглых скатов – годичный, и многие аспекты воспроизводства строго регулируются. Самцы испытывают рост гонадосоматического индекса (GSI) с июля по октябрь с пиком GSI в октябре. Производство тестостерона (Т) остается низким с апреля по июнь, затем увеличивается до пика производства в марте. Концентрации 11-кетотестостерона (11-KT) следовали аналогичной схеме, но пик продукции пришелся на февраль. Пик производства спермы приходится на декабрь, и она хранится долго, пока не будут созданы благоприятные условия для спаривания.

Дополнительные данные показали, что GSI и 11-KT отрицательно коррелируют с увеличением длины дня, но не с температурой. Однако производство Т отрицательно коррелирует как с увеличением продолжительности светового дня, так и с температурой, что очевидно из лабораторных экспериментов, в которых температуру манипулировали в течение нескольких недель.

Рис. 46: Температурные эксперименты проводились в аквариуме с замкнутым контуром, где температуру можно было контролировать независимо, а фотопериод был постоянным на протяжении всего исследования.

Эти данные подтверждают идею о том, что температура играет важную роль в регуляции T и может служить сигналом для воспроизводства у самцов круглых скатов.

Популяционная генетика круглых скатов

Микросателлитный анализ круглых скатов, собранных на участках в Южной Калифорнии, Калифорнийском заливе и на острове Санта-Каталина, для определения связности уровней и структуры был проведен Планком и др. 2010.

Было обнаружено, что популяция круглых скатов на острове Санта-Каталина генетически отличается от популяций круглых скатов, обитающих в Южной Калифорнии и Калифорнийском заливе.

Рис. 47: Круглые скаты острова Санта-Каталина разделены глубоководным каналом шириной 42 км, который предотвращает обмен генами между популяциями на материке.

Круглые скаты острова Санта-Каталина генетически отличаются от популяций материковых круглых скатов и показали самое низкое генетическое разнообразие среди исследуемых групп, что свидетельствует о недавнем влиянии основателя на популяцию острова. Самые ранние известные упоминания о круглых скатах на острове Санта-Каталина относятся к 1970 году.

Дополнительные данные показали, что популяции круглых скатов в восточной части центральной части Калифорнийского залива не изолированы от популяций на тихоокеанском побережье Нижней Калифорнии.

Рис. 48: Круглые скаты в Калифорнийском заливе не изолированы от популяций на тихоокеанском побережье Нижней Калифорнии, как предполагалось ранее.

Скорость метаболизма круглых скатов

Аспирант Лорена Сильва Гарай изучает влияние размера и температуры на скорость метаболизма круглых скатов во всем диапазоне их размеров.Цели ее проекта – оценить стандартную скорость метаболизма (SMR) и метаболический Q10 у круглых скатов в широком диапазоне температур и предсказать видоспецифичный показатель масштабирования скорости метаболизма у круглых скатов. Это одно из первых исследований, в которых эти параметры оцениваются во всем диапазоне размеров эластожаберных видов.

Стандартный уровень метаболизма и Q

₁₀

Стандартная скорость метаболизма (SMR) круглых скатов была измерена с использованием удельной скорости потребления кислорода (MO2, мгO2 кг − 1 час − 1) из испытаний статической респирометрии.Испытания проводились при трех температурах, охватывающих сезонный диапазон температур, в котором обитают круглые скаты в южной Калифорнии (15 °, 23 °, 27 ° C).

Рис. 49: Перед респирометрией скатов акклиматизировали к каждой температурной обработке в течение минимум 2 недель в резервуаре с морской водой емкостью 2000 л с регулируемой температурой и не держали в течение 48 часов. перед каждым метаболическим испытанием, чтобы исключить неточные измерения метаболизма, вызванные пищеварением. Рис. 50: Три камеры респирометра разного размера использовались для поддержания постоянного соотношения объема ската к объему респирометра, что позволяло сравнивать результаты для людей разного роста. Рис. 51: Растворенный кислород (DO2) измеряли внутри камер респирометра, когда образцы находились в состоянии покоя, после абсорбции, чтобы получить точные оценки базовой метаболической функции.

Сильва обнаружил, что SMR увеличивается с повышением температуры больше у молодых особей, чем у взрослых, и существенно не различается между полами. У взрослых особей наблюдалось плато SMR с повышением температуры.

В то время как Q ₁₀ существенно не различается между полами, молодые и взрослые круглые скаты демонстрируют значительные различия в термочувствительности; молодые особи показали более высокий показатель Q ₁₀ , чем был оценен для взрослых с учетом взаимодействующих эффектов температуры и массы тела.

Общая термическая чувствительность круглых скатов относительно выше, чем ранее сообщавшиеся значения для других эластожаберных. У взрослых круглых скатов комбинированные результаты плато SMR с повышенной температурой и относительно более низким Q ₁₀ , вероятно, указывают на более широкий диапазон тепловых оптимумов для более крупных особей. Более широкий тепловой оптимум у взрослых круглых скатов согласуется с сезонными изменениями температуры воды в окружающей их среде.

Для молоди более высокий SMR и Q ₁₀ указывает на то, что молодые круглые скаты более чувствительны к изменениям температуры и демонстрируют более узкий диапазон тепловых оптимумов в отличие от взрослых круглых скатов. Таким образом, вероятно, что более мелкие молодые особи предпочтут более прохладную воду, которая максимизирует потребление пищи, усвоение и рост по сравнению с энергетическими затратами. Учитывая их высокую термочувствительность, молодые круглые скаты больше всего пострадают от повышения температуры океана.

Поскольку пол не был значимым фактором в прогнозировании различий в термочувствительности и SMR круглых скатов, это указывает на то, что сезонная половая сегрегация половозрелых самок этого вида в южной Калифорнии, вероятно, является результатом компромисса между возможностью спаривания и метаболизмом. расходы.

Загрязняющие вещества в круглых скатах

Lyons et al. В 2014 году было проведено исследование с целью сравнения моделей биоаккумуляции в зависимости от возраста и пола, количественной оценки биохимической реакции на воздействие загрязнителей и сравнения различий в моделях накопления в популяциях скатов на близлежащем острове Санта-Каталина и на материковой части южной Калифорнии.

Различия в накоплении загрязняющих веществ по возрасту и полу

Результаты показали, что молодь не показала различий в накоплении между полами. В частности, у молодых самцов наблюдалось значительное снижение концентрации загрязнителей, поскольку они увеличивались в размере до достижения зрелости. Такая модель биоаккумуляции, вероятно, связана с тем, что молодь растет более быстрыми темпами, чем скорость их поступления в организм. Кроме того, различия в рационе питания и использовании среды обитания между двумя этапами жизни могут дополнительно объяснить различия в концентрации загрязнителей.

Рис. 52: Было показано, что у взрослых самцов круглых скатов накапливаются загрязняющие вещества более быстрыми темпами и их концентрация выше, чем у самок такого же размера. Более низкая концентрация загрязняющих веществ, наблюдаемая у самок, вероятно, связана с сочетанием разгрузки материнской породы и разбавления контаминантов по мере роста, поскольку самки круглых скатов имеют значительно большую печень с высоким содержанием липидов по сравнению с самцами.

Накопление ртути в круглых скатах

В последующем исследовании Lyons et al.2017 г. было изучено накопление ртути в самцах круглых скатов для определения возможных различий в биоаккумуляции в онтогенезе. Было обнаружено, что концентрация ртути в печени резко возрастает после созревания, и зрелые самцы круглых скатов имеют значительно более высокие концентрации ртути, чем молодые. Различия в концентрации, вероятно, связаны с изменением энергетических затрат, поскольку зрелые круглые скаты выделяют больше энергии на воспроизводство и имеют меньше энергии, направляемой на процессы детоксикации.

Биохимический ответ

Lyons et al. В 2014 году были изучены закономерности биоаккумуляции в зависимости от возраста и размера круглых скатов и количественно оценена биохимическая реакция с использованием активности этоксирезоруфин-О-деэтилазы (EROD), чтобы определить, оказывают ли загрязнители какое-либо негативное влияние на биологию круглых скатов.

CYP1A – полезный биомаркер воздействия, который можно использовать для демонстрации биохимических реакций на определенные классы органических загрязнителей. Активацию этого белка часто измеряют по активности этоксирезоруфин-O-деэтилазы (EROD). Количественная оценка активности CYP1A с помощью анализа EROD – это широко используемый метод для косвенного измерения количества экспрессированного фермента и, следовательно, ответа организма.

Lyons et al. 2014 г. обнаружил, что активность EROD выше у взрослых мужчин, чем у женщин. У взрослых женщин концентрация ПХБ ниже, чем у мужчин; однако активность EROD у самок снижалась с увеличением ширины диска, несмотря на значительное увеличение концентрации ПХБ.

Отсутствие различий в активности EROD у самок материка и острова Каталина, несмотря на различия в концентрации контаминантов, свидетельствует об эстрогенном подавляющем эффекте у самок круглых скатов.

Рис. 53. Активность EROD значительно выше у самцов материка по сравнению с самцами острова Каталина, в то время как активность EROD и содержание CPY1A у самок материка и острова Каталина были одинаковыми, несмотря на то, что самки скатов с материка имели значительно более высокую концентрацию загрязняющих веществ, особенно копланарных ПХБ, которые должен увеличить активность EROD.

Использование и воздействие на среду обитания

Профили загрязнителей варьировались в зависимости от возрастных классов взрослых и подростков для каждого пола, что указывает на то, что профили загрязнителей могут использоваться для изучения использования среды обитания.В частности, половозрелые самки отделяются от самцов после спаривания и собираются в спокойных, устьевых местообитаниях, подверженных значительному поступлению городских стоков после шторма, что может объяснить наблюдаемые различия в доле протестированных групп загрязнителей.

Рис. 54: Эстуарии в непосредственной близости от освоенных земель, таких как залив Анахайм, имеют более высокие поступления определенных загрязняющих веществ из-за городских стоков во время штормов. Самки круглых скатов более подвержены этим загрязнителям из-за более широкого использования ими устьевых мест обитания.

Различия в концентрациях загрязняющих веществ наблюдались также в популяции круглых скатов острова Каталина, поскольку самки сегрегировались в районе с низким уровнем приливов и повышенной активности человека. Однако в целом воздействие на окружающую среду на острове Санта-Каталина значительно ниже по сравнению с материком.

Материковые популяции круглых скатов демонстрируют низкие доли ДДТ, что указывает на то, что круглые скаты не используют районы вблизи шельфа Палос-Вердес, где большой источник ДДТ все еще присутствует в отложениях, образовавшихся в результате деятельности человека.

Рис. 55: Круглые скаты, отобранные на пляже Сил, не показывают высоких уровней ДДТ, несмотря на их непосредственную близость к участку Суперфонда EPA на полуострове Палос-Вердес, что указывает на то, что круглые скаты не используют территорию, окружающую территорию Суперфонда.

Иммунный ответ и воздействие

Для дальнейшего определения того, оказывает ли хроническое воздействие загрязняющих веществ существенное негативное физиологическое воздействие на круглых скатов, Sawyna et al. В 2016 году исследовали, проявляют ли круглые скаты нарушение иммунной функции из-за высокого уровня загрязнения. Результаты показали, что облученные лучи вызывают более высокую пролиферацию иммунных клеток и значительно более высокие показатели фагоцитоза во многих тканях, оба являются биомаркерами иммунного нарушения. Это исследование является одним из первых свидетельств того, что иммуностимуляция связана с хлорорганическими веществами в лучах.

Рис. 56: Круглые белые кровяные тельца ската (снизу), расширяющие свои псевдоподии для фагоцитоза флуоресцентных биочастиц E. coli. Sawyna et al. В 2016 году использовались фагоцитарные анализы для измерения иммунного ответа круглых скатов на воздействие загрязнителей.

14 фактов о скатах! | National Geographic Kids

Эй, ребята, будьте готовы задержать дыхание и искупаться в море, пока мы исследуем эти интересные факты о скатах!

С помощью наших друзей по телефону The Deep их эксперты по скатам помогли нам собрать некоторые интересные факты об этих великолепных морских существах – и более того, вы можете скачать их инфографику бесплатно и наклеить на стену!

Скаты бывают разных форм и размеров и являются одними из самых красивых морских существ, но давайте посмотрим правде в глаза, они выглядят немного странно! Ознакомьтесь с нашими интересными фактами о них ниже…

1. Скаты и скаты – сплюснутые рыбы, тесно связанные с акулами . Все они принадлежат к группе рыб под названием Elasmobranchs .

2. Эти парни довольно уникальны, поскольку в их теле нет костей – их скелет состоит из гибкого хряща (гибкая ткань, из которой сделаны ваши уши и нос!).

3. Хотя они выглядят почти одинаково, скаты и скаты на самом деле разные. Скаты – это яйцекладущих , что означает, что детеныши вылупляются из яиц, удерживаются внутри тела, тогда как у скатов яйцекладущих , что означает, что они откладывают яйца – эти яйца защищены твердым прямоугольным футляром, часто называемым «русалка » Кошелек «!

4. Существует множество различных типов скатов, включая скатов, электрических скатов , скатов бабочек , круглых скатов , скатов манты , гитар-рыб и пилообразных .

5. Скаты используют супер набор чувств для поиска пищи. Специальные заполненные гелем ямки на передней части лица (называемые Ampullae of Lorenzini ) позволяют им принимать электрические сигналы от других животных, когда они двигаются – круто! Их глаза находятся на верхней части их тела, а их рот и жабры можно найти под ними, поэтому в темных глубинах или мутных реках это электромагнитное ощущение особенно полезно для поиска добычи.

6. Многие скаты любят жить отдельно и собираются вместе только для размножения и миграции . Некоторые из самых крупных скатов, такие как скаты манты и скатов коровьего носа , никогда не перестают плавать и тысячами мигрируют на места кормления каждый год. Эти большие группы могут достигать 10 000 человек и известны как «лихорадка ».

7. Лучи защищаются ядовитыми шипами или зазубринами в хвосте. Коньки опираются на колючих выступов на спине и хвосте.

8. Скаты и скаты питаются ракообразными , мелкой рыбой , улитками , моллюсками , креветками и другими мелкими животными.

9. В 2008 самка с синюшными пятнами на ребристом хвосте родила двойню в Аквариум Deep в Халле – впервые в Европе!

10. Скаты »Естественные хищники – акулы, тюленей , морские львы и другие крупные рыбы .

Изображение предоставлено: Келли Тиммонс

11. Электрические лучи названы за их способность генерировать и разряжать сильный электрический ток для оглушения добычи и защиты от потенциальных хищников.

12. Ископаемые остатки датируют скатов юрским периодом , 150 миллионов лет назад !

13. Лучи могут сильно различаться по размеру. Самым маленьким лучом является электрический луч с коротким носом , который составляет примерно 10 см, в поперечнике и весит около 400 г . Океанический скат – самый крупный скат, достигающий в размахе крыла 7 м и вес 2 000 кг .

14. К сожалению, количество скатов сокращается. Перелов , потеря среды обитания и изменение климата являются основными угрозами для скатов.На них также охотятся из-за жаберных тычинок (используемых для кормления) для использования в китайской медицине. В настоящее время 539 видов оцененных скатов находятся в Красном списке МСОП , а 107 классифицируются как находящихся под угрозой исчезновения .

Изображение предоставлено: Келли Тиммонс

Deep является частью Европейской программы разведения для ската с синей пятнистостью и ската с синей пятнистостью , а также программы мониторинга видов для ската с сотовым хвостом . Это означает, что они помогают сохранять популяции этих видов и являются первопроходцами в разработке новых методов разведения.

скатов – факты и не только

скаты – хрящевые рыбы, которые тесно связаны с акулами.

Kingdom	Animalia
Тип	Chordata
Class	Chondrichthyes
Порядок
Виды	Примерно 220
Ниша	Плотоядные
Длина	До 6.5 футов (2 метра)
Вес	До 790 фунтов (358 кг)
Продолжительность жизни	15-25 лет
Социальная структура	Большинство остаются уединенными до сезона размножения	Статус	Под угрозой
Естественная среда обитания	Дно океана
Средний размер помета	5-13
Основной корм	Моллюски, ракообразные		Перелов

Основы

Скат – это хрящевая рыба, обитающая в морских и пресноводных средах умеренного и тропического климата по всему миру. Эти рыбы принадлежат к отряду Myliobatiformes и тесно связаны с акулами. Вместо острых зубов, как у акул, у некоторых видов на конце хвоста есть зазубрина, с помощью которой можно проткнуть потенциальных хищников. Эти зазубрины ядовиты.

У скатов уплощенное тело с грудными плавниками и длинным хвостом. Его окраска обычно отражает тени на дне океана, позволяя ему маскироваться и прятаться от хищников, таких как акулы. Его глаза расположены на спинной (верхней) стороне, тогда как рот, жабры и ноздри ската находятся на его нижней части живота.Эти хрящевые рыбы используют грудные плавники для передвижения. Большинство скатов плавают, двигая своим телом, как волна, в то время как другие машут парными плавниками, как крылья. Их хвост можно использовать для маневрирования в воде.

Как и у акулы, у скатов есть электрические сенсоры, называемые ампулами Лоренцини. Эти органы находятся во рту ската и ощущают естественные электрические заряды, которые излучают другие животные. У многих видов скатов также есть челюстные зубы, которые они используют для раздавливания моллюсков, таких как мидии, моллюски и устрицы.

Во время размножения самцы ухаживают за самками, преследуя их и кусая ее грудной диск. Скаты размножаются половым путем, когда самец вставляет одну из двух своих пряжек в ее отверстие. Скаты яйцеживородящие, что означает, что они рожают живых детенышей. В пометах от пяти до 13 потомков. Эмбрионы развиваются в утробе самки без плаценты. Вместо этого у эмбрионов есть желточный мешок, из которого они поглощают необходимые им питательные вещества, а после этого мать обеспечивает маточное молоко.После рождения молодые обычно отделяются от матери и уплывают, не нуждаясь в материнской заботе. Есть некоторые исключения из этого правила, такие как гигантский пресноводный скат ( Himantura chaophraya ), где мать заботится о своих детенышах, и они плавают с ней, пока они не станут примерно на одну треть ее размера.

Считается, что скаты находятся в зоне риска, и несколько видов занесены в список уязвимых и находящихся под угрозой исчезновения МСОП. Основными угрозами для скатов являются потеря среды обитания, перелов и изменение климата. Основная угроза – чрезмерный вылов рыбы, поскольку скаты добывают не только мясо, но и их жаберные пластины, которые используются в традиционной китайской медицине.

Детские скаты – это миниатюрные копии своих родителей, самодостаточные с самого рождения.

Семейства скатов

1. Hexatrygondae (шестижаберный скат) – шестежаберный скат – единственный вид в этом семействе, и, как следует из названия, у него шесть жабр. Еще одна отличительная черта ската – треугольная форма морды и жаберные дуги.
2. Plesiobatidae (глубоководный скат) – глубоководный скат, также известный как гигантский скат, является единственным видом, встречающимся в этом семействе. Этот скат обитает на глубине более 2200 футов (670,5 метров)!
3. Urolophidae (stingarees) – эти скаты относительно небольшие и обитают в теплых мелководье с песчаным дном, где они могут зарыться. К этому семейству относятся два рода и около 35 видов.
4. Urotrygonidae (круглые лучи) – как следует из названия, круглые лучи имеют круглое тело с тонким хвостом и без спинных плавников. Чаще всего они встречаются в теплых водах Карибского моря и вдоль берегов Северной и Южной Америки.
5. Dasyatidae (хлыстохвостые скаты) – хлыстохвостые скаты получили свое название от своего хвоста – он имеет форму кнута и имеет ядовитую зазубрину на конце. Большинство видов хлыстохвостов обитает в морской среде, хотя некоторые виды встречаются в реках, например, гигантский пресноводный скат в Юго-Восточной Азии.
6. Potamotrygonidae (речные скаты) – эти пресноводные скаты водятся в реках тропической и субтропической Южной Америки.
7. Gymnuridae (скаты-бабочки) – скаты этого семейства имеют уплощенное тело и более короткий хвост, чем другие виды скатов, и могут вырасти довольно большими. Некоторые виды скатов-бабочек могут достигать 13 футов (4 метров) в поперечнике!
8. Myliobatidae (орлиные скаты) – в отличие от других семейств скатов, виды, принадлежащие к семейству Myliobatidae, обитают в пелагиали открытого океана и часто можно наблюдать, выпрыгивая из воды. Известные виды включают обыкновенного орла, полосатых, пятнистых и летучих орлиных скатов.

Лучи зарываются в песок, чтобы спрятаться от хищников.

забавных факта о скате!

Скаты – это разнообразная группа рыб, обитающих в различных морских и пресноводных средах обитания. Чаще всего скаты встречаются в более теплых водах и являются хрящевыми рыбами, которые тесно связаны с акулами. Как и акулы, они существуют очень давно, и у них также нет плавательного пузыря. У скатов также есть несколько других биологических приспособлений, которые помогли им выжить в течение миллионов лет.Давайте посмотрим поближе!

Ядовитые зазубрины

Хотя не у всех скатов есть зазубрины на хвосте, у большинства из них они есть, и эти зазубрины ядовиты! Зубец довольно длинный и заостренный, с несколькими зубцами, которые идут в противоположном направлении, что делает его по форме почти похожим на рождественскую елку. Шипы используются для отпугивания потенциальных хищников.

Колючка содержит ядовитую железу, которая вводит яд в жертву ската. Яд является сильнодействующим и содержит нейротоксины, ферменты и нейротрансмиттер серотонин, который замедляет кровообращение и ограничивает сокращение гладких мышц, предотвращая разбавление яда.

Скаты обычно мягкие, послушные животные, которые не будут изо всех сил атаковать. Однако они являются наиболее частой причиной травм людей, связанных с рыбой. Люди должны проявлять осторожность при купании в местах, где, как известно, обитают скаты. Хотя укус ската редко бывает смертельным, он может быть чрезвычайно болезненным. Один из способов избежать этого – шаркать ногами по песку при ходьбе по мелководью, где обитают эти лучи. Это предупредит их, что вы здесь, и не даст вам наступить на них и не ударить их колючкой.Если вас ужалили, лучше обработать рану горячей водой и немедленно обратиться к врачу.

Скаты были живы в юрский период

Считается, что лучи восходят к юрскому периоду более 150 миллионов лет назад, а это значит, что скаты пережили динозавров! К счастью, их зубы и чешуя могут окаменеть, что позволило ученым выяснить, как долго они существуют. Однако редко можно найти полный скелет, поскольку их скелет состоит из хрящей, не окаменевших.Окаменелости ската являются обычным явлением, особенно окаменелые зубы, но существует лишь несколько примеров полных окаменелостей ската.

Скат обычно того же цвета, что и дно океана или реки, поэтому он замаскирован.

Плавучесть

В отличие от большинства рыб, у скатов нет плавательного пузыря – органа, который обеспечивает плавучесть рыб, – поэтому, когда они не плавают, они начинают тонуть. Однако они используют уплощенную форму своего тела и грудных плавников, чтобы скользить по воде. Форма их тела и отсутствие плавательного пузыря помогают им опускаться на дно океана и прятаться от хищников в песке.Это помогает скату сберегать энергию.

У некоторых других видов рыб также нет плавательного пузыря, в том числе у близкого родственника скатов, акулы!

У скатов есть дыхальца

Как и все рыбы, скаты дышат под водой, но они не набирают воду ртом, а качают ее через жабры, как рыбы. Вместо этого у скатов есть дыхальца, которые они используют для газообмена. Эти отверстия расположены за их глазами, и скаты используют их для втягивания воды.Затем вода может быть перекачана через жабры, расположенные на их нижней стороне. Рот ската может свободно есть, так как ему не нужно пить воду. Также это приспособление позволяет скату дышать, когда он закопан в песок.

Какие адаптации ската?

Скаты живут в песчаной морской среде. Эти нежные создания известны своей причудливой внешностью: у них приплюснутые спинные плавники, тела в форме дисков и глаза на макушке.Это адаптации или изменения видов с течением времени, которые позволили им выжить в окружающей среде. Некоторые приспособления позволяют скату быть лучшим хищником, а другие позволяют экономить энергию и прятаться от хищников.

Senses

У скатов есть глаза на спинной или верхней поверхности, что позволяет им видеть добычу, движущуюся над ними, пока они прячутся в песке. У них также хорошее зрение при слабом освещении. Однако, поскольку скаты могут видеть только области над и вокруг своего тела, они развили хорошее осязание и обоняние, чтобы находить пищу.Их рты расположены на их нижней стороне, что позволяет им питаться существами, живущими на дне океана.

Prey Sensing

У скатов есть другие особые чувства, которые помогают им находить пищу. У них есть замкнутая система боковых линий на спинной поверхности, которая может обнаруживать потоки воды, исходящие от устриц и других двустворчатых моллюсков. У них также есть электрорецепторные способности. Каждое животное имеет вокруг себя электрическое энергетическое поле из-за электрической активности или зарядов в его теле.Скаты могут обнаруживать это электричество с помощью своего электрошока, что делает его ценным приспособлением для поиска добычи, спрятанной в песке.

Плавучесть

У скатов нет плавательного пузыря и жирной печени, которые делают рыбу плавучей.