Торпедо

В нашей стране слово "торпеда" и слова с тем же корнем имеют довольно широкое хождение. Однако общеупотребительным это слово сделал не самодвижущийся снаряд, а одна из популярнейших футбольных команд страны. А родилось оно на Аппенинском полуострове еще задолго до начала нашей эры. Им была названа одна из достаточно обыденных и в то же время наиболее необычных рыб Средиземного моря, давшая латинское название семейству гнюсовых скатов. По-русски ее называют обыкновенным электрическим скатом.

Электрический скат

О существовании удивительных морских скатов и пресноводных электрических сомов, способных наносить людям довольно неприятные и плохо объяснимые "удары", знали еще древние греки и египтяне. В долине Нила изображения электрических сомов и сейчас еще можно увидеть на стенах гробниц и усыпальниц. Греки называли их "нарке", что значит "помрачать". Отсюда происходит современное слово "наркоз". Позже название нарковых присвоили особому семейству электрических скатов тропической зоны океанов.

Римляне предполагали, что наркотическое действие скатов объясняется выделением в воду ядовитых веществ. Было замечено, что яд выделялся, только когда появлялась добыча или на рыбу кто-то нападал. Яд действовал и на человека, причем прямо через кожу, но не был смертелен. Прикосновение к рыбе ощущалось как удар, рука невольно отдергивалась.

Медицина зиждется на использовании ядов. Медики древности не оставили яд скатов без внимания. Существует предание, что римский император Тиберий, страдавший подагрой, наступил, купаясь в море, на электрического ската. Электрические разряды, которыми его попотчевала рассерженная рыбина, уменьшили боль в ногах. Отсюда якобы и возникла идея скатолечения, прообраз будущей электротерапии. Предполагают, что официально в медицинскую практику скатов ввел классик античной медицины, лейб-медик нескольких римских императоров Клавдий Гален. Он широко пользовался ими для лечения всевозможных заболеваний. Скатов специально отлавливали и содержали в морских садках. Римские врачи считали их яд очень полезным лекарством.

Тайна электрических скатов долго не поддавалась расшифровке. В 1773 году Джон Уолш столкнулся с удивительным и необъяснимым свойством их яда. Оказалось, что он легко проходит сквозь металл, но полностью задерживается стеклом. Это обстоятельство придало оружию скатов еще большую таинственность. Неудивительно, что снаряд, придуманный и испытанный в 1805 году Р. Фултоном, который тайно от врага должен был подводиться под днище военных кораблей и взрываться под водой, был назван им в честь коварных скатов "торпедо".

Впервые изобретение применили только 50 лет спустя во время Крымской войны в ходе обороны Кронштадта. Русский вариант неподвижных подводных снарядов был создан по инициативе академика Б. С. Якоби. Конструктор оставил за своим изобретением, способным внезапно поражать корабли, название "торпедо", слишком их действие напоминало непонятные удары, наносимые скатами. В дальнейшем оно сохранилось лишь за подводным самодвижущимся снарядом, больше напоминавшим рыб, а изобретение Якоби получило наименование мины.

Тайна скатов была разгадана сравнительно недавно. Разыскать электрические органы, расположенные с каждой стороны тела между грудным плавником и головой, удалось итальянскому зоологу Франческо Реди. Известный французский ученый Жак Арсен д’Арсон-валь, погибший в годы фашистской оккупации, 18 лет жизни посвятил изучению функций электрического органа. Он демонстрировал живое электричество на заседаниях Парижской академии наук. Небольшая десятисвечовая лампочка накаливания подсоединялась металлическими проводниками к электрическим органам рыбы. Когда ската "обижали", нанося ему болевое раздражение, он пускал в ход свое оружие, и лампочка ярко вспыхивала.

Ученый с огромной эрудицией, физиолог и физик, человек, стоявший у колыбели автомобилестроения, рентгенотехники, электрификации и радиовещания Франции, д’Арсонваль не прошел мимо живых электростанций. Воспользовавшись опытом римских врачей, он в 1896 году разработал приемы электролечения, которое получило название дарсонвализации, и создал для этого соответствующую аппаратуру. Ученый установил, что переменный ток высокой частоты, от тысячи до миллиона колебаний в секунду, даже при высоком напряжении не вызывает у человека неприятных ощущений, но может оказывать значительный терапевтический эффект. На первых порах это было настолько удивительно, что д’Арсонвалю никто не верил. Ему пришлось посетить ряд стран, чтобы продемонстрировать свои опыты. Изобретатель удостоился приглашения от Российской Академии наук и даже был принят в Зимнем дворце. Так скаты стали родоначальниками электролечения - особой области физиотерапии.

Рыбьи электростанции вырабатывают поистине чудовищный ток. Разряды некоторых пресноводных рыб достигают 600 вольт, а их мощность - нескольких киловатт. Для сравнения напомню, что напряжение тока в бытовой электросети наших городов и сел не превышает 220 вольт. Но это не излишество. Ток меньшего напряжения был бы опасен лишь на совсем близком расстоянии. Напряжение, создаваемое электрическим скатом, значительно меньше и не превышает 60 вольт. Однако этого вполне достаточно, ведь морская вода - прекрасный проводник электричества, а сила тока достигает 60 ампер. В этом случае мощность разряда превышает 3500 ватт! Туристам бы такую походную электростанцию. Как же удалось природе создать живую электростанцию? Что явилось ее прообразом? В теле животных самый значительный ток вырабатывается крупными мышцами: сердцем и двигательной мускулатурой. Вокруг энергично плывущих рыб создается слабое электрическое поле. Оно особенно велико у миног, миксин и древних примитивных рыб, не научившихся экономно расходовать электрическую энергию. Близ тела плывущей миноги молено зарегистрировать электрические импульсы напряжением в несколько сот микровольт. Нет ничего удивительного, что природа на этом не остановилась и создала более мощные источники тока. Видимо, в тот период, когда на Земле появились первые рыбы, она вчерне закончила создание мозга и периферических нервов с их сложным электрохозяйством и была всерьез увлечена электротехникой, прикидывая, какую еще пользу можно извлечь из электричества. Нужно отдать ей должное: поиски не были напрасны.

Основой для создания электростанций послужили мышцы и нервные окончания, так называемые концевые пластинки, которые превратились в пластинки электрического органа. Они собраны в столбики. Пластинки одного столбика, а их может быть до 10000, соединены последовательно, а сами столбики - параллельно. У мраморного ската столбики невелики, они содержат максимум 400-1000 пластинок, расположенных в спинно-брюшном направлении, а самих столбиков 45-70. Мощность его электростанции около 1000 вольт. Электрический орган гигантского ската торпедо собран из 2000 столбиков, поэтому его сила бывает велика. Электрические разряды могли бы быть более значительны, но соединение пластин между собою не идеально, и из-за внутренних потерь напряжение тока не достигает возможного максимума.

Электрические органы велики: их вес составляет ¹/₄-¹/₃ часть веса рыбы. Электростанция богато иннервирована. У электрических скатов генерацией импульса управляют по 4 нервных волокна на каждую пластинку. Первый разряд охотник производит уже через 50 миллисекунд после обнаружения добычи. Сами разряды скатов состоят из коротких серий импульсов по 3- 5, реже по 20-30 разрядов в серии. В момент напряженной борьбы частота разряда может достичь 140-290 импульсов в секунду.

Чтобы управлять таким сложно устроенным органом, понадобилось создать в продолговатом мозгу специальный командный пункт. Принцип его работы прост: командных нейронов должно быть возможно меньше. В идеальном случае их всего два - для правой и левой электростанций. Они электротонически сопряжены и поэтому команду дают одновременно. Однако этого еще недостаточно, чтобы обеспечить строгую одновременность разрядов, ведь путь нервного импульса от мозга до ближайшего к голове столбика электрического органа существенно короче, чем до последних. Чтобы разряд всех электрических пластинок произошел одновременно, короткие нервные волокна проводят нервные импульсы медленнее, чем длинные, а переход возбуждения с нервного окончания на электрическую пластинку происходит в синапсах тем медленнее, чем ближе они находятся к голове ската. Это позволяет электропластинкам разряжаться одновременно. Несовпадение начала разряда правой и левой электростанций обычно не превышает 0,1 миллисекунды.

Управление оружием в течение жизни меняется. Новорожденные скаты начинают генерировать электрические разряды с первых мгновений появления на свет. По мере роста рыбы их электрические органы становятся больше, и в управление ими приходится вносить коррективы.

Электрические скаты используют свое грозное оружие главным образом для того, чтобы убивать добычу и, конечно, для обороны. Надежное оружие существенно облегчает охоту. В желудках скатов находили рыб до 1,5 килограмма, которых они убивали с помощью электрических разрядов. Сами электрические скаты легко переносят ток такой силы, который для других рыб смертелен. В значительной степени действие собственных разрядов ослабляется хорошей проводимостью морской воды и наличием слизи, покрывающей кожу рыбы. Эта слизь в несколько раз более электропроводна, чем морская вода. На воздухе, когда электрический ток, так сказать, не покидает тела рыбы, мышцы мраморного ската сокращаются в ответ на каждый разряд его электрического органа.

Электрические скаты - крупные рыбы, нередко достигающие 2-метровой длины и 100-килограммового веса, с почти круглым диском тела и голой, лишенной шипов и колючек кожей. Многие ярко и пестро окрашены. В настоящее время на земле обитает три семейства электрических скатов: гнюсовые, нарковые и темеровые. Наибольшей известностью пользуются гнюсы. Они населяют как тропическую зону, так и районы умеренного климата. Эти скаты обычны для Атлантического океана и Средиземного моря и меньше своих родственников связаны с мелководьем, обитая в зоне глубин до 500 метров. К ним относятся и настоящие глубоководные виды вроде ската Морсби, обитающего на глубине около километра.

Гнюсовые скаты - малоподвижные существа, плохо и неохотно плавающие. Большую часть жизни они проводят, зарывшись в песок или ил, оживляясь лишь для того, чтобы разрядить свои "батареи" и перекусить подвернувшейся дичью. Свою основную добычу - мелких ракообразных и червей, пораженных электрическим разрядом, они подбирают без особой спешки. На крупную, уже оглушенную рыбу скаты бросаются стремительно, стараясь обхватить ее грудными плавниками, и продолжают генерировать электрические разряды, чтобы окончательно добить.

Семейство нарковых скатов обитает только в тропической зоне Индийского океана, в прибрежной полосе его многочисленных островов. К числу наиболее интересных представителей этого семейства относится слепой скат с глазами, полностью скрытыми под кожей. Эти рыбы живут в прозрачной воде мелководья у побережья Новой Зеландии. Чем вызвана утрата глаз, ученым пока неизвестно.