Журнал «Открытия и гипотезы» - Открытия и гипотезы, 2015 №05
Электрические рыбы бывают и пресноводными. В Африке египтяне и абиссинцы удивлялись электрическим сомам семейства Malapteruridae (300–400 вольт; они вынуждены давать более высокое напряжение, чем скаты, так как пресная вода хуже проводит электричество). В реках Южной Америки живет электрический угорь Electrophorus electricus — у крупных рыб этого вида напряжение достигает 600 вольт. Это о нем говорится в фантастической трилогии «Алюмен» Генри Лайона Олди, действие которой происходит в первой половине XIX века.
«Над водой… возникла узкая, приплюснутая голова на длинной шее. Голая кожа — бурая, в темных пятнах; нижняя челюсть и горло — ярко-оранжевые, как листья рябин в начале осени. Рыба? змей?!» Электрических угрей, согласно сюжету романа, привозит в Европу знаменитый датский физик Ганс Христиан Эрстед.
Натуралисты далеко не сразу поверили, что эти рыбы наносят удар именно электричеством. Предполагали, например, что они каким-то загадочным способом «замораживают» человеческую руку или стремительно бьют по ней. Уже было известно, что и живые существа, и вода проводят ток, поэтому утверждение, что проводник, плавающий в проводнике, генерирует электричество, не могло быть принято без веских доказательств. В июне 1772 года член Королевского общества сэр Джон Уолш специально привозил французским рыбакам лейденскую банку, чтобы они сравнили эффект от ее разряда с ударом ската. Добровольцы уверенно ответили ученому англичанину, что ощущения такие же.
«Те, что предсказывали и показали связь электричества со страшными атмосферными молниями, со вниманием узнают о том, что в глубине океана электричество существует в виде кроткой молнии, молчаливой и невидимой. Те, что анализировали заряженные банки, с удовольствием увидят, что их законы справедливы и для живых банок. Те, кто стал электриком благодаря разуму, с уважением отнесутся к электрику по инстинкту, которого природа с самого рождения одарила чудесным аппаратом и способностью пользоваться им», — так писал Уолш, обращаясь к Бенджамину Франклину. По просьбе Уолша Генри Кавендиш создал модель электрического ската, которую «запитали» от батареи лейденских банок и погрузили в подсоленную воду.
Опыты с моделью убедили естествоиспытателей в электрической природе разрядов живых рыб. (Кстати говоря, сам Кавендиш, сильно опережая свое время, был в этом убежден. Именно он впервые получил при разряде угря искру — «чистое электричество».)
В следующее десятилетие начал свои эксперименты Луиджи Гальвани, доказывая, что электрические явления лежат в основе нервно-мышечного взаимодействия и что они, следовательно, распространены в живой природе повсеместно.
В то время таинственная общность между небесной молнией, наэлектризованными телами, металлическими пластинами в солевых растворах, нервами и мышцами животных привлекала внимание всех образованных людей. Она вызывала к жизни гипотезы не менее фантастические, чем у Генри Лайона Олди, и она же вдохновила ученых на исследования, которые, в конечном счете, дали нам понимание природы нервного импульса и устройства нервной системы. Это отдельная и очень интересная тема, но сейчас вернемся к электрическим рыбам.
Алессандро Вольта называл свое устройство для получения электричества «искусственным электрическим органом», подчеркивая его сходство с органами рыб.
Вольтов столб (1799) состоял из одинаковых контактных пар металлов, собранных в столбик, одинаково ориентированных и разделенных влажными тканевыми дисками. Напряжение между крайними металлами было пропорциональным количеству пар.
Естественный электрический орган рыб состоит из специальных клеток — электроцитов, также соединенных последовательно (рис. 1).
Рис. 1. Нервные окончания, соединенные с мышечными клетками (а) и с электроцитами (б). Принцип один и тот же, но отличается пространственная организация: электроциты, собранные в столбик, подобно контактным парам вольтова столба, создают заряд с одной и той же стороны. Справа (в) — структура нервно-мышечного синапса.
Каждая клетка представляет собой пластинку, к которой подходит нерв. Клетки электроцитов возбуждаются одновременно (что для обычных мышечных клеток не характерно) и создают заряд с одной и той же стороны, как батарейки в «гнезде».
Вольта выстроил свой столб, чтобы усилить эффект, слишком слабый всего в одной паре контактирующих металлов.
Электрическому угрю, чтобы получить напряжение 600 вольт, нужно включить последовательно не менее 4000 клеток. А чтобы получить еще и достаточно сильный ток, столбиков клеток должно быть много. В итоге электрические батареи занимают значительную часть тела рыбы, изрядно потеснив все остальные органы, которые к тому же приходится защищать от собственных разрядов.
Тем не менее, игра стоит свеч. Электрическое оружие не только позволяет скату, угрю и сому успешно охотиться, оглушая или даже убивая более мелких рыб и беспозвоночных, но и защищает от врагов. Если хищнику случалось иметь дело с электрической рыбой, то, увидев ее вновь, он сразу поймет, что не настолько голоден.
Электрическая «головоломка Дарвина»Эта проблема встает перед теорией эволюции всякий раз, когда необходимо объяснить происхождение высокоспециализированного органа. Ясно, что крыло, позволяющее летать по воздуху, дает преимущества своему владельцу. Но как быть с промежуточными формами? Какой прок в передней конечности, которая еще не пригодна для полета и уже не пригодна для бега? Животное с такой мутацией скорее будет менее приспособленным, чем его «нормальные» сородичи! А значит, говорят антидарвинисты, естественный отбор не должен поддерживать начальные стадии образования специализированного органа. Кстати, для многих таких органов промежуточных форм и не найдено, они возникают как будто сразу в готовом виде. И начинается: Дарвин, возможно, был не прав, теория эволюции, возможно, ошибочна…
Тем, кто «Происхождения видов» не читали, но осуждают, будет интересно узнать, что первым обратил внимание на эту проблему сам Дарвин. А в качестве одного из примеров «исключительных трудностей теории» он выбрал электрических рыб.
Электрические органы, писал Дарвин, встречаются в различных группах рыб, о которых немыслимо предположить, что они имеют общего предка. (Загляните в начало статьи: совершенно несходные между собой семейства, разные части света…)
Однако и сами электрические органы, например, ската и угря не сходны между собой, поэтому искать общего предка нет резона — логичнее предположить, что эти органы возникли независимо. «Так. отпадает трудность, связанная с появлением, по-видимому, одного и того же органа у видов, находящихся в очень отдаленном родстве; остается только меньшая, но все же достаточно большая трудность, именно: какими шагами шло развитие этого органа в каждой отдельной группе рыб». Если полезное приспособление возникало неоднократно, то и переходных форм, по идее, должно быть много. И где же они?
Недостающие звенья ищут в палеонтологической летописи либо среди родственных видов, у которых специализация не зашла так далеко. Но если про недостающее звено между лапой и крылом, по крайней мере, заранее известно, что это должна быть передняя конечность необычного вида, то предсказать, на что будет похож прототип электрического органа, гораздо сложнее. Или этот орган есть у животного, или его нет, причем первый случай — большая редкость (так казалось в XIX веке). И как в той же главе отмечает Дарвин, «геология не дает никаких оснований предполагать, что большинство рыб обладало некогда электрическими органами, утраченными их модифицированными потомками».
С крылом эволюционисты разобрались — и промежуточные формы обнаружили, и объяснили, каким образом «незаконченные» органы могли повышать приспособленность. (Например, «протокрыло» предков рукокрылых, непригодное для беганья, хорошо отводилось в сторону, а значит, с такой конечностью было удобно лазить по толстым стволам деревьев.) Повидимому, каждое приспособление, возникшее в ходе эволюции, на ранних стадиях формирования уже приносило своему обладателю пользу. Хотя и не всегда в той же области, что «последняя версия».
Что касается электрических органов, возможное направление исследований наметил Дарвин в той же главе «Происхождения видов». “Общепризнано близкое сходство этих органов с обыкновенными мышцами как по внутреннему строению и распределению нервов, так и по воздействию на них различных реактивов. <…>
Далее этого наше объяснение в настоящее время не простирается, но <…> было бы крайне смело утверждать, что не существовало никаких подходящих переходов, которыми могло идти развитие этих органов».
