Искусные адаптации. Крот-звездонос, электрический угорь и другие чудеса эволюции - Кеннет Катания
Но как изучить воздействие тока, испускаемого угрем, на мышцы? Я безуспешно бился над этим вопросом, когда моя жена Лиз (тоже нейробиолог) предложила взять мертвую рыбу, у которой отдельные мышцы еще сохраняют активность. Действительно, с другими видами подобные опыты уже проводились. Например, экспериментаторы веками используют мышцы задних лап лягушки, поскольку они функционируют некоторое время после смерти особи (так, Гумбольдт изучал на лягушачьих лапках роль электричества в контроле движений тела). Если этот феномен наблюдается у целой, но мертвой рыбы – дело в шляпе.
Решение оказалось идеальным. Я закрепил рыбу на дне аквариума и прочной леской соединил ее с расположенным над водой датчиком усилия, который должен был зафиксировать силу сокращения мышц. Еще одной задачей было разделить хищника и жертву электропроницаемым барьером, чтобы не позволить угрю превратить мой эксперимент в свой обед.
В тот момент мне очень пригодился опыт работы в зоопарке. Я уже рассказывал, как много времени посвятил созданию электропроницаемых барьеров из желеобразного вещества (агарозы), опираясь на эксперименты Кальмейна с акулами, описанные в первой главе. Эксперименты с кротами в зоопарке результата не дали, зато я стал мастером по агаровым барьерам. В этот раз, чтобы угорь не пробил барьер, я укрепил желеобразное вещество нейлоновой сеткой. Оставалось самое простое: заставить угря сгенерировать высоковольтный импульс. Для этого достаточно было запустить в аквариум дождевых червей, ведь электрический угорь все-таки рыба. Угорь поразил их током и съел, а я в это время зафиксировал ответное сокращение мышц мертвой рыбы.
6.5. Схема эксперимента по оценке сокращения мышц рыбы в ответ на высоковольтный импульс, генерируемый электрическим угрем. Агаровый барьер электропроницаем, но не позволяет хищнику съесть рыбу. Датчик усилия используется для измерения силы сокращения мышц
Результат был достоин архимедовского возгласа «Эврика!» Уже через три миллисекунды после того, как угорь начал испускать электрические импульсы, я зафиксировал мощное сокращение всех мышц мертвой рыбы. Это время в точности соответствовало времени наступления паралича живой рыбы на видео в режиме замедленного воспроизведения. Более того, простой способ измерения силы сокращения мышц позволил провести и другие испытания. В итоге выяснилось, что разряды активируют мышцы не напрямую. Каждый из высоковольтных импульсов активирует нерв, который иннервирует конкретную мышцу9. Это означает, что электрические разряды представляют собой систему высокоточного дистанционного управления! Вода, являясь проводником, заменяет собой антенну: по ней электрический ток выходит из тела угря, достигает тела другого животного и перехватывает управление его мышцами.
6.6. Электрический угорь дистанционно активирует мышцы рыбы
Как и многие другие научные открытия, в ретроспективе этот вывод кажется очевидным. При этом результат, безусловно, выглядит круто. Но еще важнее то, что новое знание позволяет нам сменить угол зрения. В большинстве случаев исследования электрических угрей были, что совершенно логично, сфокусированы на электрических угрях. А теперь, когда мы знаем, что высоковольтные импульсы используются для проникновения в нервную систему находящегося рядом животного, мы можем узнать нечто совершенно новое, рассмотрев воздействие серии разрядов с точки зрения жертвы.
Интрига нарастает
В 1970-х годах ученый по имени Рихард Бауэр описал странное поведение электрических угрей во время охоты10. Он писал: «Появление жертвы в аквариуме возбуждает угря. Он начинает плавать кругами, но часто замирает в определенном углу аквариума. Во время этих пауз он испускает два высоковольтных импульса с интервалом в две миллисекунды». Бауэр описал эти отдельные «дуплеты». Их можно рассматривать как короткие разряды тока высокого напряжения, которые угорь генерирует для оценки среды, в частности во время охоты. Я наблюдал это поведение у всех электрических угрей, которых изучал, и понятия не имел, какие из этого следуют выводы. Наткнувшись на описание Бауэра, я решил изучить этот феномен более тщательно.
Что происходит с рыбой, когда электрический угорь генерирует высоковольтный дуплет? Для ответа на этот вопрос достаточно было провести измерения на мертвой рыбе с работающими мышцами (как описано выше). Оказалось, что, в отличие от длительной серии высоковольтных импульсов, парализующих мышцы, дуплет вызывает лишь краткое, но выраженное подергивание всего тела. На самом деле такое подергивание намного мощнее, чем любое намеренное сокращение мышц, поскольку ни рыба, ни человек не могут намеренно сократить сразу все мышцы тела. А вот электрический угорь способен вызвать это неестественное сокращение у любого находящегося рядом животного, погруженного в воду. Размер животного при этом не важен, что наглядно продемонстрировали лошади из знаменитого очерка Гумбольдта.
Пришло время добавить еще один кусочек пазла. Тело угря покрыто нейромастами – рецепторами, которые крайне чувствительны к колебаниям воды. Легкое постукивание по стенке аквариума или нарушение водной глади всего одной каплей воды обычно приводит к выработке полноценной серии высоковольтных импульсов и атакующему выпаду угря. Иными словами, если голодный электрический угорь ощущает в воде какое-либо волнение, его политика такова: «сначала бей током, вопросы потом». Следовательно, высоковольтные дуплеты могут быть для электрического угря способом спросить: «Ты живой?» – что на его языке означает: «Ты съедобный?» И на этот вопрос жертве приходится отвечать мощной судорогой всего тела.
Но насколько правдоподобна такая гипотеза? Угорь вполне мог бы использовать трюк с дистанционным управлением, чтобы заставить невидимую для него добычу двигаться и выдать свое местоположение. В конце концов, в природе электрические угри не золотых рыбок в аквариуме поедают. Дикие угри охотятся ночью, в темных водах Амазонки… Итак, я смог найти смысл в высоковольтных дуплетах электрического угря, но это вовсе не значило, что сам угорь вкладывал в них тот же смысл. Как говорил знаменитый астроном Карл Саган, «экстраординарные утверждения требуют экстраординарных доказательств». Сбор данных, которые подтвердили бы или опровергли бы гипотезу о применении дуплетов в охоте, выглядел сложной экспериментальной задачей.
6.7. Высоковольтный дуплет, генерируемый электрическим угрем, вызывает сокращение всех мышц тела находящегося рядом животного. Помогает ли это угрю обнаружить жертву?
Я уже фиксировал «атаки дуплетами» и мог сделать вывод, что иногда электрический угорь генерирует двойной импульс, после чего скрывающаяся жертва дергается, а угорь атакует ее полноценной серией высоковольтных разрядов. Но как убедиться, что угорь реагирует именно на судорогу своей жертвы? Может быть, иногда угри просто
