Электрический угорь

Электрический угорь (лат. Electrophorus electricus) — вид пресноводных лучепёрых рыб из отряда гимнотообразных, обитающий в водоёмах Южной Америки. Несмотря на название, электрический угорь не является настоящим угрём (отряд угреобразные), а относится к семейству гимнотовых, или ножетелок. Вид известен способностью генерировать мощные электрические разряды (до 600–860 вольт), используемые для охоты, защиты и ориентации в мутной воде.

История открытия и систематика

Первое научное описание электрического угря было сделано шведским натуралистом Карлом Линнеем в 1766 году на основе образцов, присланных из Южной Америки. Линней поместил вид в род Gymnotus под названием Gymnotus electricus. В 1864 году американский ихтиолог Теодор Гилл выделил его в отдельный род Electrophorus (от др.-греч. ēlektron — «янтарь», phoros — «несущий»).

Долгое время считалось, что род Electrophorus монотипичен и включает только один вид — E. electricus. Однако в 2019 году группа учёных под руководством Карлоса Давида де Сантаны (Национальный институт исследований Амазонии, Бразилия) на основании генетических и морфологических данных выделила ещё два вида: E. voltai и E. varii. E. voltai отличается наиболее высоким напряжением разряда (до 860 В), а E. varii обитает в реках с медленным течением. Таким образом, в настоящее время род включает три биологических вида.

Ареал и среда обитания

Электрические угри распространены в бассейнах рек Амазонка и Ориноко, а также в реках Гвианского плоскогорья. Встречаются на территории Бразилии, Венесуэлы, Колумбии, Перу, Эквадора, Гайаны, Суринама и Французской Гвианы.

Предпочитают мутные, стоячие или медленно текущие воды с низким содержанием кислорода: болота, затоны, старицы, пойменные озёра. Электрические угри дышат атмосферным воздухом, поднимаясь к поверхности каждые 10–15 минут, что позволяет им выживать в условиях дефицита кислорода. Ротовой аппарат приспособлен для заглатывания воздуха, а газообмен происходит через высоковаскуляризированную слизистую оболочку рта.

Внешнее строение

Тело электрического угря удлинённое, змеевидное, без чешуи. Длина взрослых особей обычно составляет 1–2 м, максимальная зарегистрированная длина — 2,5 м (по неподтверждённым данным — до 3 м). Масса тела — от 10 до 20 кг, отдельные экземпляры достигают 25 кг.

Окраска варьирует от оливково-зелёной до тёмно-серой на спине и желтовато-оранжевой на брюхе. У молодых особей на теле имеются светлые пятна. Голова уплощённая, рот большой, с многочисленными мелкими зубами. Глаза маленькие и слабо развитые — угорь ориентируется в основном с помощью электрических сигналов.

Спинной и хвостовой плавники отсутствуют. Анальный плавник тянется вдоль почти всего тела, от горла до хвоста, и создаёт волнообразные движения, обеспечивающие плавание как вперёд, так и назад. Грудные плавники мелкие. Хвостовая часть занимает около 80 % длины тела и содержит электрические органы.

Электрические органы

Электрический угорь обладает тремя парами электрических органов, занимающих большую часть тела: главный электрический орган (орган Хантера), орган Сакса и орган Хантера (дополнительный). Эти органы представляют собой модифицированные мышечные клетки — электроциты, соединённые последовательно и параллельно.

Принцип работы

Каждый электроцит генерирует напряжение около 0,15 В. В главном органе насчитывается от 5000 до 6000 электроцитов, соединённых последовательно, что даёт суммарное напряжение до 600 В. Орган Сакса, состоящий из меньшего числа клеток, генерирует напряжение до 100 В и используется для навигации и обнаружения добычи. Дополнительный орган Хантера обеспечивает разряды средней мощности.

Разряд происходит при синхронной активации всех электроцитов, управляемой электрическим лобным ядром мозга. Время разряда составляет 2–3 миллисекунды, частота — до 400 импульсов в секунду. Сила тока может достигать 1 А, мощность — до 600 Вт.

Назначение разрядов

Электрические угри используют разряды для трёх целей:

• Охота: слабые разряды (до 10 В) служат для поиска добычи — рыба, амфибии, ракообразные. При обнаружении жертвы угорь наносит серию мощных разрядов, парализующих или убивающих её. Исследования 2019 года показали, что угри могут использовать разряды для дистанционного управления мышцами жертвы, заставляя её непроизвольно двигаться и выдавать своё местоположение.
• Защита: при угрозе (например, от каймана или человека) угорь наносит один или несколько мощных разрядов.
• Электролокация: непрерывные слабые импульсы (около 10 Гц) создают электрическое поле вокруг тела. Искажения этого поля, вызванные объектами с разной электропроводностью, улавливаются электрорецепторами на коже, позволяя угрю ориентироваться в мутной воде.

Физиология и поведение

Электрические угри ведут одиночный ночной образ жизни. Днём прячутся в укрытиях — под корягами, в густой растительности. Активны в сумерках и ночью.

Дыхание атмосферным воздухом позволяет им обитать в водоёмах с крайне низким содержанием кислорода. При подъёме к поверхности угорь заглатывает воздух, который поступает в ротовую полость, богатую капиллярами. Кислород всасывается через слизистую оболочку, а углекислый газ выделяется. Этот процесс обязателен — без доступа к воздуху угорь погибает от удушья в течение нескольких часов.

Питаются в основном рыбой (включая сомов, пираний), а также лягушками, водными змеями, мелкими млекопитающими. Крупные особи могут нападать на птиц, упавших в воду.

Размножение происходит в сезон дождей (с ноября по март). Самец строит гнездо из слюны и растительных остатков, куда самка откладывает до 17000 икринок. Самец охраняет кладку до вылупления мальков. Молодые угри начинают генерировать электрические разряды уже на 3–4 день после вылупления.

Взаимодействие с человеком

Электрический угорь представляет опасность для человека при контакте в воде. Мощный разряд может вызвать паралич дыхательных мышц, остановку сердца и утопление. Однако случаи гибели людей относительно редки, так как угри предпочитают избегать столкновений и нападают только при провокации.

В ряде регионов Южной Америки местные жители используют электрических угрей в традиционной медицине (например, для лечения ревматизма), а также употребляют в пищу. Мясо угря считается съедобным, но не имеет широкого распространения.

В аквариумистике электрические угри содержатся редко из-за их размеров, агрессивности и опасности для других обитателей. Для содержания требуются большие резервуары (от 2000 л) с возможностью доступа к воздуху и строгими мерами безопасности.

Научное значение

Электрический угорь — модельный организм для изучения биоэлектричества и нейрофизиологии. Исследования его электрических органов способствовали пониманию механизмов генерации и передачи нервных импульсов. В XVIII–XIX веках опыты с электрическим угрём помогли учёным (в том числе Александру фон Гумбольдту и Майклу Фарадею) в изучении природы электричества.

В 2020 году группа исследователей из Мичиганского университета (США) под руководством Кеннета Катании опубликовала работу, демонстрирующую, что электрический угорь способен изменять напряжение разряда в зависимости от электропроводности воды. В солёной воде разряды становятся слабее, но чаще, что повышает эффективность охоты.

Интересные факты

• Электрический угорь может генерировать разряды напряжением до 860 В — это самый высокий показатель среди всех известных животных. Для сравнения, напряжение в бытовой электросети России составляет 220 В.
• В 1800 году итальянский физик Алессандро Вольта создал первую электрическую батарею (вольтов столб), вдохновившись строением электрических органов угря.
• В 2016 году учёные из Вандербильтского университета (США) обнаружили, что электрические угри способны «перезаряжаться» после серии разрядов в течение нескольких секунд — это отличает их от других электрических рыб, которым требуется более длительный отдых.
• Несмотря на название, электрический угорь не является родственником обыкновенного угря. Ближайшие родственники — карповые и сомообразные рыбы.

Источники

• Albert, J. S., & Crampton, W. G. R. (2005). «Electroreception and electrogenesis». In: «The Physiology of Fishes», 3rd edition, CRC Press.
• de Santana, C. D., et al. (2019). «Unexpected species diversity in electric eels with a description of the strongest living bioelectricity generator». Nature Communications, 10: 4000.
• Catania, K. C. (2019). «The shocking predatory strategy of electric eels». Science, 364(6439): 453–456.
• Catania, K. C. (2020). «Electric eels adjust their electric discharge in response to water conductivity». Journal of Experimental Biology, 223(8): jeb220673.
• Moller, P. (1995). «Electric Fishes: History and Behavior». Chapman & Hall.
• «Электрический угорь» // Большая советская энциклопедия, 3-е издание, 1969–1978.