Материал опубликовала

Методист МКУ ДО Оричевского Дома творчества

Россия, Кировская обл., п. Оричи

Материал размещён в группе «Учебный фильм - окружающий мир, естествознание, краеведение»

#4 класс #5 класс #6 класс #7 класс #ФГОС #Методические разработки #Занятие #Учитель-предметник #Учитель начальных классов #Педагог дополнительного образования #Естественнонаучное - эколого-биологическое #Дополнительное образование

Анимированное занятие (Gif) на тему «Электрические чувства». Справочное бюро. Рекордов природы.

Скачать
презентацию

Просмотреть
презентацию

Занятие разработано на основе учебного пособия Н. Е. Макарова «Животные. Рекорды природы »

Разработка занятий. Справочное бюро. Рекорды природы.

Цель – сформировать у учащихся интерес к окружающему миру, как источнику знаний, желание и привычку познавать что-то новое.

Задачи:

систематически знакомить детей с широким кругом доступной для самостоятельного чтения познавательной литературы;

формировать умение различать книги по существенным признакам (тематике, автору, назначению и т.д.);

воспитывать стремление черпать новые знания, задумываясь и размышляя над прочитанным и увиденным.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В книге «Чувства животных» Р. Бертон на многочисленных и интересных примерах показывает, как удивительно приспособлены все живые организмы к условиям существования.

Рыбы, имеющие электрические органы, обычно живут в мутной воде или активны в ночное время. Глаза у них маленькие, а поэтому восприятие электрического поля должно иметь для них большое значение, хотя еще никто не показал, что какие-либо рыбы, в том числе, скаты, и в самом деле как-то используют электрическое чувство.

Анимированная GIF видео « ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЧУВСТВА »

Анимированная GIF презентация « ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЧУВСТВА »

презентация « ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЧУВСТВА »
PPT / 37.39 Мб

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЧУВСТВА

О том, что некоторые рыбы могут генерировать электрический ток, было известно еще древним грекам, хотя они и не знали, что то шоковое оцепенение, которое вызывали у рыбаков электрические скаты, было связано с действием электричества.

Они полагали, что рыба выделяет из своих кровеносных сосудов какое-то ядовитое вещество, которое замораживает кровь любого, кто к ней прикоснется. Также издревле был известен электрический сом, обитающий в реках и озерах тропической Африки. В Египте его называют «рааш», что созвучно арабскому слову «ра-ад», означающему в переводе «гром».

Начиная с XI столетия арабы используют его в народной медицине (своего рода электротерапия): они прикладывают живых сомов к различным частям тела для снятия всякого рода болей. Римляне подобным же образом использовали электрических скатов при лечении подагры и головной боли.

Эти рыбы, как и обитающие в Южной Америке электрические угри, обладают особыми органами, которые способны производить мощный электрический разряд. С помощью своего электрического органа, состоящего из видоизмененных мышечных волокон, электрический сом может производить разряд напряжением до 650 В.

Сокращение обычных мышц начинается с небольших электрических разрядов, называемых потенциалами действия, которые распространяются по поверхности мышечного волокна точно так же, как рецепторный потенциал распространяется по рецептору. В процессе эволюции в электрическом органе рыб была утрачена способность мышц к сокращению, а потенциалы действия, напротив, очень сильно возросли. Волокна электрического органа не похожи на тонкие мышечные волокна, а напоминают пластины, расположенные наподобие элементов в аккумуляторной батарее. Как и в любой батарее, отдельные заряды пластин суммируются и производят один сильный разряд. Потенциал действия каждой пластины достигает всего лишь 0,1 В; однако в электрическом органе угря могут быть одновременно возбуждены тысячи таких пластин, и тогда производимый ими разряд достигает огромной силы.

Электрические рыбы, о которых мы только что говорили, используют мощный электрический разряд для оглушения жертвы. Вместе с тем, есть рыбы, генерирующие гораздо более слабые токи — настолько слабые, что они не в состоянии обездвижить жертву; во многих случаях эти токи можно зарегистрировать лишь с помощью приборов. Почти у всех скатов электрические органы располагаются в области хвоста; электрический скат отличается от всех остальных тем, что производит особенно сильный разряд.

К электрическим рыбам принадлежат также звездочет, обитающий у берегов Северной Америки,

клюворылые рыбы Африки, например, слоноры,

а также гимнотовидные рыбы, к которым относится ножетелка и электрический угорь, — обитатели Южной Америки. Биологическое значение слабых токов, производимых этими рыбами, долгое время оставалось загадкой; теперь предполагают, что рыбы могут воспринимать искажение образующегося вокруг их тел электрического поля и таким образом обнаруживать препятствия или добычу.

Уже более ста лет известно, что электрические органы есть у нильской щуки — рыбы необычного вида, вдоль всей спины которой проходит постоянно колеблющийся плавник.

В 1951 году Г. У. Аиссман тщательно исследовал поведение этих рыб. Нильские щуки передвигаются не с помощью движений хвоста, как большинство других рыб, а с помощью волнообразно колышущегося спинного плавника. При этом их тело не изгибается из стороны в сторону. Эти рыбы с одинаковой легкостью могут двигаться как вперед, так и назад; они без труда обходят все препятствия, встречающиеся на их пути. Нильские щуки обитают в мутных илистых реках и по ночам охотятся на мелких рыбешек. В таких условиях от зрения мало пользы, и поэтому вполне естественно предположить, что какое-то другое чувство помогает нильской щуке ловить добычу и избегать препятствий.

По данным Аиссмана, нильская щука использует электрические органы для обнаружения различных препятствий; кроме того, он показал, что таким же образом обнаруживают препятствия и другие рыбы, обладающие электрическими органами.

Если опустить в аквариум с нильской щукой пару электродов, подключенных к осциллографу, прибор тотчас же зарегистрирует электрические разряды. Они следуют с постоянной частотой (примерно 300 имп./с), и при этом каждый разряд создает в воде электрическое поле, напоминающее поле вокруг магнитного стержня. Положительным полюсом в данном случае служит голова рыбы, а отрицательным — ее хвост. Любой находящийся в воде предмет искажает привычную конфигурацию электрического поля; оставалось лишь показать, что нильские щуки способны воспринимать свои слабые электрические поля и что с помощью этих полей они обнаруживают различные объекты. Оказалось, что щуки реагируют на движение слабого магнита вблизи аквариума. Кроме того, если записать электрические разряды рыбы на магнитную пленку, а затем воспроизвести эту запись, рыба будет нападать на опущенные в воду электроды. Позднее для того чтобы выяснить, может ли нильская щука обнаруживать находящиеся вблизи нее предметы, были проведены опыты с условными рефлексами. В аквариум опускали две трубочки из пористой глины, одну из которых заполняли водой из-под крана или каким-либо другим веществом, проводящим электрический ток, а другую — диэлектриком (например, воском или стеклом). Рыбу обучали приближаться к трубочке с проводящим веществом, каждый раз подкрепляя ее правильное поведение кусочком мяса. Вскоре она обучилась подплывать к этой трубочке и не обращать никакого внимания на другую, наполненную диэлектриком. Изменяя содержимое трубок, удалось определить, что нильская щука может обнаружить наличие в одной из них стеклянной палочки диаметром 2 мм. Такая тоненькая палочка вызывает минимальные изменения электрического поля рыбы; чтобы обнаружить эти изменения, нильская щука должна обладать крайне тонкой чувствительностью.

Органы чувств, которыми пользуется рыба для восприятия электрического поля, находятся в кожных покровах головы и очень напоминают органы боковой линии. Они представляют собой крошечные ямки, наполненные желеобразной массой, на дне которых находятся рецепторы. У нильской щуки толстая кожа, которая очень плохо проводит электричество; желеобразное содержимое ямок, напротив, представляет собой хороший проводник и играет роль вспомогательного органа, собирающего и концентрирующего электрический ток.

Вскоре после того, как у нильской щуки была обнаружена способность воспринимать электрические поля, ученые определили биологическое назначение ампул Лоренцини, имеющихся у скатов.

Вполне возможно, что электрическое чувство предназначено не только для того, чтобы избегать препятствий и обнаруживать жертву. Может быть, когда-нибудь выяснится, что оно, подобно другим чувствам, играет определенную роль в передаче информации во время агрессивного поведения или обряда ухаживания. Например, было обнаружено, что нильская щука изменяет частоту своих электрических разрядов, когда в аквариуме, где она находится, воспроизводят ее же собственные разряды, записанные на пленку. Можно предположить, что таким образом эти рыбы избегают «наложения» сигналов один на другой.

Электрическое чувство — это совершенно «новое чувство», о котором еще не так давно ничего не было известно. Исследование этого чувства привело к открытию рецепторного органа нового типа. Электрическое чувство в корне отлично от всех других чувств, которыми мы сами в какой-то мере обладаем (хотя животные используют их порой в других целях). Пусть с трудом, но мы все-таки можем представить себе, как летучая мышь ориентируется с помощью эхолокации, а пчела — с помощью поляризованного света; однако электрические рыбы живут, по-видимому, в совершенно чуждом нам мире.

Зачем рыбам "электрическое чувство"?

Прежде всего, нужно сказать, что все без исключения живые организмы - и водные, и сухопутные - создают вокруг себя слабые электрические поля. Они возникают "автоматически", в процессе обычной жизнедеятельности (дыхание, движение и т.д.) в результате сокращения мышц и электрических процессов в нервной системе. Слабое электрическое поле зарегистрировано, в том числе, и вблизи тела человека (на расстоянии 15-25 см). Существует даже такой термин - "электроаура".

Понятно, что в электропроводной среде, такой как вода, электрические поля вокруг живых объектов (Рис. 1) могут служить полезной информацией, например, для хищников, которые такими объектами питаются. Нужно только иметь специальные органы чувств, способные воспринимать эти поля. И действительно, как говорилось, огромное число рыб такими органами обладают, но об этом чуть позже.

С другой стороны, электрическое поле может быть использовано и самим его обладателем. Ведь попадание внутрь этого поля любого предмета неизбежно изменит форму силовых линий поля (см. Рис. 2). Если, опять же иметь специальные органы чувств, воспринимающие такие "деформации" собственного поля, можно таким образом получать важную информацию об окружающем мире.

Обе эти возможности - восприятие чужих электрических полей и анализ окружающих предметов по изменениям собственного поля - рыбами используются, но у разных видов эти способности развиты в разной степени.

Существует несколько видов рыб, у которых способность создавать вокруг себя электрическое поле развилась до совершенно невероятного уровня.

Это - так называемые СИЛЬНОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ рыбы. К ним относятся знаменитые электрический угорь и электрический сом и некоторые скаты.

Эти рыбы имеют специальные вырабатывающие электричество органы, которые способны производить электрические разряды такой силы, что их вполне можно использовать для охоты (что все перечисленные рыбы и делают). Понятно, что, имея возможность создавать такое мощное поле, они активно используют и возможности электролокации, в том числе, и для обнаружения своих жертв.

Другую группу составляют рыбы СЛАБОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ. Сюда входят некоторые африканские и американские виды. У них также имеются органы-электрогенераторы, но они несравненно слабее, чем у сильноэлектрических рыб. Для охоты они слабоваты, но для электролокации вполне годятся.

Наконец, подавляющее большинство рыб относится к числу НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ. И совершенно, как мы увидим, незаслуженно.

Во-первых, как уже говорилось, все они, хотят они того или не хотят, имеют вокруг себя электрическое поле.

Во-вторых, очень многие обладают и специальными органами чувств, воспринимающими электричество.

Такие органы - их называют ЭЛЕКТРОРЕЦЕПТОРАМИ - известны у всех акул, скатов и химер, у осетров и у многих других рыб.

Но есть множество видов, у которых никаких электрорецепторов не обнаружено. Это как раз те рыбы, которые нам наиболее интересны: щука, судак, окунь лещ, плотва и вообще все карповые - все эти виды не имеют электрорецепторов.

Но они при этом обладают электрочувствительностью! Это выяснилось сравнительно недавно, и ученые до сих пор не могут понять, как им это удается.
если почитать большинство учебников и сводок по ихтиологии, то придется сделать вывод, что никакого.

Дело в том, что долгое время принято было считать, что электрические явления играют важную роль в жизни только тех рыб, у которых есть электрогенераторные и электровоспринимающие органы. Это, как говорилось, сильноэлектрические и слабоэлектрические рыбы, а также те виды, которые лишены специальных органов, производящих электрические разряды, но имеют при этом органы электрочувствительности - электрорецепторы.

К ним относятся акулы, скаты, химеры, все осетрообразные, а также сомы и ряд экзотических рыб, таких как двоякодышащие, африканские полиптерусы и, наконец, знаменитая латимерия. Понятно, что из всего этого списка для нас интересны, разве что, сомы.

Все же остальные рыбы, а к ним относятся все наши традиционные "рыболовные" виды, никаких специальных органов для восприятия электрических полей не имеют, и при обсуждении темы электричества в учебниках по ихтиологии вообще не упоминаются. Я, по крайней мере, не нашел таких упоминаний ни в одном известном мне руководстве, как отечественном, так и зарубежном, в том числе и последних лет издания.

Между тем, существует достаточно специальных экспериментальных исследований, в которых показано, что многие "неэлектрические" виды, во-первых, способны генерировать вокруг себя слабые электрические поля, а во-вторых, обладают способностью чувствовать электрическое поле и оценивать его параметры. Другое дело, что до сих пор непонятно, каким образом, с помощью каких органов чувств они это делают.

Поля рыб-"неэлектриков"

Впервые слабое электрическое поле у неэлектрической рыбы было зарегистрировано у морской миноги американцами Клиеркопером и Сибакином в 1956 году. Поле фиксировалось специальной аппаратурой на расстоянии нескольких миллиметров от тела миноги. Оно ритмично возникало и исчезало синхронно с дыхательными движениями.

В 1958 году было показано, что электрическое поле, причем более сильное, чем у миноги, может генерировать вокруг себя и речной угорь.

Наконец, начиная с 1960-х годов способность рыб, ранее считавшихся неэлектрическими, излучать слабые электрические разряды была установлена на многих морских и пресноводных видах.

Таким образом, сегодня совершенно не приходится сомневаться в том, что все без исключения рыбы производят вокруг себя электрические поля. Более того, у многих видов параметры этих полей измерены.

Электрическая активность рыб сопровождается постоянным и импульсными электрическими полями. Постоянное поле рыбы имеет характерный рисунок - голова относительно хвоста заряжена положительно, и разность потенциалов между этими участками колеблется у разных видов от 0,5 до 10 мВ. Источник поля расположен в районе головы. Импульсные поля имеют сходную конфигурацию, они создаются разрядами частотой от долей герца до полутора килогерц.

Чувствительность рыб-"неэлектриков"

Чувствительность к электрическим полям у разных видов рыб без электрорецепторов сильно варьирует. У одних она сравнительно невысока (в пределах десятков милливольт на сантиметр), у других сопоставима с чувствительностью рыб, обладающих специальными органами электрического чувства.

Например, американский угорь в пресной воде чувствует поле величиной всего 6,7 мкВ/см. Тихоокеанские лососи в морской воде способны ощущать поле величиной 0,06 мкВ/см. При грубом пересчете, с учетом большего сопротивления пресной воды, это означает, что в пресных водах лососи способны чувствовать примерно 6 мкВ/см. Очень высокой электрочувствительностью обладает и наш обыкновенный сом.

Способность воспринимать слабые электрические поля установлена и у таких видов, как карп, карась, щука, колюшка, гольян.

По мнению большинства ученых, роль электрорецепторов у всех этих рыб играют органы боковой линии. Но считать этот вопрос окончательно решенным нельзя. Вполне может оказаться, что у рыб существуют и еще какие-то механизмы, которые позволяют им чувствовать электричество, и о которых мы пока даже не подозреваем.

Электрический мир

Итак, мы приходим к выводу о том, что все рыбы, хотя и в разной степени, обладают электрочувствительностью, и все рыбы, опять же в разной степени, создают вокруг себя электрические поля.

У нас, следовательно, есть все основания предполагать, что эти свои электрические способности рыбы как-то используют в своей повседневной жизни. Каким же образом, и в каких областях жизнедеятельности они могут это делать?

Прежде всего, отметим, что электрочувствительность применяется рыбами (угорь, сельди, лососи) для ориентации в океане.

Кроме того, у рыб развита система электрической коммуникации - взаимодействие друг с другом на основе обмена электрической информацией. Это используется при нересте, при агрессивных взаимодействиях (например, при охране своей территории), а также для синхронизации движений рыб в стае.

Но нам интереснее те аспекты, которые более непосредственно связаны с рыбалкой - поиск пищи, различение съедобных и несъедобных предметов.

Прежде всего, надо иметь в виду, что электрические поля создают вокруг себя не только рыбы, но и другие животные, в том числе, и организмы, которыми рыбы питаются. Например, слабое электрическое поле возникает в области брюшка плывущего рачка-бокоплава. Для рыб такие поля - ценный источник информации.

Широко известны опыты с акулами, которые легко находят и пытаются откопать зарытый в песок миниатюрный электрогенератор, имитирующий своими разрядами биотоки рыбы.

Но то - акулы. А интересуют ли электрические поля пресноводных рыб? Очень любопытные и поучительные опыты на этот счет проводились еще в 1917 году с американским сомиком амиурсом. Авторы этих экспериментов занимались тем, что совали в аквариум с амиуросом палочки, сделанные из разных материалов - стекла, дерева, металла. Оказалось, что присутствие металлической палочки сомик ощущал с расстояния в несколько сантиметров, а, например, на стеклянную палочку реагировал только при ее прикосновении. Таким образом, амиурус чувствовал слабые гальванические токи, которые возникали при помещении металла в воду.

Еще интереснее, что реакция сомиков на металл зависела от интенсивности тока. Если поверхность соприкосновения с водой металлической палочки составляла 5-6 см2, у сомиков возникала оборонительная реакция - они уплывали. Если же поверхность контакта с водой была меньше (0,9-2,8 см2), то у рыб возникала положительная реакция - они подплывали и "клевали" место контакта металла с водой.

Органы чувств у рыб.