Электрический угорь - Electric eel

Для использования в других целях см. Электрический угорь (значения).

Электрический угорь
Electric-eel.jpg
Электрический угорь на Аквариум Новой Англии, Соединенные Штаты
Научная классификация
Королевство:
Animalia
Тип:
Хордовые
Учебный класс:
Актиноптеригии
Заказ:
Gymnotiformes
Семья:
Gymnotidae
Род:
Электрофор

Разновидность:
E. electricus
Биномиальное имя
Электрофор электрический
(Линней, 1766)
Синонимы

Gymnotus electricus

В электрический угорь (Электрофор электрический, предложены другие виды)[2] южноамериканец электрическая рыба. До 2019 года относился к категории только виды в своем роде.[2] Несмотря на название, это не угорь, а скорее рыба-нож.

Анатомия

Сравнение между 3 видами Электрофор.

Электрический угорь имеет удлиненную, цилиндрический тело, обычно вырастающее примерно до 2 м (6 футов 7 дюймов) в длину и 20 кг (44 фунта) в весе, что делает их крупнейшими видами Gymnotiformes.[3] Их окраска темно-серо-коричневая на спине и желтая или оранжевая на брюхе. У зрелых самок брюшко более темное.

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

Как и в других Остариофизан У рыб плавательный пузырь имеет две камеры. Передняя камера соединена с внутренним ухом серией мелких костей, происходящих из шейных позвонков, называемых Веберовский аппарат, что значительно улучшает его слух. Задняя камера проходит по всей длине тела и поддерживает плавучесть рыбы.

E. electricus имеет васкуляризованную дыхательную систему с газообменом, происходящим через эпителиальный ткань в его Полость рта.[4] 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, используемого рыбами.[5]

Несмотря на свое название, электрический угорь не имеет близкого родства с настоящим угри (Anguilliformes), но является членом неотропического отряда ножевых рыб (Gymnotiformes), который более тесно связан с сом.

Физиология

Электрический угорь на Аквариум 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 электрические разряды органов: низкое напряжение и высокое напряжение. Эти органы сделаны из электроциты, выстроены так, чтобы через них мог протекать ток ионов, и складываются так, что каждый из них добавляет разность потенциалов.[6]

Когда угорь находит добычу, мозг посылает сигнал через нервная система к электроцитам.[6] Это открывает ион каналы, позволяющие натрий протекать, на мгновение меняя полярность. Вызывая внезапную разницу в электрический потенциал, он генерирует электрический ток аналогично аккумулятор, в котором сложенные друг на друга пластины создают разность электрических потенциалов.[6] 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 удерживать жертву от побега или заставлять ее двигаться, чтобы определить ее положение.[7][8]

У электрического угря от 5000 до 6000 гальванические бляшки может вызвать шок до 860 вольт и до 1 ампер тока.[9][2] Электрические угри используют электричество разными способами. Низкое напряжение используется для определения окружающей среды. Высокое напряжение используется для обнаружения добычи и отдельного ее оглушения. Пары импульсов высокого напряжения, разделенных 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 присасывающего типа.[9]

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

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 кальмодулин, белок, который участвует в производстве высокого напряжения.[11] Кроме того, три органа имеют разное количество Na + / K + -АТФаза, который представляет собой ионный насос Na + / K +, который играет решающую роль в формировании напряжения.[12] Основной 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.[13] 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 разряды для оглушения добычи или защиты. Они также могут сконцентрировать выделения, свернувшись калачиком и соприкасаясь с двумя точками тела.[14] В возбужденном состоянии 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.[10]

Электрические угри использовались в качестве модели при изучении биоэлектрогенез.[15] Этот вид представляет определенный интерес для исследователей, использующих его ацетилхолинэстераза и аденозинтрифосфат.[16][17]

Майкл Фарадей всесторонне протестированы электрические свойства электрического угря, привезенного из Суринам. 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 за искрами и отклонениями на телескопе. гальванометр.[18]

Бионика

Исследователи из Йельский университет и Национальный институт стандартов и технологий утверждают, что можно создать искусственные клетки, которые не только воспроизводят электрическое поведение клеток электрического угря, но и улучшают его. Искусственные версии генерирующих электричество клеток угря могут быть разработаны в качестве источника энергии для медицинских имплантатов и других микроскопических устройств.[19]

Экология и история жизни

Среда обитания

Электрические угри обитают в пресных водах Amazon и Река Ориноко бассейны в Южной Америке, в поймах, болотах, ручьях, небольших реках и прибрежных равнинах. Они часто живут на илистом дне в спокойных или стоячих водах.[10]

Экология кормления

Электрические угри питаются беспозвоночные, хотя взрослые угри также могут употреблять рыбы и маленький млекопитающие, Такие как крысы. Птенцы-первенцы поедают другие яйца и зародыши, появившиеся позже. клатчи.[10] Молодь поедает беспозвоночных, таких как креветка и крабы.

Размножение

Электрический угорь известен своим необычным поведением при размножении. В засушливый сезон самец из своей слюны делает гнездо, в которое самка откладывает яйца. Из яиц в одном гнезде вылупляется до 3000 молоди. Самцы вырастают крупнее самок[20][21] примерно на 35 см (14 дюймов).[22]

В зоопарках и частных коллекциях

Эту рыбу всегда интересовали некоторые коллекционеры животных, но поймать ее сложно, потому что единственный разумный вариант - утомить угрей, постоянно выпуская их электричество.[нужна цитата ] Электрические органы рыбы в конечном итоге полностью разряжаются, позволяя коллекционеру в относительной безопасности уходить в воду.[21]

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

В Аквариум Теннесси В США водится электрический угорь. Выставка угря, названная Мигелем Уоттсоном, подключена к небольшому компьютеру, который отправляет заранее написанное твитнуть когда он излучает электричество с достаточно высоким порогом.[23][24]

Таксономическая история

Вид настолько необычен, что его несколько раз реклассифицировали. При первоначальном описании Карл Линней в 1766 году он использовал имя Gymnotus electricus, поместив его в тот же род, что и Gymnotus carapo (полосатая рыба-нож), которую он описал несколькими годами ранее. Лишь столетие спустя, в 1864 году, электрический угорь был переведен в свой собственный род. Электрофор к Теодор Гилл.[25]

Позже электрический угорь считался достаточно особенным, чтобы иметь собственное семейство, Electrophoridae, но с тех пор он снова стал частью этого семейства. Gymnotidae, рядом с Gymnotus.[13][26][27]

В сентябре 2019 года К. Дэвид де Сантана и др. опубликованные работы настоятельно рекомендуют разделение Электрофор электрический на три вида на основе расхождения ДНК, экологии и среды обитания, анатомии и физиологии, а также электрических способностей. Предлагаемые три вида: E. electricus, E. voltai sp. ноя, и E. varii sp. ноя[2]

Рекомендации

  1. ^ "Электрофор электрический". Красный список видов, находящихся под угрозой исчезновения МСОП. Получено 2014-06-07.
  2. ^ а б 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:2019НатКо..10.4000D. Дои:10.1038 / с41467-019-11690-з. ЧВК  6736962. PMID  31506444. Архивировано из оригинал (PDF) на 2019-09-10. Получено 2019-09-10.
  3. ^ Альберт Дж.С. (2001). «Видовое разнообразие и филогенетическая систематика американских ножевых рыб (Gymnotiformes, Teleostei)». Разное. Publ. (190): 1–127. HDL:2027.42/56433.
  4. ^ Бутилье Р. (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.
  5. ^ Йохансен К., Ленфант К., Шмидт-Нильсен К., Петерсен Дж. А. (июнь 1968 г.). «Газообмен и контроль дыхания электрического угря, Electrophorus electricus». Zeitschrift für vergleichende Physiologie,. 61 (2): 137–63. Дои:10.1007 / BF00341112. S2CID  22364103.CS1 maint: лишняя пунктуация (связь)
  6. ^ а б c Сюй Дж., Лавань Д.А. (ноябрь 2008 г.). «Разработка искусственных клеток, использующих градиент концентрации биологических ионов». Природа Нанотехнологии. 3 (11): 666–70. Bibcode:2008НатНа ... 3..666X. Дои:10.1038 / nnano.2008.274. ЧВК  2767210. PMID  18989332.
  7. ^ Гилл V (4 декабря 2014 г.). "Электрические угри" дистанционно управляют добычей'". Новости BBC.
  8. ^ «Электрические угри для дистанционного управления нервной системой жертвы». 2015-02-17.
  9. ^ а б Catania KC (апрель 2019 г.). "Шок и трепет". Science American. 320 (4): 62–69.
  10. ^ а б c d е Froese, Rainer and Pauly, Daniel, eds. (2005). "Электрофор электрический" в FishBase. Версия от декабря 2005 г.
  11. ^ Traeger LL, Sabat G, Barrett-Wilt GA, Wells GB, Sussman MR (июль 2017 г.). «Хвост двух напряжений: протеомное сравнение трех электрических органов электрического угря». Достижения науки. 3 (7): e1700523. Дои:10.1126 / sciadv.1700523. ЧВК  5498108. PMID  28695212.
  12. ^ Ching B, Woo JM, Hiong KC, Boo MV, Choo CY, Wong WP 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. Дои:10.1371 / journal.pone.0118352. ЧВК  4368207. PMID  25793901.
  13. ^ а б Нельсон Дж. С., Гранде Т. К., Уилсон М. В. (2016). Рыбы мира (5-е изд.). John Wiley & Sons, Inc. ISBN  978-1118342336.
  14. ^ Катания, KC (ноябрь 2015 г.). «Электрические угри концентрируют свое электрическое поле, чтобы вызвать непроизвольную усталость у борющейся добычи». Текущая биология. 25 (22): 2889–98. Дои:10.1016 / j.cub.2015.09.036. PMID  26521183.
  15. ^ 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. Дои:10.1111 / j.1095-8649.2007.01631.x.
  16. ^ Саймон С., Массули Дж. (Декабрь 1997 г.). «Клонирование и экспрессия ацетилхолинэстеразы из Electrophorus. Схема сплайсинга 3'-экзонов in vivo и в трансфицированных клетках млекопитающих». Журнал биологической химии. 272 (52): 33045–55. Дои:10.1074 / jbc.272.52.33045. PMID  9407087.
  17. ^ Циммерманн Х., Денстон С.Р. (июль 1976 г.). «Аденозинтрифосфат в холинергических пузырьках, выделенных из электрического органа Electrophorus electricus». Исследование мозга. 111 (2): 365–76. Дои:10.1016/0006-8993(76)90780-0. PMID  949609. S2CID  5619963.
  18. ^ Фарадей М (1839). «Экспериментальные исследования в области электричества, пятнадцатая серия». Философские труды Королевского общества. 129: 1–12. Дои:10.1098 / рстл.1839.0002.
  19. ^ Сюй Дж., Лавань Д.А. (ноябрь 2008 г.). «Разработка искусственных клеток, использующих градиент концентрации биологических ионов». Природа Нанотехнологии. 3 (11): 666–70. Bibcode:2008НатНа ... 3..666X. Дои:10.1038 / nnano.2008.274. ЧВК  2767210. PMID  18989332.
  20. ^ Assunção MI, Schwassmann HO (1995). «Размножение и личиночное развитие Электрофор электрический на острове Мараджо (Пара, Бразилия) ". Ихтиологические исследования пресных вод. 6 (2): 175–184. ISSN  0936-9902.
  21. ^ а б Пайпер, Росс (2007), Необычные животные: энциклопедия любопытных и необычных животных, Гринвуд Пресс.
  22. ^ ван дер Слин П., Альберт Дж. С., ред. (2017). Полевой гид по рыбам Амазонки, Ориноко и Гвианы.. Издательство Принстонского университета. п. 331. ISBN  9781400888801. OCLC  1004848434.
  23. ^ "Электрический угорь". Аквариум Теннесси. Получено 1 февраля, 2015.
  24. ^ Филлипс С. (16 января 2015 г.). «Щелкни, потрескай, твитни: Tennessee Tech помогает аквариумному электрическому угрю произвести фурор в социальных сетях». Chattanooga Times Free Press. Получено 1 февраля, 2015.
  25. ^ Jordan DS (1963). Род рыб и классификация рыб. Stanford University Press. п.330.
  26. ^ ван дер Слин П., Альберт Дж. С., ред. (2017). Полевой справочник по рыбам Амазонки, Ориноко и Гвианы. Издательство Принстонского университета. С. 330–334. ISBN  978-0691170749.
  27. ^ Феррарис-младший CJ, компакт-диск de Santana, Vari RP (2017). «Контрольный список Gymnotiformes (Osteichthyes: Ostariophysi) и каталог основных типов». Неотроп. Ихтиол. 15 (1). Дои:10.1590/1982-0224-20160067.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка