Тірі ағзалардағы электрлік үдерістер. Электрорецепторлар және электрлі мүшелер. Биология, 9 сынып, дидактикалық материал.

Дидактикалық материалдар

1-қосымша

Мүмкін, сіздер электр разряды бар жыланбалықтардың разрядтар тудырып, оларды жауларынан қорғаныш ретінде және жемін жансыздандыру үшін пайдаланатынын естіген боларсыздар. Сонымен қатар, электр ағындарын тудыруға, ұстап алуға және осы «алтыншы сезімді» әр түрлі мақсатта пайдалануға қабілетті балықтың бірнеше түрі бар екені бәріне мәлім емес. Арнайы электр органдары мен дененің бетінде орналасқан электр рецепторлары тудыратын разрядтардың көмегімен электр балығы ірі жыртқыштарды немесе олжаларын мазалайды, заттарды тану, құрбанын табу және тіпті басқа жеке түрлермен хабарласа алады. Осы әрекеттердің барлығын электр балығы қалай жүзеге асыратыны туралы сөз болады. Мақалада жеке түрлердің мінез-құлқын сипаттаудың мысалдары берілген.

Піл - балық және электрлік жайын.

Электр балықтары негізгі үш санатқа бөлінеді

Күшті электрлік, электрлік жыланбалық сияқты, күшті электрлік қуат разрядтарын тудырады. Бұл түрмен, басқа организмдерді жою үшін жеткілікті, 500-600В разряд кернеуі бөлінеді. Мұндай разряд ірі теңіз тұрғындары мен ересек адам үшін қауіпті (Schmidt-Neilsen 2001). Әлсіз электрлік түрлері, құрбанын өлтіре алмайтын немесе құрбанын мазалайда алмайтын әлсіз разрядтар шығарады. Мұндай сигналдар зардап шегушіні зақымдау үшін емес, оны табу үшін, немесе өмір сүру ортасындағы түрлі объектілерді табу үшін, сондай-ақ қарым-қатынас құралы ретінде пайдаланылады. Үшінші санатқа жататын кейбір түрлер разрядтарды мүлдем бөле алмайды, бірақ олар барлық ағзаларда байқалатын әлсіз электр импульстерін ұстайды, өйткені олар бұлшық ет функциясын реттейді. Мұндай электрорецепция оларға аулайтын жануарлар ағзасындағы әлсіз электр сигналдарын анықтауға көмектеседі және құрбанына дәл шабуыл жасауына мүмкіндік береді (Schmidt-Neilsen 2001).

Электр сигналы

Электрлік балықтың электр сигналдарын анықтау және генерациялау механизмі. Электр сигналдары электр органдарында бөлінеді. Піл-балық (Gnathonemuspetersii) сияқты әлсіз электрлік түрлерде бұл орган құйрық (Kawasaki) аймағында орналасқан. Күшті электрлік түрлерде электр органының мөлшері үлкен және дененің едәуір бөлігін алады. Мысалы, электрлік жыланбалықта электр органы дененің 40% алады (Schmidt-Neilsen 2001).

Балықтардың және олардың электр органының сызбанұсқалық бейнесі. a) күшті электрлік, (b) әлсіз электрлік. Электр органы қызыл түспен белгіленген. Көлденең қима сызықпен көрсетілген. Бағдаршалармен орган арқылы өтетін электр сигналдарының бағыттары мен кезектілігі белгіленген; осы бағдаршалардың ұзындығы тізбекті фазалардың амплитудасына пропорционалды (егер біреуден артық болса). Raja және Torpedo өкілдері шеміршекті балықтар, қалғандары — сүйекті. Astroscopus, жұлдызшалардың бірнеше түрі, алабұғалар; Malapteruruselectricus, электрлік жайын; Gnathonemussp., піл-балық , Gymnarchusniloticus Мормириформды (Mormyriforms); Electrophoruselectricus, электрлік жыланбалық, Gymnotussp. және Sternarchussp. барлық Гимнотиформды (gymnotiforms), пышақ-балық [Srivastava, Szabo (1973); Libouban, Szabo, Ellis (1981)].

Электр сигналдарын генерациялау

Электр сигналдарын бөле алатын балық электрогенді деп аталады (Нельсон зертханасы). Электр органдары, жиырылуға қабілетсіз, өзгерген бұлшықет массасын құрайтын бағаналарға жиналған электр пластиналарынан тұрады. Бұл органдарда электр тогы бөлінеді. Пластинкалардың әрқайсысы бір жағынан жүйке ұштары бар тегіс беттен тұрады; қарама-қарсы жағы қатпарлы құрылымды. Тыныштық жағдайында екі жақта сыртынан оң және ішкі жағынан теріс зарядқа ие, сондықтан екі жақтың арасындағы потенциалдар айырмасы нөлге тең. Импульс тудыру үшін, ми электр сигналын, жүйке ұштарына бай пластинка бетін деполяризациялайтын, бағанның жоғарғы пластинкасына жібереді. Осының арқасында, пластинканың айналасында кернеу пайда болады, ол электр тогын тудыра отырып, келесі пластинканы деполяризациялайды. Осылайша, деполяризация толқыны бүкіл баған арқылы өтеді. Бағаналарға жиналған электр пластинкалары батареялардан тұратын топқа ұқсайды. Осы бір-бірімен қосылған батареялар бөлетін зарядтар қоршаған сулы ортаға түсіп, қарым-қатынас құралы ретінде, сондай-ақ заттарды табуға және потенциалды жыртқыштарға қарсы қару немесе олжаларын бейтараптандыру немесе жою мақсатындағы (Schmidt-Neilsen 2001) қару ретінде пайдаланылады (Schmidt-Neilsen 2001).

Анимация электр сигналының бөліну принципін көрсетеді. Тыныштық жағдайында барлық электр пластиналарының бірыңғай заряды болады. Мидан электр импульсі түскен кезде пластинканың тегіс иннервирленген жағы кернеу жасай отырып деполяризацияланады. Толқын баған бойымен, өте қуатты болуы мүмкін заряд тудыра отырып жылжиды. (илл.MasashiKawasaki).

Электр сигналдарын қабылдау қалай жүзеге асырылады?

Электр импульстерін генерациялаудан басқа, балық өзінен және басқа жеке түрлерден түсетін электр сигналдарын қабылдауға және өңдеуге қабілетті. Электр сигналдарын табу қабілеті электрорецепция деп аталады (Нельсон атындағы зертхана). Сигналдар электр балығының тері бетінде орналасқан ерекше рецепторлардың көмегімен анықталады. Рецепторлардың екі түрі болуы мүмкін: түйнек және ампуллярлы. Түйнек тәрізді рецепторлар жоғары жиілікті сигналдарға (бірнеше жүз Гц жиілікте) сезімтал және олар электр балығына тән. Ампуллярлы рецепторлар электр балықтарының ағзаларында да, электрлік емес балықтардың ағзаларында да бар және олар әлдеқайда төмен жиіліктегі сигналдарды қабылдайды (Schmidt-Neilsen 2001)

Жауды электршокпен бейтараптау

Электр балығының ең танымал қабілеті-электр разрядтары арқылы жауды шабуылдау қабілеті. Электрлік жыланбалық, электрлік скат және электрлік жайынның электр органдары бар, олар салсыздандыруға немесе тіпті басқа түрлерін өлтіруге қабілетті разрядтарды тудыра алады. Оң полюс – бас аймағында, теріс – құйрық аймағында орналасқан (Gerrow 2002).

Электрлік жыланбалық (Electrophoruselectricus). Бұл түр кернеуі 600 В-қа жуық разрядтарды өндіруге қабілетті, бірақ басқа да деректер бар (Бэйли және соавт.) Шын мәнінде, электрлік жыланбалықта бір емес, бүтіндей үш электр органы бар. Олардың бірі – Сэча органы- құрбанын табу және кеңістікте бағдарлау үшін пайдаланылатын әлсіз импульстер шығарады. Негізгі электр органы, сондай-ақ «аңшы органы» күшті разряд үшін потенциал жасай отырып, электр энергиясын өндіреді және жинақтайды. Жыланбалық кеңістікке импульс беріп немесе қарапайым жанасу арқылы құрбанына шабуыл жасайды, бұл неғұрлым тиімді тәсіл болып табылады. Разрядты шығарғаннан кейін, жыланбалыққа «қайта зарядталып», тағы да максималды зарядқа жету үшін бір сағаттай уақыт керек (Gerrow 2002). Электрлік жыланбалық және электр органының үш бөлімі: Сэча органы, «аңшы органы» және негізгі орган. Олардың орналасуын жоғарыдағы суреттерден көруге болады.

Электрлік жайын (Malapteruruselectricus).

Электрлік жайын да электрлік жыланбалық сияқты, суға разряд шығару немесе жиі тікелей жанасу арқылы шабуыл жасайды. Сонымен қатар, оның разрядтары жыланбалықтікі (шамамен 350 В) сияқты қуатты емес, бірақ мұндай қуат басқа балықтарды бейтараптандыру және басып алу үшін жеткілікті. Бірінші кезекте, жайын соңынан бірнеше әлсіз разрядтар жүретін негізгі разрядты бөледі (Gerrow 2002).

Электрлік скат (Torpedotorpedo). Электрлік скат ең танымал скаттардың бірі болып табылады, алайда бұл электрлік скаттардың 35 түрінің бірі ғана. Скаттар өзінің потенциалы мен денесінің бірегей құрылымы арқасында құрбанды тұтқындаудың ерекше тәсілін қолданады. Үлкен жүзу қанаттарының көмегімен скат құрбанды толығымен қоршап алады. Осылайша құрбанды тұтқындап, скат қуатты разряд (200 В дейін) бөледі де, оны өлтіреді (Gerrow 2002).

Электр сигналдарының көмегімен сөйлесу. Адам ауызша дыбыс сигналдарын қалай пайдаланса, электр балығы электр сигналдарын қарым-қатынас құралы ретінде солай қолданады. Электр органының көмегімен балық су ортасында тарайтын импульс шығарады және оны сулы ортаның басқа тұрғындары ұстап алып, алынған сигналды өңдейді.

Импульстің мәні оның физикалық сипаттамаларымен анықталады. Балық үздіксіз сигналдарды шығарады және үздіксіз ақпарат ағынын қамтамасыз етеді. Сигнал балықтың қай түріне жататыны туралы, сондай-ақ оның өрісі, көбеюға дайындық дәрежесі, әлеуметтік мәртебесі, тіпті агрессия деңгейі туралы ақпарат береді. Ғалымдар түрлі сигналдарды танып білуде белгілі бір прогреске қол жеткізсе де, «балық тілі» — өте қиын тапсырма, әлі бұл салада көп нәрсені үйрену керек. Барлық түрлер сигналдарды шығару мақсатына байланысты олардың сипаттамасын өзгерте алады.

Пассивті электролокация. Электр балығы аң аулау мақсатында электр сигналдарын өндіру және қабылдау қабілетіне ие. Барлық теңіз ағзалары, қоршаған су ортасында жақсы өтетін әлсіз электр разрядтарын шығарады. Электр балығы ықтимал құрбандықтан шығатын бұл сигналдарды ұстайды. Балық құрбаны орналасқан жерін дәл анықтауға, оның қозғалысын қадағалауға, тіпті шабуылдың ең тиімді үлгісін таңдауға қабілетті (vonderEmde 1999). Мұндай электролокациялық аң аулаудың бірқатар артықшылықтары бар. Біріншіден, ол электрлік балықтың түрлер есебінен өмір сүруіне мүмкіндік береді, электролокациясыз аң аулау мүмкін емес, өйткені тек электр сигналдары жасырылған құрбанның орналасқан жерін анықтауға мүмкіндік береді. Сондай-ақ, бұл қабілет қалған сенсорлық функцияларын толықтырады және қоршаған орта мен қол жетімді тамақ туралы толық түсінік жасайды. Акулалар мен скаттар ең танымал «электролокациялық» жыртқыштар болса да, бұл қабілетке кейбір басқа түрлер де ие. Төменде бірнеше мысалдар келтірілген.

Ескектұмсық (Polyodonspathula) – зоопланктонмен қоректенетін тұщы су балықтарының түрі. Ересек түрлер тамақты сүзуге қабілетті, бірақ жас түрлерінің желбезектері жоқ, сондықтан олар планктонды жануарларды тауып, оларға іріктеп шабуыл жасайды. ескектұмсық лайлы суда өмір сүреді, олардың көру мүшелері нашар дамыған. Сондықтан зоопланктон аулау кезінде олар электр органдарына сүйенеді. (Wilkenset al.1997).

Американдық кунья акула. Электролокация арқылы аулау американдық кунья акулаға (Musteluscanis) тән. Бұл балық, тез қозғала алатын және әдетте жыртқыштардан құм түбінде жасырынып тұратын балықтардың ұсақ түрлерімен қоректенеді. Оның электролокация қабілеті, құрбаны құм астында жасырынған болса да, құрбанның жасырынып жатқан орнын дәл анықтауға мүмкіндік береді. Акула өте дәлдікпен соққы жасайды, дегенмен, шабуыл сәтсіз болған жағдайда, құрбаны тез орнынан кетеді де, оны қайта ұстап алу мүмкін болмай қалады (Kalmijn 1982).

Көк акула. Акулалар мен скаттардың кейбір түрлері электролокацияға қабілетті екені дәлелденген. Көк акулалармен (Prionaceglauca) өткізген ғылыми тәжірибелер барысында, олардың иістер шығаратын құрбандарына қарағанда, электрлік өрістер өндіретін құрбандарын шабуылдауға бейім екені белгілі болды (Kalmijn 1982).

Ескерту: пассивті электролокация кезінде, электр балығы тек басқа организмдердің электр өрісін ғана анықтайды. Белсенді локация кезінде балық өз өрісін жасай отырып, басқа электр өрістерін анықтайды. Нысандар олардың электр өрісінде жасайтын кедергілерін талдау жолымен анықталады.

Навигация. Белсенді электролокация

Электр балықтарының электролокациясы жарқанаттардың эхолокациясына ұқсас. Белсенді электролокация кезінде балық электр сигналдарын қоршаған су ортасына жібереді. Электр өрісі шегіндегі кез келген нысан сигналға кедергі жасай отырып әсер етеді.

Электролокация процесіндегі балық. Түр заряд өндіріп, айналасында электр өрісін жасайды. Нысан (қызыл шеңбер түрінде көрсетілген) өрісті сәл бұрмалайды. Электр өрісіндегі кедергіні ескеріп, балық нысанның орналасқан жерін, пішінін, өлшемін және электрлік қасиеттерін анықтайды (илл.MasashiKawasaki). Балық тері бетінде орналасқан электр рецепторлардың көмегімен кедергілерді бекітеді. Электр рецепторлары бар балықтың дене бөліктеріне, сигналға кедергі келтірген нысанның электр суреті «проекцияланады», балық нысан туралы ақпарат алады (vonderEmde 1999 ж.).

Белсенді электролокация көмегімен, электр балығы әр түрлі ақпаратты жинайды. Ол нысанға дейінгі қашықтықты, олардың өлшемдерін, пішінін және электр өткізгіштігін анықтай алады. Бұл балықтың денесінде болатын «электр суреттің» әр түрлі аспектілерін мысалы, өлшемі, жиілігі, денеде орналасуы және қарқындылығын өңдеу арқылы жүзеге асырылады. Піл-балықтың (Gnathonemuspetersii) тірі және өлі материалды ажырату қабілеті бар (vonderEmde 1999).

Электролокация мысалдары: Қалай әлсіз электрлік піл-балық (Gnathonemuspetersii) электр сигналдарының көмегімен объектілерді таниды.

Электрлік қасиеттері. Нысандар қоршаған суға қарағанда электр тогын жақсы немесе нашар, немесе мүлдем электр өткізгіштігі болмауы мүмкін. Егер нысанның суға қарағанда электрөткізгіштігі жоғары болса, балықтан шығатын сигнал нысанға тартылып, оның бағытына ұмтылады. Балық осы сигналды сезгенде, нысанның айналасында әлсіз өріс аумағымен қоршалған қарқынды электр өрісі пайда болады; нәтижесінде «мексикалық шляпа профилінің» әсері байқалады. Электр өткізгіштігі аз немесе жоқ нысандар қарама-қарсы әсер береді (vonderEmde 1999 ж.).

Электрөткізгіш және электрөткізгіш емес нысандар маңындағы электр өрісі сипатының өзгеруі

Электр өткізуші объект (сол жақта) рецепторларға берілетін сигналдың тығыздығын арттыра отырып, сигналды тартады. Өткізбейтін объект (оң жақта), керісінше, электр сигналын тежеу арқылы төменгі тығыздық құрады. Сурет GerhardvonderEmde (vonderEmde 1999 ж .) алынған

Нысандарды табу және олардың пішінін анықтау. Электролокация арқылы кеңістікте бағдарланатын балық, нысанның пішінін және оның орналасқан жерін оның «электр суретіндегі» проекциясын негізге ала отырып анықтайды. Бұл «сурет» сипатталатын орын, нысанның қайда орналасқанына байланысты; осылайша, балық денесіндегі «суреттің» орналасуын талдау нысанның балық орналасқан жерге қатысты орналасқан жерін анықтауға мүмкіндік береді. Осындай принцип бойынша «сурет» пішіні нысанның пішінін көрсетеді (vonderemde 1999 ж.).

Қашықтық.

Нысанға дейінгі қашықтықты анықтау қиын, себебі «сурет» қашықтықтықты да, нысанның орналасқан жері мен пішіні сияқты дәл көрсете алмайды. Балық денесіндегі шеңбер түріндегі ірі «сурет» ірі сфералық нысанның тікелей жақын орналасуымен де, сондай-ақ ірі емес нысанның едәуір қашықтықта болуымен де байланысты болуы мүмкін. Әртүрлі қашықтықта орналасқан бірдей мөлшердегі нысандар көрсетілген «электрлік суреттер». Алыстағы нысан ірі және анық емес сурет береді. Сурет GerhardvonderEmde (vonderEmde 1999 ж .) алынған.

Әлсіз электрлік балық денесіндегі нысанның «электрлік суреті» (vonderEmde 1999 ж.). Нысанның жоғарғы жағында балықтан алыс, төменгі жағында балыққа жақын орналасқан.

Герхард Герхардт фон дер Эмде-нің ойынша, піл-балық электролокация арқылы қашықтықты қалай анықтайтынын түсіндіретін салыстырмалы талдау ұсынады: «әрбір нысан балықтан алыс орналасуына қарай мөлшері ұлғаяды, балық денесінің бетінде «электрлік көлеңкесі» сияқты проекция жасайды. Сонымен қатар, «көлеңкелердің» жиектері анық емес және солғын болады (vonderEmde 1999). Осылайша, балық «суреттерді» анықтығы мен жарықтығы бойынша салыстыра отырып, нысанға дейінгі қашықтықты анықтайды. Басқа ғалымдар басқа гипотезаларды ұсынады (BudelliandCaputi 2000). Балықтардың әр түрлі түрлері нысанға дейінгі қашықтықты әр түрлі анықтайды деп болжауға негіз бар (vonderEmde 1999 ж.).

Ескерту: пассивті электролокация кезінде, электрлік балық басқа организмдердің электр өрісін ғана анықтайды. Белсенді локация кезінде балық басқа электр өрісін де анықтайды және өз өрісін жасайды. Нысандар, олардың электр өрісіндегі жасайтын кедергілерді талдау жолымен анықталады.

2-қосымша

Тапсырма №1. Ағза үшін электр үдерістерінің маңызын, электр үдерістерінің пайда болу түрін және электрді өндіретін және оны пайдалануға қабілетті жануарларды кестеге толтыру

Тапсырма№ 2. Жүйке және бұлшықет ұлпаларындағы электрлік үрдістердің ұқсастығы мен айырмашылықтарын анықтаңыз:.......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................