История науки: Гумбольдт и дело об электрических угрях

Почему электрические угри на самом деле не угри, чем они похожи на Снежную королеву и летучих мышей, как известный натуралист описал жестокую охоту на них с лошадьми в качестве приманки, почему ему никто не верил 200 лет и кто оказался прав, рассказываем в сегодняшней рубрике «История науки».

Начнем с того, что электрический угорь (Electrophorus electricus) не относится к отряду угреобразных (Anguilliformes), куда входят, например, морские и речные угри, а также мурены. Но когда первые натуралисты обнаружили в реках Южной Америки эту рыбу в 1729 году, ее приписали к угрям из-за морфологического сходства. И правда, живя в похожих условиях, гимнотообразные (они же южноамериканские ножетелки) стали похожи на мурен:

Но на самом деле гимнотообразные — отдельный отряд рыб, родственный сомообразным (от которых они отделились 120 миллионов лет назад). У них нет полупрозрачной личинки, совсем не похожей на взрослую особь, как у настоящих угрей, а угри не могут похвастаться аппаратом Вебера — соединением плавательного пузыря (который у них бывает поистине огромным, до 80 см!) со внутренним ухом, что намного улучшает их слух.

Для множества ножетелок (название отражает их форму, потому что тело похоже на лезвие палаша, а хвост — на рукоять) характерна способность производить заряды в несколько милливольт. Они слишком слабые, чтобы нанести какой бы то ни было вред другим рыбам, но достаточные, чтобы ориентироваться в мутной воде, примерно как летучие мыши или дельфины используют ультразвук. Но не таков самый знаменитый представитель отряда.

Способность электрических угрей генерировать разряд напряжением в несколько раз больше, чем в обычной розетке, и силой тока до одного ампера выделяет эту рыбу среди множества других. Правда, сначала натуралисты решили, что они каким-то загадочным образом «замораживают» своих жертв. Это долгое время казалось менее странным, чем передача электричества в воде (до этого все эксперименты не могли доказать, что внутри проводника могут быть электрические поля). А поскольку и вода, и рыба ток проводят, казалось более вероятным представить, что они делают что-то другое: либо воздействуют холодом, либо очень быстро бьют.

И только в 1772 году британец Джон Уолш, член Королевского общества, вместе с легендарным физиком Генри Кавендишем (который незадолго до этого проверил экспериментально закон Кулона) в опытах с батареей из 49 лейденских банок, а затем и самим угрем, которого вытаскивали на воздух в темноте, чтобы увидеть искру, показали, что заряд в воде не исчезает, а становится слабее. В ходе своих опытов Уолш также нанял французских рыбаков, которые подтвердили, что ощущение от удара током от банки такое же, как и от ската и угря. А это значит, заключили ученые, что электрические органы рыб похожи на множество миниатюрных лейденских банок. «Те, что предсказывали и показали связь электричества со страшными атмосферными молниями, со вниманием узнают о том, что в глубине океана электричество существует в виде кроткой молнии, молчаливой и невидимой. Те, что анализировали заряженные банки, с удовольствием увидят, что их законы справедливы и для живых банок», — написал Уолш Бенджамину Франклину.

Примерно на таком уровне находились представления об электрических угрях, когда Александр фон Гумбольдт с разрешения испанского короля Карла IV отправился в свое путешествие по его американским владениям в 1799 году. Именитый натуралист отлично подготовился, взяв на борт корвета «Писарро» более 50 новейших научных приборов. Уже во время первой шестидневной остановки на Тенерифе (один из Канарских островов), где он вместе со своим другом Бонпланом совершил восхождение на местную вершину, Тейде, у Гумбольдта возникла идея о связи растительности с климатом и высотной поясности. Само же путешествие, продлившееся пять лет, было настолько насыщенно и принесло так много ценных сведений о живом мире континента и столько научных открытий, что его даже иногда называют «второе открытие Америки». Они путешествовали и по суше, и по воде на пироге с индейцами, собирали образцы для гербариев, восходили на вулканы, спускались в пещеры (в одной из них — Эль-Гуачаро — даже открыли новый вид птиц, гуахаро)…

«В течение четырех месяцев мы ночевали в лесах, окруженные крокодилами, боа и тиграми, которые здесь нападают даже на лодки, питаясь только рисом, муравьями, маниоком, пизангом, водой Ориноко и изредка обезьянами… В Гуайане, где приходится ходить с закрытой головой и руками вследствие множества москитов, переполняющих воздух, почти невозможно писать при дневном свете: нельзя держать перо в руках — так яростно жалят насекомые. Поэтому все наши работы приходилось производить при огне, в индейской хижине, куда не проникает солнечный луч…», — писал Гумбольдт в Берлин из Гаваны.

Но из всех его приключений больше всего чинную европейскую публику шокировало участие в индейской охоте на электрических угрей, которую Гумбольдт наблюдал 19 марта 1800 года. Исследователь попросил поймать пять угрей для экспериментов, и индейцы пригласили его пронаблюдать за этим процессом.

В качестве «наживки» в болото, где обитали угри, были загнаны лошади. Индейцы обступили водоем со всех сторон и, яростно размахивая гарпунами и палками, загоняли лошадей в воду. Лошади ржали, барахтались, били копытами, и угри начинали обороняться и бить их электрическим током. Казалось, противник перебьет всех животных: крупные рыбы забирались лошадям под брюхо и наносили удары в уязвимые места, парализуя сердце, нервные волокна желудка (поскольку человек касается воды только ногами, а лошадь и брюхом, нападение угря для нее намного опаснее). Конечно, разряда даже крупного угря не хватало, чтобы полностью убить лошадь. Оглушенное млекопитающее скорее могло потерять сознание и ненадолго скрыться под водой, а больше шансов погибнуть было под копытами сородичей, обезумевших от страха и боли.

«После такого начала нам показалось, что события принимают трагический оборот и все лошади утонут одна за другой, — вспоминает Гумбольдт, который хотел было прекратить эту жестокую битву, пока охотники не лишились всего табуна. — Но индейцы поспешили заверить нас, что охота скоро закончится и что только первое нападение угрей выглядит так устрашающе. И в самом деле, вскоре мы убедились, что угри пришли в состояние разряженных батарей — гальваническое электричество скапливается в них, вероятно, только в условиях покоя или, может быть, их электрический орган быстро устает при частом употреблении.

Мускульные их движения по-прежнему энергичны, но смертоносные удары они наносить уже не способны. Когда борьба длилась уже четверть часа, мы заметили, что лошади перестали пугаться так, как раньше. Грива у них больше не вставала дыбом, глаза реже выражали боль, ни одна из них не исчезала под водой. Да и обессиленные угри теперь начали всплывать на поверхность, спасаясь от лошадей, на которых прежде нападали, и устремлялись к берегу…».

У берега рыб поджидали индейцы с гарпунами, к которым были привязаны веревки (сухая и длинная веревка, как заметил ученый, защищала от удара током). Всего за несколько минут удалось поймать пять больших угрей. Зрелище очень впечатлило ученого, но не вызвало доверия у скептиков: зачем угрям нападать на лошадей, которых они все равно не съедят? Рыбе намного проще уплыть, чем отбиваться от столь крупного противника. Вся история больше напоминала байку в духе барона Мюнхгаузена, чем правдивый отчет путешественника. Кто не хотел бы похвастаться диковинными приключениями и блеснуть невиданной храбростью? И научное сообщество смотрело на это свидетельство сквозь пальцы два века, уважая Гумбольдта за другие исследовательские заслуги.

И только летом прошлого года Кеннет Катания, ученый из Университета Вандербильдта, случайно подтвердил правоту Александра фон Гумбольдта. Этот ученый занимается угрями уже давно и ранее сделал несколько интересных открытий. Так, в 2014 году он показал, что эти рыбы умеют «управлять» своей добычей, поражая ее моторные нейроны на расстоянии, как дистанционный электрошокер, мощным залпом разрядов с частотой 400 импульсов в секунду. У жертвы начинаются непроизвольные судороги, угорь замечал движение и подплывал, чтобы парализовать ее уже другим типом удара — двумя-тремя высоковольтными импульсами. Всего у угрей три типа зарядов, как объяснил Катания в своей статье в Science (еще один — слабые заряды для ориентирования на местности).

В другой работе, на этот раз в Current Biology, ученый показал, как угри могут усиливать заряд, встречаясь с крупным противником. Для этого они «обнимают» жертву, почти замыкаясь в кольцо. Кстати, у клариевых сомов, которые, как мы говорили выше, являются родственниками гимнотообразных, похожие объятия действительно любовные (вот у кого фраза «между нами пробежала искра» обретает буквальный смысл!). Подробнее об этом можно узнать в лекции Владимира Ольшанского из ИПЭЭ РАН.

Но только летом 2016 года стало известно, что угри в некоторых условиях могут атаковать крупных животных, как описывал Гумбольдт. Более того, они выпрыгивают для этого из воды, прижимаясь к противнику щекой. Как мы помним, на воздухе их заряд даже сильнее, поэтому библейский призыв подставить другую щеку для удара вовсе не делает их уязвимыми: таким образом они сами наносят врагу гораздо более серьезные повреждения. Это обнаружилось, когда Катания решил пересадить своих подопытных животных из одного аквариума в другой с помощью металлической сетки: вместо того чтобы прятаться от ловца, рыбы начали выпрыгивать ему навстречу. Казалось бы, крупный проводящий электричество объект, в отличие от мелкого проводника, который угри воспринимают как добычу, должен был их напугать. Оказалось же, что будучи загнанными в угол, или когда уровень воды в аквариуме слишком низкий, угри следуют правилу «лучшая защита — это нападение» и атакуют.

С помощью искусственной крокодильей головы с лампочками и проводами внутри исследователь продемонстрировал, что угри, когда их враг находится на суше, должны сами высунуться из воды (но касаться хвостом проводника, иначе электрическая цепь не замкнется). Об этом он сообщил в статье журнале PNAS. Так завершился двухвековой спор, в результате которого была подтверждена вина электрических угрей в нападении на крупных животных и оправдан великий ученый.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram.