Share 0
Share
A- A A+

Article from:

Creation  Volume 36Issue 1 Cover

Creation 36(1):28–31
January 2014

View in English
God the Master Designer


US $10.00
View Item
By Design
by Dr Jonathan Sarfati

US $10.00
View Item

Незаметный и оглушающий

Удивительный электрический угорь

Доминик Стейтем ()
Перевод: Алексей Калько (creationist.in.ua)

electric-eel
©depositphotos.com/Yourth2007

Электрический угорь (Electrophorus electricus) прячется в мутных водах болот и рек северной части Южной Америки. Благодаря весьма сложной системе электролокации этот скрытный хищник имеет способность ориентироваться и охотиться в условиях плохой видимости. Используя «электрорецепторы», чтобы обнаружить искажения в электрическом поле, создаваемом в его собственном теле, он способен обнаружить пищу незамеченным. Затем он обездвиживает свою жертву с помощью мощного удара электрическим током, достаточно сильного, чтобы оглушить большое млекопитающее, такое как лошадь, или даже убить человека.1 У него длинное цилиндрическое тело, которое очень напоминает то, что мы обычно понимаем под угрями (отряд Anguilliformes); однако он принадлежит к другому отряду рыб (Gymnotiformes).

Рыбы, способные обнаружить электрические поля, называютcя электрорецептивными (электровосприимчивыми), а те, которые способны генерировать сильные электрические поля, как эти угри, называются электрогенными.

Как электрический угорь создаёт такие высокие напряжения?

Электрические рыбы не одиноки в создании электричества. На самом деле все живые организмы способны к этому в какой-то степени. Мышцы в наших собственных телах, например, управляются мозгом с помощью электрических сигналов. Электроны, произведённые бактериями, могут использоваться для выработки электроэнергии в элементах питания.2 Электрические угри производят электричество таким же образом, как и мышцы, используя энергию, полученную из пищи, чтобы накопить заряд в клетках, называемых электроцитами (см врезку ниже). Хотя каждая клетка несёт лишь небольшой заряд, путём складывания тысячи таких зарядов последовательно, подобно батарейкам в фонарике, могут быть создано напряжение в целых 650 вольт (В). Соединение многих таких цепочек параллельно позволяет создать ток силой приблизительно в 1 ампер (А), что обеспечивает разряд мощностью приблизительно 650 Вт (1 Вт = 1 В × 1 А).3

CC-BY-SA Steven Walling via Wikipedia eel

Как электрические угри избегают поражения собственным током?

Ученые не совсем уверены в ответе на этот вопрос, но есть некоторые интересные наблюдения, которые могут пролить свет на эту загадку. Во-первых, жизненно важные органы электрического угря (такие как мозг и сердце) расположены вблизи головы, вдали от органов, производящих электричество, и окружены жировой тканью, которая может выступать в качестве изолятора. Кожа, как предполагается, также имеет изоляционные свойства, поскольку было замечено, что угри с повреждённой кожей более уязвимы к собственным ударам током.

Во-вторых, электрические угри производят одни из самых сильных ударов током при спаривании, но не причиняют вред партнёру. Однако, если эти разряды напряжения производятся не во время спаривания, они способны убить другого угря.4 Это говорит о том, что у них есть система защиты, которая может включаться и отключаться.

Мог ли электрический угорь эволюционировать?

Трудно себе представить, как всё это могло возникнуть посредством маленьких шагов, чего требует дарвиновский процесс. Если бы произведённый ток не был значительным с самого начала, вместо того, чтобы оглушить добычу, он бы просто предупреждал её об опасности. Кроме того, для того, чтобы развить способность к оглушению, электрические угри должны были одновременно развивать собственную систему защиты. Каждый раз, когда возникала мутация, которая увеличивала напряжение разряда, необходима была другая мутация, которая бы улучшала электроизоляцию угря. И кажется маловероятным, что было бы достаточно всего одной мутации. Например, перемещение органов ближе к голове, скорее всего, потребовало бы, чтобы ряд различных мутаций произошли вместе.

Хотя лишь отдельные виды рыб способны оглушать свою добычу, есть много видов, которые используют низковольтные электрические поля для навигации и общения. Электрические угри относятся к отряду южноамериканских рыб, которых также называют «ножетелки» (отряд гимнотообразные, Gymnotiformes), все из которых имеют способность к электрорецепции.5 Африканские «слонорылы», или мормиры (семейство мормировые), также способны к электрорецепции и якобы развили эту способность параллельно со своими родственниками из Южной Америки. Фактически эволюционистам приходится утверждать, что электрические органы у рыб эволюционировали независимо друг от друга восемь раз.6 Учитывая их сложность, кажется поразительным, мягко говоря, что эти системы смогли эволюционировать даже один раз, не говоря уже о восьми.

И южноамериканские ножетелки, и африканские слонорылы используют свои электрические органы для навигации и коммуникации. И те, и другие используют несколько различных типов электрорецепторов. В обеих группах есть виды, производящие электрические поля с рядом различных сложных форм волны.7 Два вида ножетелок, Brachyhypopomus bennetti и Brachyhypopomus walteri, так похожи, что о них можно было бы подумать, что это один и тот же вид, за исключением того, что первые вырабатывают постоянный ток, а вторые – переменный.8,9 Но эволюционная история становится ещё более невероятной, когда мы копнём глубже. Для того чтобы избежать интерференции их электролокационных аппаратов друг с другом и взаимных помех, некоторые виды используют систему, в которой каждая рыба изменяет частоту своего электрического сигнала. Важно отметить, что способ этот работает практически одинаково (говоря о вычислительном алгоритме) у стеклянной ножетелки из Южной Америки (Eigenmannia) и у африканского гимнарха (Gymnarchus).10 Могла ли та же самая система предотвращения помех эволюционировать независимо у двух различных групп, обитающих на разных континентах?

Шедевр замысла

Система создания разряда электрического угря затмевает всё созданное человеком, являясь компактной, гибкой, портативной, экологичной и самовосстанавливающейся. Все её части отлично объединены в гладкое тело, которое позволяет угрю плавать с большой скоростью и манёвренностью. От крошечных клеток, которые производят электричество, до сложного программного обеспечения, которое анализирует искажения в генерируемых самим угрём электрических полях, всё это является свидетельством удивительному Создателю.

electric-eel-anatomyRU
Анатомия электрического угря
Бо́льшая часть тела электрического угря состоит из электрических органов. Главный орган и орган Хантера отвечают за создание и накопление сильного электрического заряда. Орган Сакса производит электрическое поле низкого напряжения, которое используется для электролокации.

Как электрические угри производят электричество? (техническая часть)

Электрические рыбы производят электричество таким же образом, как нервы и мышцы в наших собственных телах. Специальные белки-ферменты внутри клеточной мембраны клеток-электроцитов, называемые Na-K АТФазами, выкачивают из клетки ионы натрия, а внутрь закачивают ионы калия («Na» – это химический символ натрия, а «K» – калия, «ATФ» означает аденозинтрифосфат, энергетическая молекула,11 используемая для работы насоса). Различие концентрации ионов калия внутри и снаружи приводит к образованию химического градиента, который стремится вывести ионы калия обратно из клетки. Подобным же образом разность концентраций ионов натрия приводит к образованию химического градиента, который стремится перенести ионы натрия обратно внутрь клетки. Другие белки, встроенные в мембраны, действуют как ионные калиевые каналы – поры, которые позволяют ионам калия покидать клетку. Поскольку положительно заряженные ионы накапливаются вне клетки, по обе стороны клеточной мембраны возникает электрический градиент, так как вне клетки более положительный заряд, чем внутри. Насосы Na-K АТФазы сконструированы таким образом, что они пропускают только положительные ионы, иначе отрицательные ионы также просачивались бы и нейтрализовали заряд.

Химический градиент стремится вывести ионы калия из клетки, а электрический градиент наоборот, стремится втянуть их обратно. В точке равновесия, когда химические и электрические силы уравновешивают друг друга, снаружи клетки заряд будет примерно на 70 милливольт более положительным, чем внутри. Следовательно, условно говоря, внутренняя часть клетки является отрицательно заряженной на 70 милливольт.

Na-K-ATPase-pumpRU
Насос натрий-калиевая АТФаза (аденозинтрифосфатаза).
За каждый цикл два иона калия (K+) попадают внутрь клетки, а три иона натрия (Na+) выходят наружу. Процесс питается энергией, получаемой из молекулы АТФ.

Ещё больше белков, встроенных в клеточную мембрану, обеспечивают натриевые ионные каналы – поры, которые позволяют ионам натрия обратно входить в клетку. Обычно они закрыты, но когда электрические органы активируются, они открываются, и положительно заряженные ионы натрия вновь проникают в клетку, направляемые химическим градиентом. В этом случае равновесие достигается в точке, когда внутренняя часть клетки положительно заряжена приблизительно на 60 милливольт. Общее изменение напряжения составляет от –70 до +60 милливольт, что составляет 130 мВ или 0,13 В. Этот разряд происходит очень быстро, примерно за 1 миллисекунду. Поскольку около 5 000 электроцитов соединены последовательно, при одновременном разряде всех ячеек может быть создано напряжение около 5 000 × 0,13 В = 650 В.

Глоссарий

Ион

Атом или молекула, которая несёт электрический заряд, поскольку имеет разное количество электронов и протонов. Заряд отрицательный, если электронов больше, чем протонов, и положительный в обратном случае. Ионы калия (К+) и натрия (Na+) имеют положительный заряд.

Градиент

Изменение какой-либо величины при перемещении из одной точки в другую. Например, когда Вы отходите в сторону от источника открытого огня, температура понижается. Таким образом, огонь производит температурный градиент, который уменьшается с расстоянием.

Электрический градиент

Градиент изменения величины электрического заряда. Например, если вне клетки имеется большее количество положительно заряженных ионов, чем внутри, возникает электрический градиент через клеточную мембрану. Поскольку одноимённые заряды отталкивают друг друга, будет наблюдаться тенденция к тому, чтобы ионы двигались так, чтобы выровнять заряд внутри и снаружи. Движение ионов в направлении электрического градиента происходит пассивно, под действием электрической потенциальной энергии, а не активно, питаясь энергией, полученной из внешнего источника, такого как молекула ATФ.

Химический градиент

Градиент изменения химической концентрации. Например, если вне клетки концентрация ионов натрия выше, чем внутри, возникает химический градиент ионов натрия через клеточную мембрану. Вследствие случайных перемещений ионов и постоянных столкновений между ними, будет наблюдаться тенденция к тому, чтобы ионы натрия двигались от высокой концентрации к низкой концентрации, пока не будет достигнуто равновесие, то есть пока концентрация ионов натрия не станет одинаковой по обе стороны мембраны.12 Опять же, это происходит пассивно, путём диффузии. Движение обусловлено кинетической энергией ионов, а не энергией, полученной из внешнего источника, такого как молекула ATФ.

Статьи по теме

Дальнейшее чтение

Ссылки и примечания

  1. Piper, R., Extraordinary Animals: An Encyclopedia of Curious and Unusual Animals, стр. 40–42, Greenwood Press, USA, 2007 г. Назад к тексту
  2. Fuel cell that uses bacteria to generate electricity, Science News, 7 января 2008 г.; sciencedaily.com. Назад к тексту
  3. Мощность [Вт] = напряжение [вольт] × ток [ампер]. Назад к тексту
  4. Electric Eel, Cleveland Metroparks Resource Library; resourcelibrary.clemetzoo.com/animals/164. Ссылка проверена июль 2013 г. Назад к тексту
  5. См., например, нашу статью The black ghost knifefish, Creation 15(4):10–11, 1993; creation.com/knifefish. Назад к тексту
  6. Alves-Gomes, J.A., The evolution of electroreception and bioelectrogenesis in teleost fish: a phylogenetic perspective, Journal of Fish Biology 58(6):1489–1511, июнь 2001 г. Назад к тексту
  7. Hopkins, C.D., Convergent designs for electrogenesis and electroreception, Current Opinion in Neurobiology 5:769–777, 1995 г. Назад к тексту
  8. Sullivan, J.P. и др., Two new species and a new subgenus of toothed Brachyhypopomus electric knifefishes (Gymnotiformes, Hypopomidae) from the central Amazon and considerations pertaining to the evolution of a monophasic electric organ discharge, Zookeys 327:1-34, 2013 г. Назад к тексту
  9. Science News, AC or DC? Two newly described electric fish from the Amazon are wired differently, 28 августа 2013 г.; sciencedaily.com. Назад к тексту
  10. Hopkins, ссылка 7, стр. 775. Назад к тексту
  11. Thomas, B., ATP synthase: majestic molecular machine made by a mastermind, Creation 31(4):21–23, октябрь 2009 г.; creation.com/atp-synthase. Назад к тексту
  12. См. Wieland, C., World Winding Down: A layman’s guide to the Second Law of Thermodynamics, Creation Book Publishers, Powder Springs, GA, 2013 г. Назад к тексту

Ken E. wrote: “I just wanted to drop a note to express my gratitude for the kind of information you supply at the CMI web-site. I love science and find it thrilling to see how it may be used to glorify God and build faith in Him.” Glorify God in His creation. Support this site

Comments closed
Article closed for commenting.
Available only from day of publication.
Copied to clipboard
10690
Product added to cart.
Click store to checkout.
In your shopping cart

Remove All Products in Cart
Go to store and Checkout
Go to store
Total price does not include shipping costs. Prices subject to change in accordance with your country’s store.