С электрической активностью живого исследователи сталкиваются на каждом шагу. Выше уже не раз упоминалось о ней в связи с функционированием нейрона, некоторыми видами рецепции и другими вопросами бионики. Электрическая активность проявляется у высокоорганизованных организмов и у простейших, в различных органах животных и у водорослей.

По свидетельству журнала «Science» способностью генерировать электрический ток обладают водоросли, сходные с хлореллой и обитающие в мелких заливах техасского побережья Америки. Размножаясь, эти водоросли образуют подобие ковра, заслоняющего нижние слои от солнечного света. В результате резко отличных условий жизнедеятельности между верхним и нижним слоями создается разность потенциалов порядка 0,5 в. Это напряжение обеспечивает ионный механизм питания водорослей за счет направленного перемещения ионов азота и фосфора.

В популярной научной литературе часто встречаются упоминания о работах по созданию биоэлементов, в которых используется энергия окислительно-восстановительных процессов, протекающих в морской воде благодаря жизнедеятельности микроорганизмов. В качестве примера такого способа получения энергии упоминается о получении с помощью бактерий горючих газов из органических отходов. Существуют даже опытные энергетические установки такого типа. Другой вариант возможного решения задачи связан с созданием электрических элементов, электроды которых находятся в сосуде, содержащем бактерии и запас корма. Так, в литературе есть описание элементов, в которых электродами являются медная и алюминиевая пластинки, опущенные в водный раствор смеси дрожжевых грибков (или грибков плесени хлеба) с размельченным в порошок рисом. Возникающие в этой смеси процессы брожения сопровождаются выделением электрической энергии. К такому же типу биоэлементов относится, по-видимому, и элемент с непосредственным превращением химической энергии в электрическую с помощью серобактерий. В опытной установке достигалось напряжение около 0,5 в при токе более 1 ма на протяжении нескольких месяцев.

Исторически первым подводным жителем, обладающим мощной «электрической батареей» стал известен скат Torpedo, поражающий жертву электрическим током силой около 1 а, напряжением свыше 220 в.

Электрическая активность водных животных ярко проявляется в механизмах электрорецепции рыб по крайней мере трех семейств – Gymnotidae, Gymnarchi-dae и Mormyridae.

Эти рыбы обладают явно выраженными электрическими органами, с помощью которых генерируются низковольтные (порядка 1 в) импульсы либо в виде отдельных «залпов», либо в виде непрерывной длительной импульсации. Частота повторения импульсов – от 60 до 1000 в секунду и более. Длительность отдельного импульса от 10 до 0,2 мсек, а иногда и меньше. Эту активность относят к рецепторной, потому что многочисленные данные о поведении рыб явно доказывают факт использования этих сигналов для ориентации по отношению к разным объектам, находящимся или появляющимся вблизи рыбы.

В связи с феноменом электрорецепции часто упоминают мормируса – нильского водяного слона, который обитает в сильно загрязненных, мутных водах Нила. Источник электроэнергии с напряжением 4–6 в расположен у него в хвостовой части тела. Отраженные от подводных объектов импульсы воспринимаются приемником, расположенным в зоне спинного плавника. Высказываются разные предположения о механизме работы этой биоэнергетической установки. Наряду с наиболее простым проведением аналогии между этой системой и локатором, некоторые ученые склонны связывать механизм поиска и обнаружения у мормируса и подобных рыб с новыми представлениями о специфичном гидроническом излучении.

Другие ученые предполагают, что мормирус обнаруживает предметы не локационным методом, а путем измерения с высокой точностью (до 10-12 а) средней плотности растекания тока в окружающей среде с последующим определением искажений формы изопотенциальных линий, возникающих в воде вследствие неоднородностей, вносимых разными предметами.

Литературные данные о структурной организации биоэнергетической системы мормируса очень схематичны. Некоторые биологи связывают формирование биоэлектрических структур с особым способом развития мышечной ткани. Эти представления возникли еще в связи с изучением электрического угря (Electrophorus), который способен генерировать ток в 1 а при напряжении 600 в (для других подвидов – до 60 а при напряжении 60 в), которым он оглушает или убивает свою жертву. Источником электрического разряда здесь служат видоизмененные в процессе эволюции нервно-мышечные соединения. Способность к мышечному сокращению постепенно была утрачена, а потенциал действия в 60 в, вызываемый освобождением ацетилхолина под влиянием нервных импульсов, сохранился. Более того, многочисленные специализированные клетки нового типа (в форме призм с диаметром основания от 4 до 8 мм) структурно упорядочены последовательными и параллельными соединениями, образуя под кожей угря электробатареи с общим количеством элементов от 102 до 104, занимающих до 40% поверхности тела рыбы. Вес батареи может составлять 1/4, а то и 1/3 веса рыбы. Одновременный разряд этой батареи и создает нужный эффект. Тело электрического угря покрыто слизью, которая обладает электропроводностью, в 20–30 раз превышающей электропроводность пресной воды.

К настоящему времени накоплены многочисленные данные о проявлении биоэлектрических механизмов; кроме того, проводимые биохимические и биофизические исследования разрешают надеяться, что в ближайшее время можно ожидать значительных успехов в этом перспективном направлении бионики моря.

Предыдущая глава: Исследования иоэнергетики

Следующая глава: Механизм биолюминесценции