Рассказ предка. Путешествие к заре жизни. - Ричард Докинз

Петтигрю и его коллеги подготовили эту карту изолиний равной электрической чувствительности вокруг клюва утконоса. Когда Вы представляете себе утконоса, забудьте об утке, представьте «Нимрод», представьте AWACS; представьте огромную руку, нащупывающую путь отдаленными булавками и иглами; представьте сверкание молнии и раскаты грома в мутных водах Австралии.

Утконос – не единственное животное, использующее подобный вид электрического восприятия. Его применяют различные рыбы, включая веслоноса, такого как Polyodon spathula. Формально «костистые» рыбы, веслоносы вместе со своими родственниками, осетрами, вторично развили хрящевой скелет, как у акулы. В отличие от акул, однако, веслоносы живут в пресной воде, часто в мутных реках, где снова же глаза бесполезны. «Весло» сформировано в значительной степени как верхняя челюсть клюва утконоса, хотя это не челюсть вообще, а продолжение черепа. Оно может быть чрезвычайно длинным, часто достигая одной трети длины тела. Оно напоминает мне самолет «Нимрод» даже больше, чем утконос.

Весло, очевидно, играет какую-то важную роль в жизни рыбы, и действительно, было ясно продемонстрировано, что оно выполняет ту же функцию, что и клюв утконоса – обнаружение электрических полей добываемых животных. Как у утконоса, электрические датчики установлены в порах, размещенных в продольных бороздах. Впрочем, эти две системы эволюционировали независимо. Электрические поры утконоса – измененные слизевые железы. Электрические поры веслоноса настолько подобны порам, которые используются акулами для электрического восприятия и названы ампулами Лоренцини, что им дали то же самое название. Но если утконос распределяет свои сенсорные поры в дюжине узких борозд вдоль клюва, у веслоноса есть две широких борозды с обеих сторон средней линии весла. Как утконос, веслонос имеет огромное количество сенсорных пор – фактически даже больше, чем у утконоса. И веслонос и утконос намного более чувствительны к электричеству, чем любой из их датчиков в отдельности. Они должны выполнять своего рода сложное суммирование сигнала от различных датчиков.

Есть данные, что электрическое восприятие более важно для молодых веслоносов, чем для взрослых. Взрослые, которые случайно потеряли свое весло, были найдены живыми и, очевидно, здоровыми, но не было найдено ни одного подростка, выжившего в каком-либо водоеме без весла. Может быть потому, что юные веслоносы, как взрослые утконосы, выцеливают и ловят отдельную добычу. Взрослые веслоносы питаются в основном как планктоноядные усатые киты, просеивая ил, улавливая добычу скопом. Они растут на этой диете, не столь сильно, как киты, но становясь столь же длинными и тяжелыми, как человек, крупнее, чем большинство животных, плавающих в пресной воде. По-видимому, если Вы просеиваете планктон как взрослый, Вам не настолько необходим точный обнаружитель добычи, чем, если бы Вы набрасывались на отдельную добычу, как подросток.

Утконос и веслонос при этом независимо нашли один и тот же изобретательный прием. Был ли он обнаружен другими животными? Занимаясь докторской работой по философии в Китае, мой научный сотрудник Сэм Тарви (Sam Turvey) столкнулся с чрезвычайно необычным трилобитом, называемым Reedocalymene. «Заурядный» в других отношениях трилобит (подобный саранче Дадли, Calymene, которая изображена на гербе города Дадли), Reedocalymene имеет одну уникальную и замечательную особенность: огромный сплюснутый клюв, как у веслоноса, торчащий впереди на целую длину тела. Он не мог использоваться для придания обтекаемой формы телу, так как этот трилобит, в отличие от многих других, был, очевидно, неспособен плавать над морским дном. Защитная функция также маловероятна по различным причинам. Как клюв веслоноса, осетра или утконоса, клювовидный выступ трилобита усеян чем-то похожим на сенсорные рецепторы, вероятно, используемые для того, чтобы обнаруживать добычу. Тарви не знает ни одно современное членистоногое с электрическим восприятием (которые интересны сами по себе, учитывая разносторонность членистоногих), но он поставил бы деньги, что Reedocalymene – еще один «веслонос» или «утконос». Он надеется скоро начать работать над этим.

У других рыб, не имеющих, подобную «Нимроду», «антенну», как у утконоса и веслоноса, есть еще более сложное электрическое чувство. Не довольствуясь улавливанием электрических сигналов, неосторожно испущенных добычей, эти рыбы вырабатывают свои собственные электрические поля. Они обнаруживают и отслеживают добычу, читая искажения в этих самогенерируемых полях. Наряду с различными хрящевыми скатами две группы костистых рыб семейства гимнотид из Южной Америки и семейства мормирид из Африки независимо развили это высокое искусство.

Как эти рыбы вырабатывают свое собственное электричество? Так же, как это непреднамеренно делают креветки, личинки насекомых и другая добыча утконоса: с помощью своих мышц. Но если креветки не могут сдерживать генерирование небольшого количества электричества, потому что так устроены их мышцы, электрические рыбы организуют свои мускулы в блоки, точно так же, как последовательно соединенные батареи (Конечно, слово «батарея» в его электрическом смысле первоначально означало батарею последовательно соединенных элементов, в противоположность одному элементу. Если Ваш транзисторный радиоприемник берет шесть «батарей», педант настоял бы, что требуется одна батарея из шести элементов.). У электрических рыб, относящихся к гимнотидам или мормиридам, есть батареи блоков мышц, расположенных последовательно вдоль их хвоста, каждая генерирует низкое напряжение, которое суммируется, создавая более высокое напряжение. Электрический угорь (не настоящий угорь, а другой южноамериканский пресноводный гимнотид) довел это до крайней степени. У него очень длинный хвост, в котором он может собрать намного большую батарею электрических клеток, чем рыба нормальной длины. Он оглушает свою добычу ударами тока, которые могут превысить 600 вольт и могут быть фатальными для людей. Другие пресноводные рыбы, такие как африканский электрический сом Malapterurus и морской электрический скат Torpedo, также генерируют достаточное напряжение, чтобы убить или, по крайней мере, оглушить свою добычу.

Эти высоковольтные рыбы, кажется, выработали буквально крайне оглушающую способность, которая первоначально была своего рода локацией, используемой рыбой, чтобы не заблудиться и обнаружить добычу. У слабо электрических рыб, таких как южноамериканский гимнотус и несвязанный с ним африканский гимнархус, есть электрический орган, как у электрического угря, но намного короче – их батарея состоит из меньшего количества последовательных модифицированных мускульных пластин – и слабо электрическая рыба обычно генерирует менее одного вольта. Рыба держится в воде как жесткая палка, как мы увидим, по очень серьезным причинам, и электрические токи искривляются вдоль кривых линий, которыми был бы восхищен Майкл Фарадей. По всей длине с боков тела поры содержат электрические датчики – крошечные вольтметры. Препятствия или объекты охоты искажают поля различным образом, что обнаруживается этими небольшими вольтметрами. Сравнивая показатели различных вольтметров и коррелируя их с колебаниями поля (синусоидального у некоторых видов, импульсного у других), рыба может вычислить местоположение препятствий и добычи. Они также используют свои электрические органы и датчики, чтобы общаться друг с другом.

Южноамериканская электрическая рыба, такая как гимнотус, удивительно похожа на гимнархуса, своего африканского коллегу, но существует одно показательное различие. Оба имеют единственный длинный плавник, расположенный на всем протяжении срединной линии, и оба используют его в одинаковых целях. Они не могут изгибать тело в извилистые волны, как обыкновенно плывущие рыбы, потому что это исказило бы их электрическое восприятие. Оба обязаны держать тело жестко, поэтому они плавают с помощью продольного плавника, который волнообразно изгибается точно так же, как это должна делать нормальная рыба. Это означает, что плавают они медленно, но, по-видимому, выгода от получения хорошего, ясного сигнала того стоит. Красивый факт в том, что у гимнархуса продольный плавник расположен на спине, в то время как гимнотус и другие южноамериканские электрические рыбы, включая электрического «угря», имеют продольный плавник на животе. Именно для таких случаев и было выдумано выражение, что это «исключение, которое доказывает правило».

Вернемся к утконосу. Жало по рассказам находится фактически в задних когтях самцов утконоса. Истинные ядовитые жала для подкожных инъекций обнаружены у различных беспозвоночных, и у рыб и рептилий среди позвоночных – но никогда у птиц или млекопитающих, кроме утконоса (если не считать ядовитую слюну некоторых землероек, которая делает их укусы немного ядовитыми). Среди млекопитающих самец утконоса относится к собственному классу, и он также может относиться к собственному классу среди ядовитых животных. Факт, что жало найдено только у самцов, предполагает, достаточно удивительно, что оно нацелено не на хищников (как у пчел), не на добычу (как у змей), а на конкурентов. Оно не опасно, но чрезвычайно болезненно, и невосприимчиво к морфину. Выглядит, как если бы яд утконоса воздействовал непосредственно на рецепторы боли. Если ученые смогли бы понять, как он действует, есть надежда, что это могло бы подсказать, как противостоять боли, вызванной раком.