Замечательным образом природа использует закон Ома для распознавания источников электрического сигнала и его положения в пространстве.

В середине XX века, в ходе изучения поведения рыбы гимнарх, английский ученый Лиссман обнаружил, что эта рыба ориентируется в мутной непрозрачной воде благодаря не эхолокации, а каким-то другим органом, реагирующим на электрические сигналы. Этот орган получил название «ампулы Лоренцини», по имени итальянского зоолога Стефано Лоренцини, еще в 1678 году описавшего эту необычную сеть крохотных отверстий, которые усеивают переднюю часть головы рыб и придают им несколько «небритый» вид (см. фотографию).

Лоренцини высказал предположение, что это какой-то необычный орган чувств и примерно четверть века назад его гипотеза подтвердилась – существование электрорецепторов (лат. «рецептор» – принимающий) было признано наукой. Их начали изучать, и вскоре похожие органы были обнаружены у многих морских и пресноводных рыб – акул, скатов, сомов и др., а также у миног. Недавно такие рецепторы были открыты у амфибий – саламандр и аксолотля, а также у млекопитающих (например, утконосов).

Ампулы Лоренцини – это особые слизистые железы, чувствительные к очень слабым электрическим полям, возникающим вокруг всех живых организмов. По форме ампулы представляют собой погруженные в толщу кожи маленькие капсулы, от которых отходят трубочки, открывающиеся на поверхности кожи отверстием-порой (см. рисунок).

На стенках капсул и трубочек расположены клетки с большим сопротивлением R2, а образованная ими полость и трубочки заполнены желеобразной массой с малым сопротивлением R1. Таким образом, трубочка выполняет роль изолированного проводника, соединяющего поверхность тела акулы с капсулой, клетки которой одновременно являются и электрорецепторными.

На протяжении проводника – железнообразной массы – акула «использует» закон Ома в форме U=IR. Дело в том, что слабые электрические поля, создаваемые рыбами и другими живыми организмами в воде, вызывают слабые электрические токи как в воде, так и внутри тела акулы, находящейся поблизоости. Возникают токи, в том числе, и внутри желеобразной массы. А, согласно закону Ома, при одинаковом токе по всей длине ампулы (ведь она окружена клетками-изоляторами) напряжение пропорционально сопротивлению. То есть наиболее высокое напряжение – именно на рецепторных клетках.

Поскольку ампул Лоренцини у любой рыбы множество, и они располагаются на разных частях её головы (то есть «смотрят» и вправо, и влево), значит, одно и то же электрическое поле вызовет неодинаковые токи в различных ампулах. Соответственно, электрорецепторные клетки в таких ампулах обнаружат и неодинаковые напряжения. То есть электрический сигнал, полученный извне, по-разному воспринимается различными электрорецепторами, которые передают сигнал в мозг.

Поворачивая голову, акула ещё больше увеличивает разность напряжений, возникающих в различных ампулах. Благодаря системе ампул, связанной с мозгом, акулы улавливают, распознают и расшифровывают мельчайшие колебания электрических полей. Это помогает им добывать пищу даже в мутной воде.

Опытным путём установлено, что акула чувствует ток силой всего в 0,000005 Ампер, а электрическое поле, при котором ампулы Лоренцини распознавали раздражающий импульс – около 0,1 мкВ на 1 см. Это очень высокая чувствительность! Для сравнения: если погрузить один электрод «пальчиковой батарейки» в море, то акула почувствует ток, если второй электрод погрузить за несколько километров от первого.

(C) 2011. Булычева Ирина Валентиновна (г. Ярославль)