Страница полузащищенная
Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см Электрический угорь (значения) .

Электрический угорь
Electric-eel.jpg
Электрический угорь в аквариуме Новой Англии , США
Научная классификация
Царство:
Animalia
Тип:
Хордовые
Класс:
Актиноптеригии
Приказ:
Gymnotiformes
Семья:
Gymnotidae
Род:
Электрофор
Разновидность:
E. electricus
Биномиальное имя
Электрофор электрический
( Линней , 1766 г.)
Синонимы

Gymnotus electricus

Электрический угорь ( электрофорная electricus , предложены и другие виды) [2] является южноамериканской электрической рыбой . До 2019 года считался единственным видом в своем роде. [2] Несмотря на название, это не угорь , а скорее рыба-нож . Он считается пресноводной костистью, содержащей электрогенную ткань, производящую электрические разряды. [3]

Анатомия

Сравнение трех видов Electrophorus

Электрический угорь имеет удлиненное цилиндрическое тело, обычно вырастающее примерно до 2 м (6 футов 7 дюймов) в длину и 20 кг (44 фунта) в весе, что делает его самым крупным видом Gymnotiformes . [4] Их окраска темно-серо-коричневая на спине и желтая или оранжевая на животе. У зрелых самок брюшко имеет более темный цвет.

У них нет весов. Рот квадратный и расположен на конце морды. Анальный плавник простирается по длине тела до кончика хвоста.

Как и у других рыб- остариофизов , плавательный пузырь имеет две камеры. Передняя камера связана с внутренним ухом серией мелких костей, происходящих из шейных позвонков, называемых аппаратом Вебера , что значительно улучшает его слуховые способности. Задняя камера проходит по всей длине тела и поддерживает плавучесть рыбы.

E. electricus имеет васкуляризованную дыхательную систему с газообменом, происходящим через эпителиальную ткань в ее ротовой полости . [5] Как обязательные дышащие воздухом, электрические угри должны подниматься на поверхность каждые десять минут или около того, чтобы вдохнуть, прежде чем вернуться на дно. Таким образом получается около восьмидесяти процентов кислорода, потребляемого рыбами. [6]

Несмотря на свое название, электрический угорь не имеет близкого родства с настоящими угрями (Anguilliformes), но является членом неотропического отряда рыб-ножей (Gymnotiformes), который более близок к сомам .

Физиология

Электрический угорь в аквариуме Новой Англии

Электрический угорь имеет три пары органов брюшной полости, вырабатывающих электричество: главный орган, орган Хантера и орган Сакса. Эти органы составляют четыре пятых его тела и дают электрическому угрю способность генерировать два типа разрядов электрических органов : низкое и высокое напряжение. Эти органы состоят из электроцитов , выстроенных в линию, так что через них может проходить ток ионов, и сложены таким образом, чтобы каждый из них увеличивал разность потенциалов. [7] Три электрических органа развиваются из мышц и демонстрируют несколько биохимических свойств и морфологических особенностей сарколеммы мышц; они расположены симметрично по обе стороны от угря. [3]

Когда угорь находит добычу, мозг посылает сигнал через нервную систему к электроцитам. [7] Это открывает ионные каналы, позволяя натрию проходить через них, на мгновение меняя полярность. Вызывая внезапную разницу в электрическом потенциале , он генерирует электрический ток аналогично батарее , в которой каждая сложенная пластина создает разность электрических потенциалов. [7]Электрические угри также способны управлять нервной системой своей жертвы с помощью своих электрических способностей; Управляя нервной системой и мышцами жертвы с помощью электрических импульсов, они могут удержать добычу от побега или заставить ее двигаться, чтобы определить ее положение. [8] [9]

У электрического угря от 5000 до 6000 уложенных друг на друга гальванических бляшек могут вызвать электрический ток силой до 860 вольт и током до 1 ампера . [10] [2] Электрические угри используют электричество разными способами. Низкое напряжение используется для определения окружающей среды. Высокое напряжение используется для обнаружения добычи и, отдельно, для ее оглушения. Пары импульсов высокого напряжения, разделенные 2 миллисекундами, используются для обнаружения и определения местонахождения добычи, заставляя ее непроизвольно подергиваться; электрический угорь ощущает это движение. Затем используется последовательность высоковольтных импульсов со скоростью до 400 в секунду, чтобы атаковать, оглушить или парализовать цель, и в этот момент электрический угорь применяет укус всасывающего кормления. [10]

Анатомия органов электрического угря, вырабатывающих электричество

Орган Сакса связан с электролокацией . [11] Внутри органа находится множество мышечных клеток, называемых электроцитами. Каждая клетка может производить только 0,15 В, хотя орган может передавать сигнал общей амплитудой почти 10 В и частотой около 25 Гц. Эти сигналы издает главный орган; Орган охотника может излучать сигналы с частотой в несколько сотен герц. [11]

Между тремя электрическими органами есть несколько физиологических различий, которые позволяют им выполнять очень разные функции. Главный электрический орган и секция сильного напряжения органа Хантера богаты кальмодулином , белком, который участвует в производстве высокого напряжения. [12] Кроме того, три органа имеют разное количество Na + / K + -АТФазы , которая представляет собой ионный насос Na + / K +, который играет решающую роль в формировании напряжения. [13] Главный орган и органы Хантера имеют высокую экспрессию этого белка, что придает ему высокую чувствительность к изменениям концентрации ионов, тогда как орган Сакса имеет низкую экспрессию этого белка.

Электрический угорь уникален среди Gymnotiformes тем, что имеет большие электрические органы, которые могут производить потенциально смертельные разряды, позволяющие им оглушить добычу. [14] Сообщалось о более высоких напряжениях, но типичного выходного сигнала достаточно, чтобы оглушить или отпугнуть практически любое животное. Молодь вырабатывает меньшее напряжение (около 100 В). Они могут изменять интенсивность электрического разряда, используя более низкие разряды для охоты и более высокие для оглушения добычи или защиты. Они также могут сконцентрировать выделения, свернувшись калачиком и соприкасаясь в двух точках вдоль тела. [15] При возбуждении они могут производить эти периодические электрические разряды в течение как минимум часа, не утомляясь.

Электрический угорь также обладает чувствительными к высокой частоте клубневыми рецепторами, которые распределены по его телу участками. Эта функция, по-видимому, полезна для поиска других Gymnotiformes. [11]

Электрические угри использовались в качестве модели при изучении биоэлектрогенеза . [16] Этот вид представляет определенный интерес для исследователей, которые используют его ацетилхолинэстеразу и аденозинтрифосфат . [17] [18]

Майкл Фарадей тщательно протестировал электрические свойства электрического угря, импортированного из Суринама . В течение четырех месяцев Фарадей тщательно и гуманно измерял электрические импульсы, производимые животным, прижимая к образцу фигурные медные лопасти и седла. С помощью этого метода Фарадей определил и количественно оценил направление и величину электрического тока и доказал, что импульсы животного на самом деле были электрическими, наблюдая искры и отклонения на гальванометре . [19]

Бионика

Исследователи из Йельского университета и Национального института стандартов и технологий утверждают, что можно создать искусственные клетки, которые не только воспроизводят электрическое поведение клеток электрического угря, но и улучшают его. Искусственные версии клеток угря, производящих электричество, могут быть разработаны в качестве источника энергии для медицинских имплантатов и других микроскопических устройств. [7]

Экология и история жизни

Место обитания

Электрические угри обитают в пресных водах бассейнов рек Амазонки и Ориноко в Южной Америке, в поймах рек, болотах, ручьях, малых реках и прибрежных равнинах. Они часто живут на илистом дне в спокойных или стоячих водах. [11]

Экология кормления

Электрические угри питаются беспозвоночными , хотя взрослые угри могут также потреблять рыбу и мелких млекопитающих , таких как крысы . Птенцы-первенцы поедают другие яйца и эмбрионы из более поздних кладок . [11] Молодь поедает беспозвоночных, таких как креветки и крабы .

Один из видов, электрический угорь Вольта ( Electrophorus voltai ), охотится группами. [20] [21]

Размножение

Электрический угорь известен своим необычным поведением при размножении. В засушливый сезон самец угря делает из своей слюны гнездо, в которое самка откладывает яйца. Из яиц в одном гнезде вылупляется до 3000 молоди. Самцы вырастают больше самок [22] [23] примерно на 35 см (14 дюймов). [24]

В зоопарках и частных коллекциях

Эту рыбу всегда интересовали некоторые коллекционеры животных, но поймать ее сложно, потому что единственный разумный вариант - утомить угрей, постоянно разряжая их электричество . [ необходима цитата ] Электрические органы рыбы в конечном итоге полностью разряжаются, позволяя коллекционеру пробраться в воду в относительной безопасности. [23]

Содержание электрических угрей в неволе затруднено и в основном ограничивается зоопарками и аквариумами, хотя некоторые любители держат их в качестве домашних животных.

Аквариум Теннесси в Соединенных Штатах является домом для электрического угря. Экспонат угря по имени Мигель Уотсон подключен к небольшому компьютеру, который отправляет заранее написанный твит, когда он излучает электричество с достаточно высоким порогом. [25] [26]

Таксономическая история

Вид настолько необычен, что его несколько раз реклассифицировали. Когда первоначально описанный Карла Линнея в 1766 году, он использовал имя Gymnotus electricus , поместив его в тех же рода , как Gymnotus carapo (ленточная knifefish) , который он описал несколько лет назад. Это было всего лишь около века спустя, в 1864 году, что электрический угорь был перенесен к своему собственному роду электрофорного по Теодору Гилл . [27]

Позже электрический угорь считался достаточно особенным, чтобы иметь собственное семейство, Electrophoridae, но с тех пор он снова был объединен в семейство Gymnotidae вместе с Gymnotus . [14] [28] [29]

В сентябре 2019 года К. Дэвид де Сантана и др. опубликованная работа, настоятельно предлагающая разделение Electrophorus electricus на три вида на основе расхождения ДНК, экологии и среды обитания, анатомии и физиологии, а также электрических способностей. Предлагаются три вида: E. electricus , E. voltai sp. ноя , и E. varii sp. ноя [2]

использованная литература

  1. ^ " Electrophorus electricus " . Красный список видов, находящихся под угрозой исчезновения МСОП . Проверено 7 июня 2014 .
  2. ^ a b c d de Santana CD, Crampton WG, Dillman CB, Frederico RG, Sabaj MH, Covain R, et al. (Сентябрь 2019 г.). «Неожиданное видовое разнообразие электрических угрей с описанием самого мощного генератора биоэлектричества в мире» (PDF) . Nature Communications . 10 (1): 4000. Bibcode : 2019NatCo..10.4000D . DOI : 10.1038 / s41467-019-11690-Z . PMC 6736962 . PMID 31506444 . Архивировано из оригинального (PDF) 10 сентября 2019 года . Проверено 10 сентября 2019 .   
  3. ^ a b Мермельштейн, Клаудиа душ Сантуш; Коста, Маноэль Луис; Моура Нето, Вивальдо (сентябрь 2000 г.). «Цитоскелет электрической ткани Electrophorus electricus, L.» Anais da Academia Brasileira de Ciências . 72 (3): 341–351. DOI : 10.1590 / S0001-37652000000300008 . ISSN 0001-3765 . PMID 11028099 .   
  4. Перейти ↑ Albert JS (2001). «Видовое разнообразие и филогенетическая систематика американских ножевых рыб (Gymnotiformes, Teleostei)». Разное. Publ. (190): 1–127. ЛВП : 2027,42 / 56433 .
  5. ^ Boutilier R (1990). Обмен газов у ​​позвоночных: от окружающей среды к клетке . Достижения в сравнительной физиологии и физиологии окружающей среды 6. Springer-Verlag Berlin. п. 285. ISBN 9783642753800.
  6. ^ Йохансен K, Lenfant C, Schmidt-Nielsen K, Петерсен JA (июнь 1968). «Газообмен и контроль дыхания электрического угря, Electrophorus electricus». Zeitschrift für vergleichende Physiologie . 61 (2): 137–63. DOI : 10.1007 / BF00341112 . S2CID 22364103 . 
  7. ^ a b c d Xu J, Lavan DA (ноябрь 2008 г.). «Разработка искусственных клеток для использования градиента концентрации биологических ионов» . Природа Нанотехнологии . 3 (11): 666–70. Bibcode : 2008NatNa ... 3..666X . DOI : 10.1038 / nnano.2008.274 . PMC 2767210 . PMID 18989332 .  
  8. ^ Гилл В (2014-12-04). «Электрические угри« дистанционно управляют добычей » » . BBC News .
  9. ^ "Электрические угри дистанционно управляют нервной системой жертвы" . 2015-02-17.
  10. ^ a b Catania KC (апрель 2019 г.). "Шок и трепет". Американский ученый . 320 (4): 62–69.
  11. ^ a b c d e Froese, Rainer and Pauly, Daniel, eds. (2005). " Электрофор электрический " в FishBase . Версия от декабря 2005 г.
  12. ^ Traeger Л.Л., Сабат G, Barrett-увядание Г.А., Скважины ГБ, Сассмен MR (июль 2017 г.). «Хвост двух напряжений: протеомное сравнение трех электрических органов электрического угря» . Наука продвигается . 3 (7): e1700523. Bibcode : 2017SciA .... 3E0523T . DOI : 10.1126 / sciadv.1700523 . PMC 5498108 . PMID 28695212 .  
  13. ^ Чинг Б., Ву Дж. М., Хион К. К., Бу М. В., Чу Си, Вонг В. П. и др. (2015-03-20). «Изоформы α-субъединицы Na + / K + -АТФазы (nkaα) и уровни их экспрессии мРНК, общее содержание белка Nkaα и кинетические свойства Nka в скелетных мышцах и трех электрических органах электрического угря, Electrophorus electricus» . PLOS ONE . 10 (3): e0118352. Bibcode : 2015PLoSO..1018352C . DOI : 10.1371 / journal.pone.0118352 . PMC 4368207 . PMID 25793901 .  
  14. ^ a b Нельсон Дж.С., Гранде Т.С., Уилсон М.В. (2016). Рыбы мира (5-е изд.). ISBN компании John Wiley & Sons, Inc. 978-1118342336.
  15. ↑ Catania KC (ноябрь 2015 г.). «Электрические угри концентрируют свое электрическое поле, чтобы вызвать непроизвольное утомление борющейся добычи» . Текущая биология . 25 (22): 2889–98. DOI : 10.1016 / j.cub.2015.09.036 . PMID 26521183 . 
  16. ^ Альберт JS, Zakon HH, Стоддард PK, Unguez GA, Holmberg SK, Sussman MR (2008). «Дело для секвенирования генома электрического угря, Electrophorus electricus». J. Fish Biol . 72 (2): 331–354. DOI : 10.1111 / j.1095-8649.2007.01631.x .
  17. ^ Simon S, Massoulié J (декабрь 1997). «Клонирование и экспрессия ацетилхолинэстеразы из Electrophorus. Сплайсинг 3'-экзонов in vivo и в трансфицированных клетках млекопитающих» . Журнал биологической химии . 272 (52): 33045–55. DOI : 10.1074 / jbc.272.52.33045 . PMID 9407087 . 
  18. ^ Циммерман Н, Denston CR (июль 1976). «Аденозинтрифосфат в холинергических пузырьках, выделенных из электрического органа Electrophorus electricus». Исследование мозга . 111 (2): 365–76. DOI : 10.1016 / 0006-8993 (76) 90780-0 . PMID 949609 . S2CID 5619963 .  
  19. Перейти ↑ Faraday M (1839). «Экспериментальные исследования в области электричества, пятнадцатая серия» . Философские труды Королевского общества . 129 : 1–12. DOI : 10,1098 / rstl.1839.0002 .
  20. ^ Рот, Энни (2021-01-14). «Охота на электрических угрей стаями, шокирующая добыча и ученых» . Нью-Йорк Таймс . ISSN 0362-4331 . Проверено 16 января 2021 . 
  21. ^ Бастос и др. (2021 год).
  22. Перейти ↑ Assunção MI, Schwassmann HO (1995). «Размножение и личиночное развитие Electrophorus electricus на острове Мараджо (Пара, Бразилия)». Ихтиологические исследования пресных вод . 6 (2): 175–184. ISSN 0936-9902 . 
  23. ^ a b Пайпер, Росс (2007), Необычные животные: Энциклопедия любопытных и необычных животных , Greenwood Press .
  24. ^ van der Sleen P, Albert JS, eds. (2017). Полевой справочник по рыбам Амазонки, Ориноко и Гвианы . Издательство Принстонского университета. п. 331. ISBN. 9781400888801. OCLC  1004848434 .
  25. ^ "Электрический угорь" . Аквариум Теннесси . Проверено 1 февраля 2015 года .
  26. Перейти ↑ Phillips C (16 января 2015 г.). «Щелкни, потрескай, твитни: Tennessee Tech помогает аквариумному электрическому угрю произвести фурор в социальных сетях» . Chattanooga Times Free Press . Проверено 1 февраля 2015 года .
  27. Перейти ↑ Jordan DS (1963). Роды рыб и классификация рыб . Издательство Стэнфордского университета. п. 330 .
  28. ^ van der Sleen P, Albert JS, eds. (2017). Полевой справочник по рыбам Амазонки, Ориноко и Гвианы . Издательство Принстонского университета. С. 330–334. ISBN 978-0691170749.
  29. ^ Феррари Jr CJ де Сантана CD, Vari RP (2017). «Контрольный список Gymnotiformes (Osteichthyes: Ostariophysi) и каталог основных типов» . Неотроп. Ихтиол . 15 (1). DOI : 10.1590 / 1982-0224-20160067 .

дальнейшее чтение

  • Бастос, Д.А., Зуанон, Дж., Пи-Даниэль, Л.С., и де Сантана, CD, (январь 2021 г.), «Социальное хищничество электрических угрей», Экология и эволюция . DOI : 10.1002 / ece3.7121
  • Катания К. (декабрь 2014 г.). «Шокирующий хищный удар электрического угря». Наука . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, 346 (6214): 1231–4. Bibcode : 2014Sci ... 346.1231C . DOI : 10.1126 / science.1260807 . PMID  25477462 . S2CID  14371418 .
  • Катания, KC (июнь 2016 г.). «Прыгающие угри наэлектризовывают угрозы, подтверждая рассказ Гумбольдта о битве с лошадьми» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 113 (25): 6979–84. DOI : 10.1073 / pnas.1604009113 . PMC  4922196 . PMID  27274074 .
  • Catania KC (сентябрь 2017 г.). «Передача энергии человеку во время шокового прыжка электрического угря» . Текущая биология . 27 (18): 2887–2891.e2. DOI : 10.1016 / j.cub.2017.08.034 . PMID  28918950 .
  • Палец S (2010). «Доктор Александер Гарден, линнеянин в колониальной Америке, и сага о пяти« электрических угрях » ». Перспективы биологии и медицины . 53 (3): 388–406. DOI : 10,1353 / pbm.0.0163 . PMID  20639607 . S2CID  8544900 .
  • Палец S, Piccolino M (2011). Шокирующая история электрических рыбок: от древних эпох до зарождения современной нейрофизиологии . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета.
  • Жерве Р. (2017). «Феноменологическое понимание и электрические угри» . Теория . 32 (3): 293–302. DOI : 10.1387 / theoria.17294 .
  • Отвес C (сентябрь 2010 г.). «Электрический удар» и «электрическая искра»: анатомы и эротизм на выставке электрических угрей Джорджа Бейкера в 1776 и 1777 годах ». Endeavour . 34 (3): 87–94. DOI : 10.1016 / j.endeavour.2010.06.003 . PMID  20674027 .
  • Traeger LL, Sabat G, Barrett-Wilt GA, Wells GB, Sussman MR (июль 2017 г.). «Хвост двух напряжений: протеомное сравнение трех электрических органов электрического угря» . Наука продвигается . 3 (7): e1700523. Bibcode : 2017SciA .... 3E0523T . DOI : 10.1126 / sciadv.1700523 . PMC  5498108 . PMID  28695212 .
  • Туркель WJ (2013). Искра из глубины: как шокирующие эксперименты с сильно электрической рыбой привели к научным открытиям . Балтимор: Издательство Университета Джона Хопкинса.

внешние ссылки

  • Образовательный фильм 1954 года об электрическом угре от Института науки Муди.