Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Электрорецепторы (ампулы Лоренцини) и каналы боковой линии в голове акулы
Ампуллы Лоренцини изнутри
Поры с ампулами Лоренцини в морде тигровой акулы
Ампулы Лоренцини у Scyliorhinus canicula

Лоренциниевых ампулы специальные чувствительные органы называют электрорецепторы , образуя сеть желе заполненного пор. В основном обсуждается, что они обнаруживаются у хрящевых рыб ( акул , скатов и химер ); однако сообщается, что они также обнаруживаются у базальных актиноптеригов, таких как вейник [1] и осетр . [2] Сообщалось также, что они есть у двоякодышащих рыб . [1] Teleosts заново разработали другой тип электрорецепторов. [2] Впервые они были описаныСтефано Лоренцини в 1678 году.

Эти органы чувств помогают рыбам ощущать электрические поля в воде. Каждая ампула представляет собой заполненный студнем канал, выходящий на поверхность через пору в коже и оканчивающийся скоплением небольших карманов, заполненных особой студенистой субстанцией. Ампулы в основном сгруппированы в группы внутри тела, причем каждый кластер имеет ампулы, соединяющиеся с разными частями кожи, но сохраняющие симметрию влево-вправо . Длина каналов варьируется от животного к животному, но распределение пор обычно индивидуально для каждого вида. Поры ампул отчетливо видны в виде темных пятен на коже. Они наделяют рыбу дополнительным чутьем, способным обнаруживать электрические и магнитные поля. а также температурные градиенты.

Способность чувствовать электрическое поле [ править ]

Ампулы обнаруживают электрические поля в воде или, точнее, разность потенциалов между напряжением в поре кожи и напряжением у основания электрорецепторных ячеек. [3] Положительное пор стимул будет уменьшать скорость нервной активности , поступающую с electroreceptor клеток, а отрицательный стимул пор приведет к увеличению скорости нерваактивность, исходящая от клеток электрорецептора. Каждая ампула содержит единственный слой клеток, который содержит электрически возбудимые рецепторные клетки, разделенные поддерживающими клетками. Клетки соединены апикальными плотными соединениями, поэтому между клетками не протекает ток. Апикальные поверхности рецепторных клеток имеют небольшую площадь поверхности с высокой концентрацией зависимых от напряжения кальциевых каналов и активируемых кальцием калиевых каналов. [4]Поскольку стенка канала имеет очень высокое сопротивление, вся разница напряжений между порами канала и ампулой падает на рецепторный эпителий, толщина которого составляет около 50 микрон. Поскольку базальные мембраны рецепторных клеток имеют более низкое сопротивление, большая часть напряжения падает на апикальные поверхности, которые возбудимы и находятся на пороге. Направленный внутрь кальциевый ток через рецепторные клетки деполяризует базальные поверхности, вызывая пресинаптическое высвобождение кальция и высвобождение возбуждающего медиатора на афферентные нервные волокна. Одно из первых описаний калиевых каналов, активируемых кальцием, было основано на исследованиях ампулы Лоренцини в коньках. Активированные кальцием калиевые каналы (ВК-каналы) с большой проводимостью недавно были продемонстрированы в ампуле путем клонирования.

Акулы могут быть более чувствительны к электрическим полям, чем любое другое животное, с порогом чувствительности всего 5 нВ / см. То есть5/1 000 000 000из вольта , измеренный в сантиметре длиной ампулы. Большие белые акулы способны реагировать на заряд в одну миллионную вольта в воде. [3] Все живые существа создают электрическое поле за счет мышечных сокращений, и акула может улавливать слабые электрические стимулы от мышечных сокращений животных, особенно добычи. [5] С другой стороны, электрохимических полей, создаваемых парализованной добычей, было достаточно, чтобы вызвать нападение акул и скатов в экспериментальных резервуарах; поэтому сокращения мышц не нужны для привлечения животных. Акулы и скаты могут находить добычу, закопанную в песке, или DC электрические диполи, моделирующие главную особенность электрического поля жертвы, закопанной в песок.

Любой движущийся проводник, такой как морская вода, индуцирует электрическое поле, когда присутствует магнитное поле, такое как у Земли. Электрические поля, создаваемые в океанических течениях магнитным полем Земли, имеют тот же порядок величины, что и электрические поля, которые акулы и скаты способны ощущать. Это может означать, что акулы и скаты могут ориентироваться на электрические поля океанических течений и использовать другие источники электрических полей в океане для локальной ориентации. Кроме того, электрическое поле, которое они создают в своих телах при плавании в магнитном поле Земли, может позволить им почувствовать свой магнитный курс.

Поведенческие исследования также предоставили доказательства того, что акулы могут обнаруживать изменения в геомагнитном поле. В одном эксперименте песчаных акул и зубчатых акул-молотов заставляли связывать пищевое вознаграждение с искусственным магнитным полем. Когда пищевое вознаграждение было снято, акулы продолжали демонстрировать заметную разницу в поведении, когда магнитное поле было включено, по сравнению с тем, когда оно было выключено. [6]

История [ править ]

В начале 20 века функция ампул не была ясно понята, и электрофизиологические эксперименты показали их чувствительность к температуре , механическому давлению и, возможно, солености . Лишь в 1960 году ампулы были четко идентифицированы как специализированные рецепторные органы для восприятия электрических полей . [7] [8] Ампулы также могут позволить акуле обнаруживать изменения температуры воды. Каждая ампула представляет собой пучок сенсорных клеток, содержащих несколько нервных волокон. Эти волокна заключены в заполненную гелем трубочку, которая имеет прямой выход на поверхность через пору. Гель - гликопротеинВещество на основе того же удельного сопротивления, что и морская вода , и имеет электрические свойства, аналогичные полупроводнику . [9] Это было предложено как механизм, с помощью которого изменения температуры преобразуются в электрический сигнал, который акула может использовать для обнаружения температурных градиентов, хотя это является предметом дискуссий в научной литературе. [10] [11]

Свойства материала [ править ]

Гидрогель, содержащий кератансульфат на 97% воды, имеет проводимость около 1,8 мСм / см, что является самым высоким показателем среди биологических материалов. [12] [необходим неосновной источник ]

См. Также [ править ]

  • Электрорецепция
  • Лимонная акула
  • Стефано Лоренцини , обнаружил ампулы Лоренцини
  • Акула

Ссылки [ править ]

  1. ^ Б Рот А, Tscharntke Н (октябрь 1976 г.). «Ультраструктура ампулярных электрорецепторов двоякодышащих и брахиоптеригии». Cell Tissue Res . 173 (1): 95–108. DOI : 10.1007 / bf00219268 . PMID  991235 .
  2. ^ a b Гиббс М.А., Норткатт Р.Г. (2004). «Развитие системы боковой линии у лопатоносного осетра». Brain Behav. Evol . 64 (2): 70–84. DOI : 10.1159 / 000079117 . PMID 15205543 . 
  3. ^ а б Бенедикт Кинг, Джон Лонг. «Как акулы и другие животные развили электрорецепцию, чтобы найти свою добычу» . Phys Org . Проверено 13 февраля 2018 .
  4. ^ Clusin, WT; Беннетт, М.В. (февраль 1977 г.). «Активированная кальцием проводимость в электрорецепторах ската: эксперименты с токовыми клещами» . Журнал общей физиологии . 69 (2): 121–43. DOI : 10,1085 / jgp.69.2.121 . PMC 2215012 . PMID 190338 .  
  5. ↑ Филдс, Р. Дуглас (август 2007 г.). "Электрическое чутье акулы" (PDF) . Scientific American . Проверено 2 декабря 2013 года .
  6. ^ Мейер, Карл G .; Holland, Kim N .; Папастаматиу, Яннис П. (2005). «Акулы могут обнаруживать изменения в геомагнитном поле» . Журнал Интерфейса Королевского общества . 2 (2): 129–130. DOI : 10,1098 / rsif.2004.0021 . PMC 1578252 . PMID 16849172 .  
  7. ^ Мюррей RW (1960). «Реакция ампул Лоренцини эластожаберных на механическую стимуляцию». J Exp Biol . 37 : 417–424.
  8. ^ Мюррей RW (1960). «Электрическая чувствительность ампул Лоренцини». Природа . 187 (4741): 957. DOI : 10.1038 / 187957a0 .
  9. ^ Браун BR (2003). «Измерение температуры без ионных каналов». Природа . 421 (6922): 495. DOI : 10.1038 / 421495a . PMID 12556879 . 
  10. ^ Поля, RD, Поля, KD, Поля, MC (2007). "Полупроводниковый гель в органах чувств акулы?" . Neurosci. Lett . 426 (3): 166–170. DOI : 10.1016 / j.neulet.2007.08.064 . PMC 2211453 . PMID 17904741 .  
  11. Перейти ↑ Brown BR (2010). «Температурный отклик в электросенсорах и тепловые напряжения в электролитах» . J Biol Phys . 36 (2): 121–134. DOI : 10.1007 / s10867-009-9174-8 . PMC 2825305 . PMID 19760113 .  
  12. ^ Эрик Э. Джосбергер; Пегах Хассанзаде; Инсинь Дэн; Джоэл Сон; Майкл Дж. Рего; Крис Т. Амемия; Марко Роланди (13 мая 2016 г.). «Протонная проводимость в ампулах желе Лоренцини» . Наука продвигается . 2 (5): e1600112. DOI : 10.1126 / sciadv.1600112 . PMC 4928922 . PMID 27386543 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • Канадская лаборатория исследования акул