Текст книги "Электричество в жизни рыб"

Автор книги: Александр Лаздин

Соавторы: Владимир Протасов
сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 6 страниц)

Другое преимущество природных приемов лова и отпугивания рыб, основанных на применении электрических полей, состоит в том, что электрические рыбы, как правило, используют комбинации сигналов разной модальности. Параллельно с генерированием электрических полей определенного характера они излучают электрические поля иных параметров, звуки, оптические сигналы, а также используют побочные действия электрического тока (гидродинамические возмущения, обогащение воды кислородом). Угорь, например, во время охоты часто комбинирует постоянное и импульсные поля. В заморных водоемах его разряды обогащают воду кислородом, который и привлекает к угрю мелких рыб и лягушек. Американский звездочет подманивает жертву, периодически выбрасывая красный язычок, похожий на червяка. Хищник оглушает электрическим разрядом подплывающих рыб и захватывает их.

Электрический сом в оборонительных ситуациях совместно с электрическими разрядами испускает характерные резкие шипящие звуки. Такие звуки, хорошо распространяющиеся в воде, усиливают действие электрических полей (безусловнорефлекторный раздражитель) и приобретают значение сигнала предупреждения (условнорефлекторная реакция). Воздействие электрических пульсирующих полей, сопровождающихся акустической пульсацией такой же частоты, может привести верховку в шоковое состояние (электронаркоз), хотя напряженность этих полей недостаточна для достижения подобного результата.

Эффективность воздействия на рыб электрических полей в комбинации с другими сигналами очевидна. Между тем в практике рыбного хозяйства разработки устройств, основанных на комплексном действии различных сигналов, только начинаются. Так, при разработке некоторых приемов бессетевого лова электрические поля удачно комбинируются со светом.

В Мексиканском заливе была испытана система, которая состояла из стоящей на якоре платформы, окруженной большим количеством пластиковых плотов, напоминающих по форме палатки. Известно, что в дневное время некоторые виды рыб ищут затемненные места, где чувствуют себя в большей безопасности, и собираются под плавающими на поверхности воды предметами. В данном случае рыбы днем собирались под плотами, а с наступлением темноты свет электрических ламп привлекал их к центральной платформе, где под воздействием электрического поля они сразу же попадали в зону всасывания рыбонасоса.

Для отпугивания рыб от плотин эффективно применение электрических полей в сочетании со звуковыми сигналами. В спортивном рыболовстве возможно применение электрических удочек, привлекающих рыбу с помощью двух различных раздражителей: обычной, «зрительной», приманки и электрического поля, вызывающего у рыб анодную реакцию – стремление приблизиться к положительному электроду.

Таким образом, одно из перспективных направлений при разработке новых приемов использования электрических полей в рыбном хозяйстве – комбинирование их с другими сигналами.

Большой интерес для электробиологии представляет сопоставление полей, используемых электрическими рыбами для лова и обороны, с полями, применяемыми в практике рыболовства. Все рыбы и в пресной и в морской воде создают импульсные электрические поля: в морской воде, в связи с ее большей проводимостью, они характеризуются невысокой напряженностью и значительной плотностью тока, в пресных водоемах имеют высокую напряженность и малую плотность тока. Электрические поля постоянного тока рыбы не применяют, по-видимому, из-за большого расхода энергии для их генерации.

Каковы характеристики импульсных электрических полей рыб и их отличие от полей, разработанных экспериментально и применяемых в практике рыболовства?

Относительно действия на рыб искусственных импульсных электрических полей существуют различные, иногда противоречивые мнения. Большинство исследователей, сопоставляя действие импульсных и постоянных или переменных полей, утверждают, что импульсные поля обычно не возбуждают у рыб анодной реакции, а лишь отпугивают их. Однако электрические рыбы, используя импульсные поля, фактически управляют поведением своих жертв или врагов, заставляя их двигаться к себе или спасаться бегством. Характерно, что импульсные поля, применяемые всеми электрическими рыбами для привлечения жертв и обороны, различны.

Так, охотничьи разряды сома состоят из гораздо большего количества импульсов, чем для обороны. Если оборонные включают 3—67 импульсов, то охотничьи – 14—462 импульсов (в среднем меньше 300). Другая отличительная особенность – различие в характере изменения частоты их следования. В оборонных разрядах частота следования импульсов снижается резко быстро, в охотничьих – медленно, постепенно.

Длительность и число импульсов в охотничьих разрядах связаны с соотношением размеров сома и его жертвы. При захвате и заглатывании мелких объектов разряды относительно коротки – в среднем 71,2 импульса. Сом длиной 16 см при захвате рыбы размером 5,5 см (менее 30% длины сома) генерирует до 297 импульсов (при средней продолжительности разряда 4,8 с). В технике электролова, основанного на импульсных полях постоянного тока, количеству импульсов, обеспечивающих анодные реакции, придается большое значение.

По мнению некоторых ученых, от числа импульсов зависит эффект привлечения, отпугивания или оглушения рыбы. Исследования показали, что для каждого вида (и размера) рыб в привлекающем или отпугивающем их электрическом разряде существует оптимальное количество импульсов. В процессе охоты частота следования импульсов у сома меняется. Она увеличивается или уменьшается в зависимости от поведения и состояния жертвы. В самом начале частота следования импульсов достигает максимальной величины (до 150 импульсов в секунду при температуре 28°), а в конце она падает. Но снижение частоты в зависимости от поведения объекта может смениться повторным и даже многократным ее возрастанием. Амплитуда разрядов и импульсов сома относительно невелика (180—360 В). У сома длиной 21 см средняя мощность разряда обычно составляет 8 Вт, а максимальная мощность каждого импульса – 32 Вт.

Ученые, исследовавшие действие на рыб сильных электрических полей, установили, что анодная реакция проявляется у них при определенных значениях как частоты импульсов, так и напряжения. Для пресноводных рыб длиной от 6 до 27 см критические значения частоты следования импульсов, вызывающих анодную реакцию, составляют 30—100 импульсов в секунду. Разряды с более высокой частотой импульсов при тех же величинах амплитуды вызывают у рыб электронаркоз. Таким же образом влияет на рыб и увеличение амплитуды (напряжения) импульсов.

Токи, используемые при электролове пресноводных рыб, обычно достигают напряжения 800 В при мощности импульсов 80—400 Вт. Поэтому естественно, что электрические агрегаты, работающие в постоянном режиме (при неизменной частоте и напряжении импульсов), создают не только зону привлечения (вдали от электродов), но и зону наркоза вблизи электродов, в которой рыба впадает в шок и гибнет. Именно в связи с этим применение существующих агрегатов для лова рыбы наносит существенный ущерб рыбному хозяйству.

Импульсы же, используемые для охоты электрическими рыбами (угрем, сомами и др.), имеют характерную форму и продолжительность. Как правило, это импульсы с крутым фронтом нарастания тока и постепенным его снижением. Другими словами, в начале импульса напряжение быстро повышается, а затем постепенно снижается. У электрического угря такие импульсы имеют пилообразную форму (см. рис. 4), у электрического сома форма импульсов сходна с формой нервно-мышечных импульсов (см. рис. 5).

Импульс электрического сома длиной 15,5 см имеет длительность, равную 1,88 мс. Резкое возрастание амплитуды длится 0,66 мс, а постепенное снижение – 1,22 мс.

Целесообразно сопоставить форму и продолжительность импульсов электрических рыб с аналогичными характеристиками оптимально действующих импульсов, полученных в опытах по действию на рыб искусственных электрических полей. Оказывается, что наиболее эффективно на рыб действуют именно импульсы с крутым фронтом нарастания тока и постепенным его снижением при продолжительности импульса 1—1,5 мс. Это же подтверждают некоторые ученые, исходя из представлений физиологии нервно-мышечной системы.

Экспериментально установлено, что при малых значениях продолжительности импульсов (менее 1 мс) наименьшее напряжение, при котором у рыб появляется первичная реакция, требуется при использовании импульсов прямоугольной формы. Почему же импульсы некоторых электрических рыб «неоптимальны»? Ответ довольно прост. Для генерации прямоугольных импульсов (продолжительностью менее 1 мс) требуется больший расход мощности, чем для импульсов, используемых электрическими рыбами.

Таким образом, работа природных систем электролова и работа промышленных электроагрегатов по принципу действия различны, хотя форма импульсов электрических рыб близка к применяемой в промысле. Природные основаны на комплексном действии сигналов; промышленные, как правило,– на использовании только электрического поля. Первые характеризуются активным режимом, вторые – пассивным. Импульсы рыб, используемые при охоте, отличаются от искусственных большей длительностью, большей частотой следования и сравнительно малой мощностью. При этом надо иметь в виду, что создаваемые рыбами электрические поля невелики. Очевидно, что принципы действия природных систем электролова рыб более эффективны, чем используемые в промышленном рыболовстве, и это необходимо учитывать при разработке и совершенствовании электроловильных установок.

Исключительные перспективы открывает моделирование электрических систем локации и связи рыб. Передача сигналов в воде с помощью электрических полей имеет большое преимущество, так как радиоволны в водной среде практически не распространяются, а недостатком акустической локации и связи является высокий уровень фоновых шумовых помех. Как известно, пока электрической связи в подводной технике не существует. В настоящее время как в Советском Союзе, так и за рубежом ведутся серьезные работы по созданию подобной аппаратуры. Проведенное советскими исследователями неполное техническое моделирование электрической системы связи рыб уже привело к разработке устройства, позволяющего осуществлять передачу информации из воды в воздух. Дальнейшие работы в этой области будут иметь огромное значение для развития техники подводной связи, столь необходимой, например, в океанологии и рыбном хозяйстве.

Заключение

Изучение электрического мира рыб открывает увлекательные перспективы для исследователя. В этой области еще много белых пятен. Помочь ихтиологам и физиологам перейти от гипотез к точному пониманию того, как действует, например, система электролокации рыб, могут физики и ученые других специальностей.

Каким образом рыбы координируют одновременный разряд отдельных электрических пластинок (ведь они находятся на разных расстояниях от центральной нервной системы)? Где находится центр, «запускающий» электрические генераторы рыб? Почему мощный разряд сильноэлектрических рыб не влияет на их собственную нервную систему? Какие стадии прошла электросистема рыб в своей эволюции? Наконец, как выработались электрические органы и рецепторы в процессе естественного отбора? Все эти вопросы еще ждут определенного ответа.

Несмотря на всю сложность теоретических вопросов электробиологии, некоторые ее достижения уже сегодня могут быть использованы на практике, прежде всего в рыбном хозяйстве. Приемы, используемые электрическими рыбами при лове добычи и обороне от врагов, отшлифованы эволюцией и являются природными моделями технических решений при разработке установок для электролова и отпугивания рыб. Дальнейший анализ электрической сигнализации и ориентации рыб будет способствовать возникновению новых приемов управления их поведением.

Мировой океан содержит огромные запасы пищевых ресурсов, которые в настоящее время практически но используются или используются нерационально. Рыбный промысел ведется по принципу простой охоты – «ищем, что есть, ловим, что можем». А между тем специалисты подсчитали, что с 1 га поверхности океана без ущерба для его ресурсов можно брать рыбы по весу в 2 раза больше, чем мяса с 1 га лучших пастбищ. Возможно, в будущем, используя сигнализацию рыб, человек научится их «пасти», регулировать численность, оберегать от врагов. Уже сейчас возможна разработка приборов для бесконтактной диагностики состояния, учета и пеленгации некоторых (особенно стайных) видов рыб.

В настоящее время на промысле широко используются сетевые зонды – гидроакустические приборы для прицельного лова рыбы, устанавливаемые на тралах. Они передают на судно по кабелю или гидроакустическому каналу информацию о положении косяка и раскрытии орудия лова. При использовании электрического канала связи аппаратура будет иметь меньший вес и более высокое качество связи.

Ученые еще мало знают о животном мире больших глубин. Не исключено, что биоэлектрические поля и сигналы используют не только рыбы, но, например, глубоководные кальмары или животные, о существовании которых человек пока не подозревает. Изучение биоэлектрической сигнализации поможет открыть многие тайны океана.

Латинские названия упоминаемых в книге рыб

Американский звездочет	Astroscopus guttatus
Американский сомик	Ameurus nebulosus
Африканский слоник	Gnathonemus petersii
Гимнарх	Gymnarchua niloticus
Гимнотус	Gymnotus carapo
Морская лисица	Raja clavata
Морской кот	Trygon pastinaca
Морской тропический сом	Plotosus anguillaris
Песчаная рыба	Gimnoramphichtys hypostomus
Стернах	Sternarchus
Черноморский звездочет	Uranoscopus scaber
Электрический скат	Torpedo
Электрический сом	Malapterurus electricus
Электрический угорь	Electrophorus electricus

Рекомендуемая литература

Беннет M.Механизм действия электрических органов – В кн: Современные проблемы электробиологии М, «Мир», 1964.

Берг А. И.Бионика и ее значение для развития техники – В кн: Бионика. М, «Наука», 1965.

Милн Л., Милн М.Чувства человека и животных. М, «Мир», 1966.

Пресман А. С.Электромагнитные поля в биосфере. М., «Знание», 1971.

Протасов В. Р.Биоакустика рыб. М, «Наука», 1965.

Протасов В. Р.Биоэлектрические поля в жизни рыб М, Изд-во ЦНИИТЭНРХ, 1972

Сочивко В. П.Очерки бионики моря. Л, «Судостроение», 1968

Уолтер Г.Живой мозг М, «Мир», 1966

Ходжкин А.Нервный импульс. М, «Мир», 1965

Холодов Ю. А.Влияние электромагнитных и магнитных полей на центральную нервную систему. М., «Наука», 1966

Холодов Ю. А.Реакции нервной системы на электромагнитные поля. М, «Наука», 1975

Шовен Р.От пчелы до гориллы М., «Мир», 1965.