Over dieren

Young Naturalist 1980-02, pagina 13

Pin
Send
Share
Send


Waarom een ​​oscilloscoop vissen

V. Istomin (Young Naturalist, No. 2/1980)

Toen ik voor het eerst in dit laboratorium verscheen, leek het me een dierentuin. Meer precies, naar dat paviljoen van de dierentuin, waar lange rijen aquariums zijn, achter de glazen waarvan zwaardvechters, guppy's, crucians en karpers hun staart met hun staart bewegen. Ook hier heerste het 'vissenrijk'. Planken met tientallen aquaria uitgestrekt langs de wanden van het laboratorium, op de zandbodem waarvan, alsof ze denken, snorren waren. Elk van hen had zijn eigen appartement - ze woonden alleen.

"Deze vissen werken echt voor de wetenschap," glimlachte een jonge wetenschapper, kandidaat voor biologische wetenschappen Vladimir Baron.

Toen ik het laboratorium leerde kennen, keek ik naar andere kamers. En er is elektronische apparatuur: oscilloscopen, voltmeters, hoogfrequente generatoren. Waarom hebben vissen een oscilloscoop nodig? Zo'n vraag stelde ik Vladimir.

"We bestuderen de rol van elektriciteit in hun leven," zei hij. - Weet je dat vissen een elektrische stroom kunnen genereren en een elektrisch veld kunnen waarnemen?

Wat wetenschappers me hier in het laboratorium van visoriëntatieproblemen aan het A. N. Severtsov Institute of Evolutionary Morphology and Animal Ecology van de USSR Academy of Sciences vertelden, was als science fiction.

De beroemde Amerikaanse wetenschapper, Nobelprijswinnaar fysicus R. Feynman zei ooit: "Er is praktisch geen natuurlijk fenomeen dat niet gepaard zou gaan met elektriciteit." En in feite komen elektrische fenomenen niet alleen voor in de levenloze natuur, ze zijn inherent aan alle levende dingen. Denk aan het feit uit het leerboek - voor het eerst werd elektriciteit ontdekt door de Italiaanse wetenschapper Galmani met behulp van een levend organisme, namelijk een kikker.

In de oudheid ontdekte de mens echter elektriciteit in vissen. Ik voelde eerder dat ik niet tegelijkertijd vermoedde dat het bestond. Dit concept bestond toen niet. De oude Grieken waren bijvoorbeeld op hun hoede om vissen in water te ontmoeten, die, zoals de grote wetenschapper Aristoteles schreef, "dieren gevoelloos maakt." De vis, die angst bij mensen veroorzaakte, was een elektrische oprit en droeg de naam "dashboard". En pas tweehonderd jaar geleden begrepen wetenschappers eindelijk de aard van dit fenomeen.

In de negentiende eeuw stelden wetenschappers vast dat alle levende weefsels en cellen bijzondere bronnen van elektrische stroom zijn en dat leven zonder elektriciteit niet kan bestaan. Vandaag weet elke student hiervan. Velen hebben gehoord van elektrische hellingen en palingen. Maar betekent dit dat de wetenschap al alles van vissen weet en er niets meer te ontdekken valt? Natuurlijk niet. Er zijn zoveel vragen en puzzels op dit gebied van de biologie.

Slechts anderhalf jaar geleden slaagde de Sovjetwetenschapper P. Gulyaev er voor het eerst in om een ​​bio-elektrisch veld in de lucht rond de zenuwen, weefsels en organen van dieren en zelfs mensen te registreren met behulp van zeer gevoelige apparatuur! Dat wil zeggen, hij slaagde erin een dergelijk veld te detecteren dat bijvoorbeeld een stroomgeleider omgeeft. Het veld rond levend weefsel werd een electroaurogram genoemd. Met andere woorden, jij en ik zijn, net als alle rennende, vliegende en drijvende dieren, originele levende elektrische generatoren.

Op basis van deze ontdekking heeft een andere Sovjetwetenschapper A. Pressman de oorspronkelijke hypothese naar voren gebracht volgens welke dieren zwakke elektromagnetische velden lijken te gebruiken om informatie uit te wisselen, om met elkaar te communiceren. Alleen dit, beweerde de wetenschapper, kan enkele van de kenmerken in het gedrag van roedeldieren en sociale insecten verklaren. Maar de hypothese blijft een hypothese. Het is bijvoorbeeld nog niet vastgesteld dat bijen praten met behulp van een elektrisch veld. En we voelen dit veld op geen enkele manier aan. Daarom kan tot nu toe met zekerheid worden gezegd dat geen enkel dier op aarde een elektrisch veld kan detecteren met behulp van enig sensorisch orgaan. Fish! En sommige vissoorten, zo bleek, voelen het zelfs beter dan ze zien of horen. Als we bedenken dat zij de enige dieren op onze planeet zijn die een sterke stroom kunnen uitzenden en grote elektrische spanningen kunnen creëren, hebben we het recht om te zeggen: vissen zijn unieke wezens.

"In het leven van verschillende vissen is de rol van elektriciteit anders," verklaarde Vladimir Rustamovich Protasov, doctor in de biologische wetenschappen, USSR Staatsprijswinnaar, laboratoriumhoofd, prominente specialist in biofysica. - De zogenaamde hoog-elektrische vissen zijn het meest bekend, hoewel er maar een paar soorten zijn. Ze worden zo genoemd omdat ze met behulp van speciale organen krachtige elektrische ontladingen in water veroorzaken. Zoetwaterpaling bijvoorbeeld, creëert een spanning van zo'n kracht dat slechts duizend batterijen voor een zaklamp ermee kunnen worden vergeleken: met behulp van dergelijke "slagen" stoot het een vijandelijke aanval af of verlamt het zijn slachtoffer. Dergelijke vissen zijn behoorlijk goed bestudeerd door biologen. Maar er zijn soorten en anderen.

We noemen ze low-electric, ze geven relatief zwakke signalen af. Deze omvatten vooral 20.000 vissoorten. Het meest verbazingwekkende is dat deze vissen geen speciale elektrische organen hebben.

Hier komen we bij de meest interessante in ons verhaal. Laboratoriumwetenschappers hebben in de loop van enkele jaren van werk vele verrassende ontdekkingen gedaan. De studie van laag-elektrische vissen begon pas twintig jaar geleden actief. En het bleek dat gewone vissen - crucians, minnows en vele, vele anderen - een zwak elektrisch signaal uitzenden en het elektrische veld voelen!

Het begon allemaal met het feit dat biologen het vreemde gedrag van een kleine zoetwatervis ontdekten - Amerikaanse meerval. Het bleek dat hij op een afstand van enkele centimeters een metalen staaf in water voelde naderen. En, laten we zeggen, reageerde alleen op haar toen ze hem aanraakte. De Engelse wetenschapper Hans Lissman bedacht allerlei trucs om een ​​andere vis te bedriegen - de Nijl-meerval, gymnarhus. Wat hij gewoon niet deed, en het gymnasium op afstand voelde metalen voorwerpen, zelfs als ze strikt geïsoleerd waren van water, bijvoorbeeld, waren ze ingesloten in een paraffine of glazen schaal.

Op een chemische manier, dat wil zeggen "naar smaak", kon de vis het metaal niet voelen. Hoe dan haar gedrag uit te leggen? Waarschijnlijk besloten de onderzoekers, het draait allemaal om elektriciteit. En ze vergisten zich niet. Inderdaad, latere vissen vonden speciale organen die een zeer zwakke elektrische veldsterkte waarnamen. Onder hen worden de ampullen van Lorenzini, genoemd naar de Italiaanse wetenschapper, het best beschreven door biologen. Ze bevinden zich in het sensorische systeem van de laterale lijn en zijn lange buizen gevuld met een geleiachtige substantie. Daar zijn binnen gevoelige cellen met zenuwuiteinden. Lorenzini-ampullen werken als kleine natuurlijke galvanometers of voltmeters.

Wetenschappers hebben bijvoorbeeld een dergelijk experiment uitgevoerd om de gevoeligheid van elektroreceptoren bij vissen te controleren. Ze sloten het aquarium met een donkere doek of papier en reden met een kleine magneet de lucht in. En de vis voelde een magnetisch veld! Toen reden de onderzoekers eenvoudig met hun handen naar het aquarium. En ze reageerde zelfs op zo'n zwak bio-elektrisch veld gecreëerd door de menselijke hand.

Verrassend? Ja. Maar wetenschappers geven de voorkeur aan rigoureuze feiten en cijfers. Het onderzoek ging steeds ingewikkelder door. Gevoelige voltmeters, oscilloscopen en andere delicate instrumenten verschenen op het arsenaal van biologen. Zonder hen werd het onmogelijk om experimenten uit te voeren.

Vissen zijn niet slechter en soms zelfs beter dan de meest gevoelige apparaten ter wereld, registreren een elektrisch veld en merken de minste verandering in de intensiteit ervan. Maar dit is niet het meest opvallende dat biofysici ontdekten bij het bestuderen van laag-elektrische vissen. Vis, zo bleek, zijn niet alleen drijvende "galvanometers", maar ook drijvende "elektrische generatoren". Met andere woorden, ze stralen een elektrische stroom uit naar water en creëren een elektrisch veld om hen heen, veel groter in sterkte dan wat gebeurt rond gewone levende cellen.

"Ons laboratorium heeft veel metingen gedaan aan de sterkte van dit elektrische veld," vertelde Vladimir Baron. - We hebben vastgesteld dat vissen zowel gelijkstroom als stroompulsen uitzenden. Hun spanning wordt gemeten in tienden van een volt. De aard en frequentie van deze impulsen zijn verschillend voor verschillende vissoorten. En ze zijn afhankelijk van externe omstandigheden en van het welzijn van de vis zelf. Wetenschappelijk gesproken, uit de mate van opwinding. Het bio-elektrische veld heeft, net als een conventionele batterij, twee polen - positief en negatief. Een paal zit op de kop, de andere op de staart. Soms veranderen de tekens van de polen onverwacht: het pluspunt van het hoofd springt naar de staart en het minpuntje naar het hoofd. Een vis zwom - en opnieuw veranderen ze.

"Dus," zeg ik tegen de wetenschapper, hebben deze vissen nog steeds een soort elektrische generatoren, een paar speciale organen die stromingen in het water creëren?

"Vreemd genoeg," antwoordde Vladimir, "hebben ze dergelijke organen niet." Maar je weet dat cellen van levende organismen in staat zijn een bio-elektrisch veld uit te zenden. De vissen ook. Alleen in tegenstelling tot andere dieren, werden deze cellen in de loop van de evolutie gemuteerd, en werden het door hen gecreëerde veld sterker dan wat in gewone cellen gebeurt. Vissen hebben zelfs geleerd de huidige impulsen die hun cellen uitzenden te beheersen.

- De natuur, zoals u weet, creëert niets tevergeefs. Als dit zo is, waarom moest ze dan een elektrische generator van zuiger maken die stromingen in het water uitzendt? Vroeg ik.

Met elektrische vissen is alles duidelijk. Sterke stroom of spanning is hun wapen. En het heeft geen zin om te stoeien. En zelfs als hij zichzelf probeerde te verdedigen met zijn zwakke stroom tegen snoek, zou ze zijn "injectie" niet eens opmerken.

"Je hebt gelijk," glimlachte Vladimir. - Gudgeon in deze zin is weerloos. Een elektrisch schild zal hem niet helpen. Elektriciteit speelt echter een grote rol in zijn leven, in het leven van bijna alle soorten vis (ik heb het nu niet eens over elektrische vissen). Hetzelfde als in ons leven, visie, gehoor, aanraking, spraakspel. Met behulp van de zintuigen ontvangen we informatie van de buitenwereld. En de vis, zoals u ziet, heeft ook een ander onbekend gevoel voor ons. Het kan als bewezen worden beschouwd dat ze communiceren met behulp van elektrische signalen. Heb je ooit gemerkt hoe gelijktijdig, tegelijkertijd een school vissen in het water draait, alsof iemand hen een signaal geeft. Vissen vertellen het elkaar natuurlijk helemaal niet, zeggen ze, misschien draaien we ons om. Ze zwemmen gewoon in de buurt en voelen het bio-elektrische veld van hun buren. Maar als slechts één van hen angstig is en abrupt draait, zullen alle andere vissen onmiddellijk hetzelfde doen. Maar dat is niet alles. Elektrische signalen, zo bleek, worden door vissen gebruikt om hun territorium te markeren. Op het land laten veel dieren geurtjes achter op hun grondgebied - ze lijken te zeggen: dit is van mij, kom niet! Vissen, daarentegen, wijzen het gebied aan met hun elektrisch veld. Met behulp van elektrische signalen zoeken ze voedsel en prooien, trekken ze personen van het andere geslacht naar zich toe.

Wanneer bijvoorbeeld de gymnarhus die we al hebben genoemd een onbekend object wil verkennen, ruikt het niet, voelt het niet, onderzoekt het niet, maar zwemt er naar toe. staart. Waarom? En het ding is dat het aan de staart van de gymnarchus is dat een elektrisch orgel zich bevindt, dat stroompulsen genereert met een frequentie van 300 hertz. Na vele subtiele experimenten en observaties te hebben uitgevoerd, kwamen wetenschappers tot de conclusie dat vissen een speciaal mechanisme hebben voor de elektrische locatie.

In eerste instantie werd natuurlijk een analogie getrokken met echolocatie van vleermuizen. Het is bekend dat ze echografie uitzenden, die wordt gereflecteerd door obstakels en terugkeert naar het dier.

Maar bij vissen is dit helemaal niet zo. Denk aan een gewoon elektrisch veld met twee polen en een karakteristiek patroon van krachtlijnen. Wat gebeurt er als een object in dit veld wordt geïntroduceerd dat, in tegenstelling tot water, een andere elektrische geleidbaarheid heeft? Zeg metaal? De configuratie van de stroomleidingen zal veranderen. Dit zijn de veranderingen die vissen voelen.

Met behulp van elektrische signalen kan vis zelfs op een speciale manier "praten". Acne begint bijvoorbeeld bij het zien van voedsel stroompulsen van een bepaalde frequentie te genereren, waardoor zijn tegenhangers worden aangetrokken. En als twee vissen in één aquarium worden geplaatst, neemt de frequentie van hun elektrische ontlading onmiddellijk toe. Tegengestelde vissen bepalen de sterkte van hun tegenstander door de sterkte van de signalen die hij uitzendt. Kortom, er zijn veel van dergelijke observaties geweest. Wetenschappers hebben zelfs de hypothese aangenomen dat zeevis hun vermogen gebruikt om zwakke elektrische signalen te detecteren om de oceaan te navigeren tijdens een migratie van duizenden kilometers.

Maar waarom allemaal dezelfde vis, alleen zij? Waarom hebben andere dieren dit gevoel niet? Er zijn twee verklaringen tot nu toe. Ten eerste: de speciale fysische eigenschappen van water. Ze is een geweldige gids. Vooral zeewater. Elektrische golven en stromingen verspreiden zich zonder verzwakking over afstanden van duizenden kilometers. Laagfrequente elektrische stroom kan over de hele oceanen gaan. Het is daarom niet verwonderlijk dat de vissen die tijdens de evolutie in het water leven mechanismen hebben ontwikkeld voor het genereren en opnemen van elektrische signalen. De tweede reden is de fysiologische structuur van de visspieren, die in de loop van de tijd levende elektrische generatoren zijn geworden.

Wat kan een persoon leren van al deze ongewone viskwaliteiten? Veel. Bionics trekt, zoals u weet, originele ideeën uit de natuur. De wetenschapper zal iets ongewoons opmerken in de natuur, in levende organismen - en het overdragen aan technologie. Bijvoorbeeld elektrische visgeneratoren. Dit zijn bijna perfecte batterijen! Ze zijn duurzaam, klein van formaat en kunnen snel veel energie verzamelen. Als het mogelijk zou zijn om het mechanisme van hun werk in meer detail te begrijpen, zou er een revolutie in de technologie zijn.

Kenmerken van de reactie van vissen op elektrische signalen zijn de basis geworden voor de ontwikkeling van een breed scala aan apparaten.

Je kunt in vissen hun vermogen om te lokaliseren en onderwatercommunicatie kopiëren. Een dergelijke verbinding zou aanzienlijk beter zijn dan de momenteel gebruikte sonar-echolocatie. Ik herinner u er tenslotte aan dat er geen barrières zijn voor een elektrisch signaal in water; het kan zelfs uit water komen, in tegenstelling tot geluid. Oriëntatieproblemen Laboratoriumspecialisten hebben een compact systeem ontwikkeld voor draadloze communicatie tussen een vissersvaartuig en een trawl. De stroompulsen besturen in dit geval verschillende apparaten op het sleepnet.

WAAROM VISSEN EEN OSCILLOGRAAF?

Toen ik voor het eerst in dit laboratorium verscheen, leek het me een dierentuin. Meer precies, naar dat paviljoen van de dierentuin, waar lange rijen aquariums zijn, achter de glazen waarvan zwaardvechters, guppy's, crucians en karpers hun staart met hun staart bewegen. Ook hier heerste het 'vissenrijk'. Planken met tientallen aquaria uitgestrekt langs de wanden van het laboratorium, op de zandbodem waarvan, alsof ze denken, snorren waren. Elk van hen had zijn eigen appartement - ze woonden alleen.

"Deze vissen werken echt voor de wetenschap," glimlachte een jonge wetenschapper, kandidaat voor biologische wetenschappen Vladimir Baron.

Toen ik het laboratorium leerde kennen, keek ik naar andere kamers. En er is elektronische apparatuur: oscilloscopen, voltmeters, hoogfrequente generatoren. Waarom hebben vissen een oscilloscoop nodig? Zo'n vraag stelde ik Vladimir.

"We bestuderen de rol van elektriciteit in hun leven," zei hij. - Weet je dat vissen een elektrische stroom kunnen genereren en een elektrisch veld kunnen waarnemen?

Wat wetenschappers me hier in het laboratorium van visoriëntatieproblemen aan het A. N. Severtsov Institute of Evolutionary Morphology and Animal Ecology van de USSR Academy of Sciences vertelden, was als science fiction.

De beroemde Amerikaanse wetenschapper, Nobelprijswinnaar fysicus R. Feynman zei ooit: "Er is praktisch geen natuurlijk fenomeen dat niet gepaard zou gaan met elektriciteit." En in feite komen elektrische fenomenen niet alleen voor in de levenloze natuur, ze zijn inherent aan alle levende dingen. Denk aan het feit uit het leerboek - voor het eerst werd elektriciteit ontdekt door de Italiaanse wetenschapper Galvani met behulp van een levend organisme, namelijk een kikker.

In de oudheid ontdekte de mens echter elektriciteit in vissen. Ik voelde eerder dat ik niet tegelijkertijd vermoedde dat het bestond. Dit concept bestond toen niet. De oude Grieken waren bijvoorbeeld op hun hoede om vissen in het water te ontmoeten, die, zoals de grote wetenschapper Aristoteles schreef, "dieren gevoelloos maakt." De vis, die angst bij mensen veroorzaakte, was een elektrische pijlstaartrog en droeg de naam

"Torpedo". En pas tweehonderd jaar geleden begrepen wetenschappers eindelijk de aard van dit fenomeen.

In de negentiende eeuw hebben wetenschappers vastgesteld dat alle levende weefsels en cellen een soort elektrische stroombron zijn en dat leven zonder elektriciteit niet kan bestaan. Vandaag weet elke student hiervan. Velen hebben gehoord van elektrische hellingen en palingen. Maar betekent dit dat de wetenschap al alles van vissen weet en er niets meer te ontdekken valt? Natuurlijk niet. Er zijn zoveel vragen en puzzels op dit gebied van de biologie.

Slechts anderhalf jaar geleden slaagde de Sovjetwetenschapper P. Gulyaev er voor het eerst in om een ​​bio-elektrisch veld in de lucht rond de zenuwen, weefsels en organen van dieren en zelfs mensen te registreren met behulp van zeer gevoelige apparatuur! Dat wil zeggen, hij slaagde erin een dergelijk veld te detecteren dat bijvoorbeeld een stroomgeleider omgeeft. Het veld rond levend weefsel werd een electro-aurogram genoemd. Met andere woorden, jij en ik zijn, net als alle rennende, vliegende en drijvende dieren, originele levende elektrische generatoren.

Op basis van deze ontdekking heeft een andere Sovjetwetenschapper A. Pressman de oorspronkelijke hypothese naar voren gebracht volgens welke dieren zwakke elektromagnetische velden lijken te gebruiken om informatie uit te wisselen, om met elkaar te communiceren. Alleen dit, beweerde de wetenschapper, kan enkele van de kenmerken in het gedrag van roedeldieren en sociale insecten verklaren. Maar de hypothese blijft een hypothese. Het is bijvoorbeeld nog niet vastgesteld dat de bijen "praten" met behulp van een elektrisch veld. En we voelen dit veld op geen enkele manier aan. daarom

Pin
Send
Share
Send