Беркинблит, Глаголева - Электричество в живых организмах (Квант) - 1988 (947484), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Законы физики и условия среды обитания определяют пути эволюции электрических органов, и последние развиваются сходным образом, хотя и происходят у разных рыб из разных тканей. Например, у скатов клетки электрических органов возникли из мышечных клеток, потерявших возбудимость, фактически, от этих клеток осталась только синаптическая область; постепенная атрофия остальной части мышечной клетки хорошо прослежена при изучении развития рыбы из икринки. Медиатор, действующий на электрический орган,— тот же ацетилхолин, который возбуждает и мышечные клетки позвоночных, поэтому разряд органа можно вызвать не только раздражением подходящего к нему нерва, но и введением ацетилхолина в идущую к нему артерию. У электрического угря орган тоже имеет мышечное происхождение, однако у некоторых электрических рыб электрические органы возникли не из мышечных, а из нервных клеток, а у африканского электрического сома — из клеток кожных желез.
Это не должно удивлять читателя, который уже знает, что не только нервы и мышцы способны к электрическим реакциям. Такие рыбы, как электрический скат яли электрический угорь, затрачива1от при разрядах электрического органа заметную энергию (мощность нх колеблется от 1 250 до 6 кВт, а время одного импульса 2 — 3 мс), В связи с этим опи используют свои электрические органы сравпптельпо редко. У электрического угря есть еще дополнительные электрические органы, гораздо меньшей мощности, которые используются для ориентации и обнаружения добычи, У слабозлектрических рыб, которые используют свои электрические органы только для ориентации, часто наблюдается совсем другой режим работы — непрерывные разряды. Например, у рыбы гимпарха (на которой Лиссмап открыл электрорецепторы) электрические органы постоянно работали с частотой 300 Гц.
Важная проблема, которая стоит перед всеми электрическими рыбами,— проблема синхронизации, т. е. проблема вызова одповременяого возбуждения всех клеток, образующих электрический орган. Она решается яре>яде всего с помощью ЭС. Нейроны разных уровней, управляющие электрическим органом, связаны между собой ЭС и поэтому разряжаются практически одновременно, У электрических рыб обнаружены рефлекторные цепи, которые ведут к возбуждению электрического органа; в этих цепях осуществляется последовательная передача сигналов между тремя типами нейронов, причем сигналы передаются только через ЭС. Однако одновременного возбуждения нейронов, действующих па клетки электрического органа, еще не достаточно для одновременного возбуждения самих этих клеток, так как сотни и тысячи клеток «столбиков» расположены па разных расстояниях от нейронов. Аксоны этих нейропов имеют разную скорость проведения: к более удаленным клеткам сигнал идет с большей скоростью.
Как поймать рыбу в мутиой воде? А также про электроразговоры Для существа, облада1ощего чувствительяыми электрорецепторами, обнаружить рыбу в мутной воде несложно; для этого достаточно зарегистрировать электрические поля, возникающие при работе ее сердца пли дыхательных мышц. Так обнаруживают добычу акулы или скаты. Но рыбы, обладающие электрическими органами, оказались способными решить и более хитрую задачу; обнаружить в непрозрачной воде предметы, которые сами по себе не создают электрических полей. Как же электрические рыбы решают эту задачуГ Сначала думали, что эти рыбы обладают электроло каторами, такими же, как радиолокаторы для обнаружения самолетов. Предполагалось, что эти рыбы генерируют своими электрическими органами сигнал и принимают отраженную от посторонних предметов волну с помощью этектрорецепторов, Однако простейшая прикидка показывает, что такой принцип работы невозможен для живых организзюв. Рыба обнаруживает посторонние предметы на расстоянии в десятки сантиметров, а электромагнитные волны проходят такие расстояния за слишком короткие времена.
Миллиардные доли секунды живые существа измерять не могут. Как же рыбы с помощью электрических органов обнаруживают в воде посторонние предчетыг Лиссман изучал эту способность рыб так. У рыбы вырабатывался условный рефлекс. В аквариум, в котором она содержалась, помещали два цилиндрика одинаковых размеров, обладающих таким же удельным сопротивлением, как вода аквариума, и пустых внутри. В цилиндрики помещались вещества с разным удельным сопротивлением (металл, электролит, парафин и т. д.). Рыбу обучали выбирать цилиндрик с более низким удельным сопротивлением.
При правильном выборе она получала пищу, а при неправильном — удар палочкой. Через некоторое время рыба уверенно выбирала нужный цилиндрик, несмотря на то, что два цилиндрика все время меняли местами случайным образом. Если же в цилиндриках находились вещества, отличающиеся химическим составом, плотностью и др., но с одинаковым удельным сопротивлением, обучение было безуспешным. Итак, рыбы при обнаружении посторонних предметов могут использовать отличие их удельного сопротивления от сопротивления воды.
Мы уяе говорили, что гимнарх все время генерирует электрические импульсы, так что вокруг его тела в воде текут токи. Если изобразить плотность тока с помощью густоты линий, то картина токов вокруг рыбы выглядит примерно так, как изображено на рис. 64. Если в воду внесено проводящее тело, то картина меняется, как на рис. 64, справа, если изолятор — как на рис. 64, слева. Искажение электрического поля меняет сигналы электро- рецепторов рыбы. Нервная система электрической рыбы содержит слож ную систему обнаружения. Ее мозг сравнивает сигналы от многих рецепторов, Это позволяет определить размеры, форму, скорость движения лоцируемого предмета.
Можно сказать, что электрические рыбы обладают настоящим аэлектрическим зрением». 252 В гл. 4 мы рассказывали, как работает «живой телеграфе при передаче электрических сигналов внутри организма. Электрические рыбы испольауют электрические сигналы и для общения между собой. Например, они оповещают других особей своего нида о том, что данная территория занята (подобно тому как птицы дела«от это Рис. б4. Электролокацня у рыб. Слева — изменение полл, ногда к рыбе подносят дизлектрик, справа — изменение полл, когда к рыбе подносят проводник песней), или о том, что ими обнзруя«ена пища (у птиц для этого тоже есть соответствующие звуковые сигналы); есть электрические сигналы: «вызываю на бой», «сдаюсь» и др.
По-видимому, элоктрические сигналы облегчают рыбам поиск особей другого пола. Все этп сигналы эффективно принимаются рыбами на расстоянии порядка 10 метров. Что такое ЭКГ, ЭМГ, ЭЭГ? ЭКà — это электрокардиограмма, запись электрических сигналов сердца. То, что в сердце при возбуждении возникает разность потенциалов, было показано еще в 1856 г., в эпоху Дгобуа-Реймока. Опыт, доказывающий это, был поставлен Келликером и Мюллером точно по рецепту Гальвани: на изолированное сердце клался нерв, идущий к лапке лягушки, и атот «живой вольтметр» отвечал вздрагиванием лапки на каждое сокращение сердца.
О появлением чувствительных электроизмерительных приборов стало возможным улавливать электрические сигналы работающего сердца, прикладывая электроды пе прямо к сердечной мышце, а к ков«е. Сто лет назад„ в 1887 г., впервые удалось зарегистрировать таким способом ЭКГ человека, Это было сделано английским ученым А. Уоллером с помощью капиллярного электрометра, (Основу этого прибора составлял тонкий капилляр, в котором ртуть граничила с серной кислотой; при пропусканин тока через такой капилляр поверхностное натяжение на границе жидкостей менялось и мениск смещался по капилляру.) Этот прибор был неудобен в использовании и широкое применение электрокардиографии началось позже, после появления в 1903 г.
более совершенного прибора — струнного гальванометра Эйнтховена. (Работа этого прибора основана на движении проводника с током в магнитном поле. Роль проводника играла посеребренная кварцевая нить диаметром в несколько микрометров, туго натянутая в магнитном поле. При пропускании по этой струне тока она слегка изгибалась. Эти отклонения наблюдались с помощью микроскопа.
Прибор обладал малой инерцией и позволял регистрировать быстрые электрические процессы.) После появления этого прибора в ряде лабораторий начали детально изучать, чем отличается ЭКГ здорового сердца и сердца при разных заболеваниях. За эти работы В. Эйнтховен получил в 1924 г. Нобелевскую премию, а советский ученый А. Ф. Самойлов, много сделавший для развития электрокардиографии, получил в 1930 г. Ленинскую премию. В результате следующего шага в развитии техники (появления электронных усилителей и самописцев) электрокардиографы стали использоваться в каждой крупной больнице. Какова природа ЭКГ? При возбуждении любого нервного или мышечного волокна ток в одних его участках втекает через мембрану внутрь волокна, а в других— вытекает наружу. Прп этом ток обязательно течет по наружной среде, окружающей волокно, и создает в этой среде разность потенциалов.
Это позволяет регистрировать возбуждение волокна с помощью внеклеточных электродов, не проникая внутрь клетки. Сердце — зто достаточно мощная мышца. В ней синхронно возбуждается много волокон, и в среде, окружающей сердце, течет достаточно сильный ток, который даже на поверхности тела создает разности потенциалов порядка 1 мВ. Обычная форма ЭКГ приведена на рис. 65; зубец Р соответствует возбуждению предсердий, а самый большой зубец й — синхронному возбуждению желудочков. Для того чтобы больше узнать по ЭКГ о состоянии сердца, врачи аапнсывают много кривых между разнымп 254 точками тела, Для понимания этих кривых нужен большой опыт.
С появлением вычислительной техники стало возможным в значительной мере автоматизировать процесс «чтения» ЭКГ, Вычислительная машина сравнивает ЭКГ данного больного с образцами, хранящимися в ее памяти, и выдает врачу предполагаемый диагноз (илн несколько возможных диагнозов). Сейчас возникло много и других новых подходов к р анализу ЭКГ. Очень интересным представляется такой. По потенциалам, зарегистрированным с многих Рвс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
