Электрические отношения рыб
Электрические разряды, генерируемые некоторыми рыбами, могут использоваться в качестве электрошокового оружия или локационной системы, помогающей рыбам ориентироваться в мутной воде. Однако обе эти функции – слишком специализированные, чтобы считать их первичными. Исходно электрические органы рыб, по-видимому, были маломощны и служили для внутривидового общения. В статье В.М. Ольшанского с коллегами увлекательно рассказана история изучения электрических рыб и представлены результаты экспериментов с азиатскими слабоэлектрическими сомами. В экспериментах показано именно коммуникативное поведение особей одного вида: агрессивное применение электричества в момент атаки при борьбе за территорию и, по-видимому, вполне дружеские электрические разряды, адресованные самкой – самцу во время спаривания.
О существовании электрических рыб известно с незапамятных времен. В трактатах древнегреческих, древнеримских, вавилонских авторов упоминается их чудотворная сила, с помощью которой врачи пытались лечить людей от головной боли, ревматизма и подагры. Однако до недавнего времени происхождение электрических органов рыб оставалось неясным.
«Трудно представить себе, какими шагами могло идти образование этих изумительных органов», - писал Чарльз Дарвин в «Происхождении видов». Дело в том, что в XIX веке ученым были знакомы по большей части сильноэлектрические рыбы, имеющие мощные электрические органы (разряд электрического угря достигает 600 В), которые – если эволюция действительно следует путем пошагового отбора и накопления мелких полезных вариаций – не могли возникнуть вдруг из ничего в готовом виде.
Очевидно, помимо сильноэлектрических рыб должны были существовать и их слабоэлектрические родственники, с которых отбор в этом направлении мог взять старт. По словам Дарвина, «было бы крайне смело утверждать, что не существовало никаких подходящих переходов, которыми могло идти градуальное развитие этих органов» (сам Дарвин приводит в качестве примера слабоэлектрической рыбы только ромботелого ската Raja). Но тогда встает вопрос: в чем польза от таких слабых органов, не позволяющих толком ни нападать, ни защищаться?
Известно, что первоначальная функция органа совершенно не обязательно должна совпадать с его функцией конечной, и смена рода деятельности органа благодаря преадаптации (см. также exaptation) в ходе эволюции – вполне закономерный процесс.
С течением времени, и с развитием чувствительной измерительной аппаратуры, круг рыб, генерирующих слабые электрические сигналы, действительно стал расширяться, но вопрос о роли слабого электричества в жизни рыб по-прежнему оставался открытым. В середине XX века ответ, казалось, был найден. В статье описана история открытия Гансом Лиссманом непрерывных разрядов рыбы гимнарха Gymnarchus niloticus, а также устройства и функций электрорецепторов, расположенных вдоль тела. Лиссманн обнаружил, что рыба реагирует на искажения своего электрического поля, привносимые сторонними объектами, и на чужие поля близкой частоты. Поверхность всего тела рыбы аналогична «электрическому глазу», позволяющему разглядывать картины электрических полей и служащему для локации, ориентации и сигнализации (см.: В.М.Ольшанский. Электрический глаз величиной во все тело).
Однако оказалось, что и это новооткрытое свойство, к сожалению, не объясняет происхождения сильных шоковых электрических органов. Все дело в слишком сложном и специализированном устройстве электрической системы лоцирующих рыб. «Мобильные телефоны и навигаторы сложней электрической дубинки и странно было бы утверждать, что сначала возникли маломощные локаторы, требующие очень сложной обработки в мозгу, а потом в процессе эволюции они трансформировались в мощные средства нападения и защиты со сравнительно простым управлением», – пишут авторы.
Электрические рыбы, как правило, имеют электрический орган – батарею синхронизированных клеток электроцитов, и электрорецепторы, улавливающие изменения силы тока и напряжения электрического поля. На страницах Журнала общей биологии ранее уже публиковались работы, посвященные происхождению, первичному назначению электрических органов и их дальнейшей специализации (Ю.А.Лабас., Е.Н.Глухова. 1999. Механизм расширения и смены биологических функций в филогенезе на примере специализированных электрогенераторных тканей рыб; Ю.А. Лабас, В.Г.Черданцев, Е.Н. Глухова. 2000. Цитоэмбриологические аспекты эволюции электрических органов рыб.). В этих работах отмечалось, что рецепторы рыб на очень малом расстоянии способны воспринимать электрические импульсы, возникающие даже при обычной мышечной деятельности, и была высказана гипотеза о том, что именно это свойство – выгодное при стайном и территориальном поведении, заботе о потомстве и других видах взаимодействия между особями – было подхвачено и усилено в процессе эволюции.
Описанные в статье опыты иллюстрируют как раз внутривидовые электрические отношения на примере азиатских сомов Clarias macrocephalus. У этих рыб нет постоянной генерации разрядов, как у видов, использующих электрическое поле для локации, что позволяет выявить корреляции между моментами разрядов и конкретными типами поведения.
Сомы, обладающие агрессивным территориальным поведением, будучи ссаженными в один аквариум, атаковали друг друга при помощи электрических разрядов. Оказалось, что атакующая рыба посылает разряд около 30 мВ, находясь почти вплотную к атакуемой особи. До тела атакуемой особи доходило всего 2-5 мВ, но даже такой разряд превышает чувствительность рецепторов сомов в тысячи раз. Это позволяет предположить, что электрический разряд, сопровождающий атаку, «ослепляет» противника и «подсвечивает» его для нападающего. Свои электрические свойства сомы проявляли только при наличии другой особи того же вида. Одиночно содержащиеся рыбы не генерировали разрядов даже при механическом раздражении.
Авторы предполагают, что до тех пор, пока размеры электрических органов невелики, их разряды действуют в основном на электрочувствительных рыб, но с увеличением в ходе эволюции размера этого органа – например, под действием внутривидовой конкуренции – сила электрического удара может преодолеть порог неспециализированного восприятия, что приводит к возникновению сильноэлектрических рыб.
Электрические воздействия оказались важны не только при агрессии, но и при любовных взаимоотношениях. Спаривание сомов представляет собой жестко запрограммированный ритуал с четким повторением множества деталей. Стереотипные движения включают в себя несколько фаз: амплексус, то есть тесное сплетение самца и самки, когда сом-самец плотно охватывает своим телом голову самки, неподвижное зависание пары, резкий поворот передней части тела самки и вымет половых продуктов. Обычно несколько спариваний следуют друг за другом, и всякий раз ритуал с точностью повторяется – «вплоть до ориентации усов». Было отмечено, что каждое спаривание азиатских сомов сопровождается генерацией одной специфической серии (пачки) из нескольких электрических разрядов, причем разряды всегда генерирует самка и непременно – в одной и той же взаимной позе ритуала. Так как выброс спермы самцом к этому моменту уже произведен, то электрические сигналы самки не могут служить приглашением к нересту. Однако разряд регистрировался до вымета икры. Авторы считают, что таким своеобразным способом самка призывает самца еще сильнее сжать тело в кольцо, протискиваясь через которое она сможет выдавить из себя икру. В пользу данного предположения свидетельствует тот факт, что самка азиатского сома никогда не будет выметывать икру в одиночестве – даже если ей придется из-за этого погибнуть.
В статье высказан еще ряд предположений о значении электрических разрядов при спаривании сомов, а также различные гипотезы о потаенном смысле электрической сигнализации в жизни рыб.
Исследования электрических рыб представляют не только теоретический интерес, хотя, безусловно, они чрезвычайно любопытны – и сами по себе, и в плане познания путей эволюции. Но эти исследования могут приносить и вполне материальный прок. В частности, В.М. Ольшанским с коллективом сотрудников Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН были предложены идеи систем локальной связи между аквалангистами, макеты систем контроля перекосов орудий лова и инклинометрические сенсоры, разработанные на базе моделей, заимствованных из электрокоммуникации рыб.
ЕЛЕНА БАДЬЕВА
По статье:
В. М. Ольшанский, О. А. Солдатова, Нгуен Тхи Нга. Эпизодические электрические разряды при социальных взаимоотношениях: пример азиатских клариевых сомов // Журнал общей биологии. Том 72. 2011. № 3. Май-июнь. С. 198-213.
