Електрические поля в жизни рыб.

И в квартире, и на улице, на работе и на отдыхе за городом нас окружают невидимые и практически неощутимые электромагнитные поля (ЭМП). Развитие жизни на планете Земля во многом обусловлено этим важнейшим экологическим фактором.

Среди важнейших сенсорных систем (органов чувств) рыб, к которым относят слуховую, зрительную, вкусовую, обонятельную, осязательную, сейсмосенсорную системы, общее химическое чувство, имеется еще одна система чувств, имеющая немаловажное значение в жизни рыб - электрорецепторная.

Начиная с 1960-х годов, в мире проводятся интенсивные исследования значения самых разнообразных электрических полей в жизни рыб. Особый интерес к этим работам вызван и тем, что в последние десятилетия резко возросло воздействие на рыб различных электромагнитных полей искусственного происхождения. Сильные поля в водной среде сегодня наводятся при работе электрорыбозаградителей, электролове рыбы, в ходе морской геофизической разведки (при использовании методов электрозондирования), «благодаря» работе мощных радиостанций, радиолокаторов, преобразователей электрической энергии, высоковольтных линий электропередач (ЛЭП).

Первые работы в области электрорецепции, электроориентации и чувствительности рыб к электромагнитным полям были начаты в России под руководством В. Р. Протасова. В его труде «Биоэлектрические поля в жизни рыб» (1972) приводились данные о так называемых слабо- и сильноэлектрических рыбах, о механизмах восприятия ими магнитных и электрических полей и их значении в жизни подводных обитателей. Эти исследования положили начало новому направлению биологической науки - электроэкологии.

Всех морских и пресноводных рыб по их способности воспринимать или генерировать самостоятельно электрические поля разделяют на 3 группы: 1) сильноэлектрические, 2) слабоэлектрические и 3) неэлектрические, «обычные» виды.

Сильноэлектрические виды (пресноводный электрический угорь, электрические скат и сом, американский звездочет), у которых в процессе эволюции появились специальные электрические органы, вырабатывающие вокруг тела рыбы сильное электрическое поле с целью нападения или обороны. Для сильноэлектрических рыб способность генерировать в особых органах ток необходима для привлечения жертв, так как электрическое поле вокруг рыбы приводит к электролизу воды, происходит обогащение воды кислородом, что приманивает к угрю рыб, лягушек и других водных животных. Кроме того, сильное электрическое поле способно ввести жертву в состояние электронаркоза. Доказано, что электрическая деятельность облегчает угрю... дыхание в заморных водоемах и болотах: происходит разложение воды в теле рыбы и обогащение крови кислородом, причем водород выводится рыбой наружу. В незаморных водоемах угорь использует собственное электрическое поле как своеобразный «электролокатор» для поиска жертв.

У слабоэлектрических рыб образовывать импульсные электрические поля способны так называемые электрогенерирующие ткани. Эти рыбы применяют свои способности для локации и связи. Слабоэлектрические пресноводные рыбы испускают слабые и кратковременные разряды с постоянной частотой импульсов. Умеют использовать электрические поля и некоторые сельдевые и осетровые рыбы. Обладают способностью испускать электрические разряды такие общеизвестные рыболовам виды как красноперка, карась, окунь, пескарь, вьюн, щука. Первые два вида испускают кратковременные разряды, окунь, пескарь и вьюн - средние по продолжительности, щука - наиболее длительные разряды.

Слабоэлектрические рыбы излучают слабые электрические сигналы. В 1958 году Р. Лиссман установил, что они используют электрополе для ориентации и общения в водной среде.

К неэлектрическим, «обычным» рыбам относится подавляющее большинство видов. Они не могут самостоятельно генерировать электротоки и обладают крайне слабой чувствительностью к электрическим и электромагнитным полям. У этих рыб нет особых морфологических структур для восприятия электрического тока и электромагнитных полей, поэтому их чувствительность ограничивается восприятием полей с напряженностью не более нескольких милливольт на сантиметр.

Таким образом, следует различать 1) нечувствительных (слабочувствительных) к электрическим полям и 2) высокочувствительных (электрочувствительных) рыб, обладающих специализированными электрорецепторами, способными в природной среде воспринимать слабые электрические токи напряженностью от сотых долей до единиц микровольта на сантиметр. Способность чувствовать изменения напряженности электромагнитных полей в водной среде помогают этим рыбам находить добычу, ориентироваться в пространстве, общаться в стаде, уходить из опасной зоны при природных катастрофах.

К высокочувствительным представителям ихтиофауны наших водоемов относят осетровых и сомовых рыб. Интересно, что при исследовании степени восприимчивости разных пресноводных рыб к воздействию электрического тока оказалось, что наибольшей чувствительностью обладала щука, наименьшей - линь и налим, что объясняется наличием у последних толстого слоя слизи, снижающего способность восприятия слабых электрических полей рецепторами кожи.

Учеными-электроэкологами установлено, что не менее 300 из современных 20,9 тысяч видов рыб способны использовать в своей жизни электрические поля. И не только использовать, но и генерировать его «собственноручно»! Например, в конце 1980-х - начале 1990-х гг. группой ученых Института эволюционной морфологии и экологии животных РАН было доказано, что черноморские скаты рода Raja (морские лисицы) могут передавать и принимать собственные электрические сигналы на расстоянии до 7-10 метров, что значительно превышает возможность общения этих хрящевых рыб при помощи других дистантных органов чувств (Барон и др., 1985, 1994).

Восприятие рыбами электрических (электромагнитных) полей. Слабые электрические токи и магнитные поля воспринимаются главным образом рецепторами кожи рыб. Многочисленные исследования показали, что почти у всех слабо- и сильноэлектрических рыб электрорецепторами служат производные органов боковой линии. У акул и скатов электрорецептивную функцию выполняют так называемые ампулы Лоренцини - особые слизистые железы в коже.

Более сильные электромагнитные поля воздействуют непосредственно на нервные центры водных организмов.

Слабоэлектрические рыбы обладают высокой чувствительностью к электрическим полям, что позволяет им находить и различать в воде объекты, определять соленость воды, использовать разряды других рыб с информационной целью в межвидовых и внутривидовых отношениях. Например, обыкновенный сом Silurus glanis имеет высокочувствительную электрорецептивную систему, воспринимающую плотность тока 10^-10 А/мм, т. е. речной гигант способен почувствовать в 2-4 метрах от себя разряженную «пальчиковую» батарейку!

Электрические поля постоянного тока воспринимаются рыбами в виде двигательной реакции: они вздрагивают при включении - выключении тока. Если напряженность поля увеличивается, у пресноводных рыб наблюдается оборонительная реакция: рыбы приходят в сильное возбуждение и стараются уплыть из зоны действия поля. У исследованных карася, щуки, окуня, гольяна, осетра резко учащается ритм дыхания. Примечательно, что для одного и того же вида рыб более крупные особи раньше и сильнее реагируют на ток, чем более мелкие.

Если напряженность поля продолжает расти, происходит анодная реакция (движение рыбы по направлению к аноду), после чего рыба теряет равновесие, подвижность, перестает реагировать на внешние раздражители - наблюдается электронаркоз. Еще бόльшее повышение напряженности поля приводит появлению в крови рыб значительного количества ацетилхолина, блокирующего нормальное течение дыхания и деятельность нервной системы, что приводит, в итоге, к гибели рыбы (Протасов, 1972).

Переменный ток вызывает у рыб более сильное возбуждение, чем постоянный. После его воздействия рыба долго не может прийти «в себя» - она находится в состоянии электрогипноза.

В импульсных электрических полях поведение рыб еще более сложно и разнообразно, причем реакции их зависят от частоты, формы и продолжительности импульсов.

Водные организмы и высоковольтные ЛЭП. Развитие энергетики привело к повсеместному распространению высоковольтных линий переменного тока напряжением 500 кВ (так называемые ЛЭП-500). Они тянутся на многие километры, через поля, перелески, луга и водоемы. В зоне линии электропередачи всегда присутствует повышенный электромагнитный фон, обуславливающий сильное воздействие на естественную флору и фауну. Напряженность электрического поля на поверхности земли или воды под ЛЭП-500 (несмотря на 10-15-метровое расстояние до проводов) может достигать 100-150 В/см (Бондарь, Частоколенко, 1988 и др.)

В настоящее время вопрос действия ЛЭП на водные системы очень слабо изучен, причем исследования по данной проблеме начали проводиться только в начале 1980-х гг. Известно, что высоковольтные линии, пересекая природные и искусственные водоемы, наводят в водной среде электрические поля разной величины.

По мнению В. Р. Протасова (1982), напряженность электрических полей переменного тока, образуемых воздушными переходами ЛЭП, достигает 50 мВ/см, подводными переходами (кабельные линии) - более 50 мВ/см, причем плотность тока в воде достигает 10 мкА/мм². Такие градиенты потенциала могут создавать в водной среде неблагоприятный абиотический фон, так как приближаются к порогу реакции возбуждения большинства неэлектрических рыб. Кстати, при такой плотности тока в водоеме начинается гибель некоторых гидробионтов, например, пресноводной гидры.

Электромагнитные поля (ЭМП), создаваемые ЛЭП, сопоставимы с порогами чувствительности рыб, которые обладают электрорецепторами. ЭМП в состоянии вытеснить многих рыб и беспозвоночных из зоны наведенных электротоков. Большую опасность высоковольтные ЛЭП могут нести в районе пересечения нерестилищ ценных видов рыб, на нерестовом ходу осетровых. Например, веслонос проявляет реакцию избегания при напряженности электрического поля в 15 мкВ/см (Kalmijn, 1974), т. е. еще до попадания в зону наведенных электрических полей.

Однако это не значит, что все рыбы избегают акваторий, над которыми проходят линии электропередачи. Автор настоящей статьи лично наблюдал, как летом 1995 года на большом степном пруду в Кировоградской области (Украина) на глубокой яме под ЛЭП-500 была поймана щука массой почти 10 кг, несомненно, обитавшая там (а не приплывшая откуда-то!) Это притом, что хищница относится к рыбам с наибольшей чувствительностью к воздействию электрического тока.

По мере удаления от линии электропередачи напряженность электрического поля резко уменьшается, поэтому можно говорить об ограниченной зоне электромагнитного загрязнения водоема шириной не более 15-20 метров. Хотя в масштабах большой реки или озера зона электромагнитного негативного влияния может измеряться сотнями квадратных метров.

По мнению новосибирских ученых, при нормальном режиме эксплуатации воздушных линий электропередачи опасная для рыб плотность тока может образовываться только ЛЭП-750 и выше (Войтович, 1998). При прокладке подводных кабелей напряженность электромагнитного поля низкая, если фазы укладываются в треугольник в траншее, вырытой на дне водоема (Данилов и др., 1991).

Специалисты из Новосибирска предложили минимизировать негативное воздействие на ихтиоценозы путем снижения мощности, передаваемой по воздушным и подводным линиям электропередачи, в ключевые периоды жизни рыб - во время нерестовых миграций и нереста; увеличения толщины экрана и брони на кабельных подводных линиях триаксиального исполнения.

Гидробионты и электролов. На многих водоемах СНГ применяется электролов рыбы. Самыми производительными орудиями электролова являются электрифицированные тралы, во время работы которых возникают значительные по величине электромагнитные поля. Электротралы систематически применяются на верхневолжских водохранилищах (в том числе на Горьковском и Рыбинском), в Костромской и Ивановской областях.

В работе применяется электроловильный комплекс ЭЛУ-6М, используется импульсный электрический ток напряжением 450 В и частотой от 20 до 70 Гц (Асланов, 1996).

Осенью 1998 года Институтом биологии внутренних вод РАН (пос. Борок) при участии представителей бассейнового управления Верхневолжрыбвод и Геофизической обсерватории ИФЗ РАН на Горьковском водохранилище проводились комплексные исследования экологических последствий применения ЭЛУ-6М.

Экспериментальные траления с включенными и выключенными электроподборами показали более высокую эффективность электротралового лова рыбы в сравнении с обычным. Мировой опыт эксплуатации систем электролова в морях и пресных водах свидетельствует о том, что электрическое поле обычно повышает уловистость трала на 2-70% (иногда даже более 200%!) Главный эффект от электрификации тралов достигается за счет дезориентации рыб, снижения их подвижности, появления угнетенности, сгона рыб со дна, удерживания пойманных рыб в кутке.

Многочисленные эксперименты показали, что электротрал оказывает положительное влияние на размерный состав пойманных рыб: крупные особи более чувствительны к действию электротока и чаще оказываются в орудиях лова.

Исследователи выяснили, что уловистость близнецового трала в вечерне-ночные часы по сравнению с дневными была на 296-369% выше. Наиболее часто в электротрал попадались густера, судак, щука, жерех, язь, плотва и налим, практически игнорировали наведенные электрические поля и не попадали в орудия лова синец, чехонь, серебряный карась, белоглазка, берш и уклея). Причем серебряный карась чаще отмечался в обычном трале, чем в электрифицированном.

Интересны данные о выживаемости и плавательной способности рыб после попадания в сильное электрическое поле. В ходе дневных и ночных визуальных наблюдений за поверхностью воды (Горьковское водохранилище) на акватории протяженностью более 15 км позади электротрала погибшей рыбы не обнаружено, только 2,6% от общего числа пойманных рыб всплывали на поверхность в состоянии электронаркоза (некрупные жерех, чехонь и уклея). Полное восстановление плавательной способности у рыб происходило мгновенно. Причем более мелкие рыбы восстанавливались после воздействия электрического поля намного быстрее крупных. Например, у 30-сантиметровых жерешат восстановление занимало несколько секунд, а у 43-47-сантиметровых - более 6 минут.

Анализ проб зоопланктона и зообентоса показал отсутствие отрицательных воздействий электрического поля на водных беспозвоночных (Извеков, Лебедева, 2001).

Большинство литературных данных свидетельствует о том, что при соблюдении правил рыболовства и инструкций по эксплуатации ЭЛУ электрическое поле оказывает на рыб в основном дезориентирующее влияние и не приводит к гибели рыб или длительному нарушению плавательных способностей.

ВСТАВКА. Действие электрического тока на рыбу объясняется различной электрической проводимостью воды и тела рыбы: последняя оказывается своего рода проводником, соединяющим точки электрического поля с разными потенциалами. Электроток течет по этому проводнику от точки с более высоким потенциалом к точке с более низким. При этом сила тока пропорциональна длине рыбы.

Несколько неожиданное подтверждение данным, полученным российскими учеными, получили сотрудники Института биологии Днепропетровского национального университета (Украина). В конце июля 2003 года экспедиционная группа ихтиологов стала свидетелями удара молнии в пойменное озеро близ Днепра. Спустя пять минут ученые оказались на месте происшествия. Мгновенно наведенное сильнейшее электромагнитное поле ввело в электронаркоз более 30 крупных лещей (от 1 до 2,2 кг) и пестрого толстолобика массой более 31 кг. Мелкой рыбы, а тем более малька, в изобилии кормившегося на мелководьях, среди пораженной рыбы не было ни на поверхности, ни на дне. Следовательно, чувствительность крупных особей к электрическим полям оказалась на порядок выше, чем у «мелочи».

Электробраконьерство. Промышленные орудия электролова разрабатывались учеными на протяжении нескольких десятилетий, определялись пороговые значения напряженности электрического поля, влияние использования электротралов на водные системы, возбудимость многих видов рыб при разной напряженности электрического поля в воде. Только после скрупулезных научных исследований орудие лова рыбы такого рода было рекомендовано к использованию в некоторых естественных водоемах.

Принцип действия «электроудочки», которая состоит на вооружении у браконьеров, основывается на поражении любой рыбы запороговыми значениями напряженности электрического поля. «Снасть» состоит из подсачека, к которому подведены провода от аккумулятора и трансформатора-преобразователя, усиливающего разряд от аккумуляторных клемм в 50-150 и более раз. Фактически, на выходе «электроудочка» имеет до 1000-1500 В, радиус «работы» в зависимости от солевого и минерального состава воды- до 10-12 метров.

При включении прибора в воде напряженность электрических полей может достигать 150-250 мВ/см, а плотность тока в воде превышает 30 мкА/мм². Такие градиенты потенциала губительны для всего живого под водой. Удар электрическим током у рыб приводит к мгновенному сокращению всех мышц, в результате чего ломается позвоночник, разрывается плавательный пузырь, происходит кровоизлияние во внутренние органы рыб. Животные, попавшие непосредственно в эпицентр действия «электроудочки», практически сразу погибают, те, кто в момент электроудара находился на периферии, получают сильный шок, застывают в наркотизированном ступоре на несколько минут. До 70% рыб в эпицентре получают разрывы плавательных пузырей и тонут, устилая дно водоема толстым слоем.

Такие картины наблюдались спортсменами-подводниками на днепровских водоемах неоднократно.

Кстати, рыба, которой посчастливилось уплыть из зоны поражения и сачка браконьера, в течение нескольких сезонов не имеет возможность отнереститься из-за образующихся в половых путях спаек. В июле 2001 года на Днепродзержинском водохранилище рыболовами-любителями О. Старушенко, С. Зуевым, Р. Новицким была подобрана с поверхности воды погибающая 17-килограммовая самка сазана. Анатомический анализ показал, что, вероятно, рыба стала жертвой электробраконьерства: во внутренней полости находилось более 6 кг икры, выметать которую рыбина не могла из-за пресловутых спаек в яйцеводах, на гонадах и других органах отмечались многочисленные кровоизлияния.

Учитывая, что ущерб, наносимый природе электробраконьерством, огромен и не поддается точному исчислению, в настоящее время такая «рыбалка» согласно действующему законодательству приравнивается к уголовным преступлениям...

Автор:  Новицкий Роман Александрович
Кандидат биологических наук, доцент кафедры зоологии и экологии Днепропетровского национального университета. Профессиональный ихтиолог.