Примерно 200 видов рыб-слонов живет в реках Африки. Они генерируют электрические импульсы, прощупывая мутную воду, чтобы заметить нарушения своего личного электрического поля при его столкновении с окружающими предметами. При помощи своих длинных чувствительных подбородков они ищут еду, спрятанную на речном дне. Чтобы обработать всю информацию, поступающую от их органов чувств, у рыб-слонов есть огромный мозг, потребляющий до 60 % поступающего в их организм кислорода. У них отношение размера мозга к размеру тела близко к человеческому, но мы используем только 20 % кислорода для питания своего мозга.
Миролюбивые рыбы-слоны находятся на одном краю спектра, а на другом расположен печально известный электрический угорь (рыба с занятным научным названием – Electrophorus electricus). Это не настоящие угри, а один из видов южноамериканских гимнотовых рыб
[80], способный генерировать 600-вольтные импульсы, парализующие или даже убивающие других животных. Зоолог Кеннет Катаниа из Университета Вандербильта (Теннесси, США) познакомился с электрическими угрями ближе, чем кто-либо еще. Помимо других важных открытий, его исследования показали, что угри испускают свои мощные электрические разряды не случайно, в надежде кого-нибудь ударить, а используют их значительно более тонко и изощренно. Угорь часто начинает охоту, посылая два или три разряда в воду. Если рядом прячутся мелкие рыбы или раки, то они выдадут себя непроизвольными сокращениями мышц, вызванными электрическим током. Эти сокращения посылают волны сквозь воду, которые угорь воспринимает чувствительной к давлению боковой линией. Затем он, как электрошокер, посылает серию импульсов, которые перевозбуждают нервы жертвы, вызывая сокращение мышц и временный паралич.
Катаниа также догадался, что могло произойти с лошадьми Александра фон Гумбольдта 200 лет назад в болотах Венесуэлы. В ходе путешествия по Южной Америке Гумбольдт попросил местных рыбаков достать ему нескольких живых электрических угрей. Чтобы выполнить его просьбу, они загнали лошадей в водоем и наблюдали, как угри начали выпрыгивать из воды и яростно их атаковать. Рыбаки кричали на лошадей, не давая им убежать; две лошади в результате утонули, остальные, шатаясь, вышли на берег и потеряли сознание. Истощенных угрей рыбаки отдали Гумбольдту. Катаниа считает, что угри таким образом отстаивали свою территорию в ситуации, которая возникает каждый год. Во время сезона дождей вода из рек Амазонки и Ориноко затопляет близлежащие джунгли и саванны, и рыбы мигрируют в образовавшиеся болота. Затем, когда дожди кончаются и вода сходит, рыбы остаются в изолированных водоемах; Гумбольдт был там как раз в сухой сезон. Электрические угри хорошо знакомы с этой ситуацией и приспособились к ней: они дышат воздухом и выживают в стоячей воде. Но изоляция делает их уязвимыми, и водоемы, наполненные неспособными сбежать рыбами, привлекают хищников. Однако у угрей есть эффективный способ защиты.
В ходе своих экспериментов Катаниа видел, как пойманные электрические угри атаковали сеть, которую он использовал для вылавливания их из аквариума. Угри снова и снова нападали на сеть и выпрыгивали из воды, посылая электрические разряды в металлическую ручку. Чтобы измерить силу этих атак, Катаниа поместил в аквариум металлическую палку, соединенную с вольтметром (угри часто создавали 200-вольтные разряды). Он даже создал модель головы крокодила в натуральную величину и покрыл ее светодиодами, загоравшимися каждый раз, когда угорь бил ее током. Угри наносили мощные удары, выпрыгивая из воды и создавая короткое замыкание между своим электрическим органом и телом другого животного. Это значительно более эффективно, чем если бы угри выстреливали зарядами в воду, в которой стоит или плавает их цель.
В последнем опубликованном исследовании (2017) Катаниа непосредственно на себе испытал, насколько эффективными могут быть электрические удары угрей. Он разработал эксперимент для измерения тока, текущего через человеческую руку при атаке угря, выступив в роли подопытного животного. Выбранный угорь был относительно маленькой, 40-сантиметровой молодой рыбой, но все равно его разряды достигали 50 мА (миллиампер), что «значительно превышало порог активации ноцицепторов
[81]», как написано в статье Катаниа. Другими словами, было очень больно. Однако его рука не была парализована, мышцы не были перевозбуждены и не сократились. Катаниа считает, что атаки угрей направлены не на обездвиживание жертвы, а на то, чтобы отпугнуть хищников, болезненно ударив их током.
Катаниа уверен, что выпрыгивающие из воды угри не охотятся. Они не кусают и не жуют свою пищу и не смогли бы проглотить что-либо размером с крокодила, лошадь или человека. Он думает, что небольшие аквариумы в его лаборатории воспринимаются угрями как родные высыхающие водоемы, в которых они должны опасаться хищников, точно так же, как это происходит в сухой сезон в естественных условиях. В этой ситуации, когда к ним приближается что-то большое и угрожающее, рефлекторный ответ угря – защищаться и показать хищнику, что с ним лучше не связываться.
Чарльз Дарвин прекрасно знал, что в мировых водах обитают различные электрические рыбы. В своем труде «Происхождение видов» он рассуждал о том, как они эволюционировали: «…если бы электрические органы были унаследованы от какого-нибудь древнего предка, мы должны были бы ожидать, что электрические рыбы тесно связаны между собой». Но Дарвин знал, что электрические рыбы не являются близкими родственниками. Гнюсовые, нарковые, нарциновые скаты и скаты-торпедо относятся к электрическим пластиножаберным рыбам. На далеко расположенных друг от друга ветвях эволюционного древа, среди костистых рыб, расположились семейства электрических звездочетов (Uranoscopidae), электрических сомов (Malapteruridae), мормировых (Mormyridae) с рыбой-слоном и отряд гимнотообразных (Gymnotiformes) с электрическим угрем в своих рядах. Дарвин считал их важными примерами явления, которое сейчас называется конвергентной эволюцией, хотя он этот термин не использовал. Конвергентная эволюция происходит, когда неблизкородственные виды выглядят, ведут себя или функционируют сходным образом. Дарвин написал: «Подобно тому, как два человека иногда независимо друг от друга приходят к одному и тому же изобретению, так, по-видимому, и… естественный отбор… произвел у различных существ сходные органы».
Так, лазающие по деревьям приматы мадагаскарские руконожки и австралийские сумчатые поссумы научились использовать тот же источник пищи, что и дятлы. Все три группы животных делают отверстия в деревьях и достают личинок из-под коры; птицы используют для этого свой клюв и длинный язык, тогда как руконожки и поссумы орудуют выступающими передними зубами и длинными пальцами
[82]. Аналогичным образом рыбы приобретали электричество не менее шести раз в ходе эволюции. Дарвин поразился бы тому, как это происходило и как эволюция может раз за разом приходить к одному и тому же результату. Электрические органы наполнены электроцитами – модифицированными мышечными клетками из разных частей тела. У электрических скатов эти клетки являются модифицированными жаберными мышцами и формируют похожие на бобы структуры по обеим сторонам их круглых тел. Во время охоты скаты обхватывают добычу широкими грудными плавниками и бьют их током. Североамериканские звездочеты живут на восточном побережье Америки, закопавшись в песок, и только их глаза выглядывают наружу. Модифицированные глазные мышцы создают слабые электрические разряды, способные сбить с толку добычу или отпугнуть приближающихся хищников. Что же касается мощного электрического угря, то его тело более чем на две трети состоит из электроцитов, преобразованных из мышц, проходящих вдоль всего тела. Молекулярные исследования показывают, что все эти рыбы используют один и тот же набор генетических инструментов для создания электричества. Они следуют одному пути развития, включая и выключая одни и те же гены. Это сложный процесс, в котором мышечные клетки разрастаются, теряют способность сокращаться и вместо этого начинают транспортировать большое количество ионов через мембраны, создавая поток зарядов. Несмотря на то что электрические органы возникали как у морских, так и у пресноводных рыб, в разных частях тела и с промежутками в миллионы лет, по сути они устроены одинаково.
