动物生物学

第六感的鲨鱼

超灵敏的电场探测器可帮助鲨鱼直奔猎物。

道格拉斯菲尔德 对于科学N°359
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直到1970年代,对于赋予鲨鱼的这种含义还一无所知。今天,我们知道,即使环境条件使通常的五种感官(视力,嗅觉,味觉,触觉和听觉)无法使用,这种电子接收也可以帮助他们找到食物。实际上,它在多云的水中,完全黑暗的环境中以及猎物藏在沙子中时都可以工作。

我们正在研究这种感觉的分子基础,而其他团队则对感觉器官的发展及其进化起源感兴趣。我们自己的脊椎动物祖先在离开大海之前是否察觉到电场?我们将追溯“电接收”这一发现-一个跨越几个世纪的鲜为人知的故事-并描述鲨鱼如何因此具有特别有效的检测手段。

这个故事始于1678年,当时意大利解剖学家Stefano Lorenzini描绘了点缀在鲨鱼和rays鱼头部正面的毛孔。这些毛孔大多集中在口腔周围。当他去除皮肤时,他注意到每个开口都通向一个充满晶体凝胶的透明长管。这些管中的一些管很细又短,而另一些管的直径几乎为半毫米,长度为十厘米。在头部深处,这些管子汇成几大块透明的果冻。这个网络的作用是什么?

隐藏的意义

洛伦兹尼首先假定这些孔是粘在鱼体上的粘液的来源,然后他拒绝了这一假设。后来,他毫不费力地为这些毛孔提供了另一个“更隐蔽的功能”。直到 ix e 世纪,当生物学家对鱼的侧线的功能感兴趣时,这种器官与洛伦兹尼系统有一些共同点。这条横线感应水的运动,由一排穿孔的鳞片组成,每个鳞片都通向垂直于动物皮肤的管子。在这些结构的整个长度上分布的肿胀水平上,感觉细胞(称为毛细胞)以纤毛的形式向管内部展开纤细的延伸。水的微小运动,例如由几米远的鱼通过而产生的运动,使这些纤细的纤毛卷曲,就像在风中摇曳的麦田。这些运动会激活神经,这些神经的冲动会告诉大脑水运动的力量和方向。我们在耳边保留了该侧线的痕迹。

在......的最后 ix e 一个世纪以来,显微镜揭示了存在于鲨鱼鼻子上的毛孔和延长它们的管状结构(现在称为劳伦兹尼鳞茎)构成了一种感觉器官。实际上,每根管的末端都有一个小球根囊(球茎),从该球囊中露出一条细神经,该细神经与侧线的前神经分支相连。这些神经纤维延伸到头骨的底部,并通过脊髓的背表面进入大脑,这是感觉神经的特征。此外,解剖学家注意到,在每个球茎内部都存在一个微小的孤立的毛细胞,类似于人的内耳和鱼的侧线。但是,这些细胞检测到的刺激是未知的。如何确定这种全新的感觉器官的功能?

1909年,哈佛大学的生物学家G. Parker去除了果蝠毛孔周围的皮肤,以去除该区域可能的触觉感受器。尽管有这种消融,鱼仍对接触裸露的试管做出了反应。从这些观察结果中可以得出一个结论,即器官感觉到运动或水压,但必须加以证明。毕竟,一眼就能看到反射运动,并不一定意味着眼睛已经进化为可以感知拳击手的身姿!

电接收

像一个世纪前进行了先进研究的显微镜一样,真空管放大器在1930年代改进了对脑功能的研究。记录神经系统活动。因此,在1938年,英国普利茅斯海洋生物学协会的亚历山大·桑德(Alexander Sand)记录了洛伦兹尼灯泡对大脑的刺激。它们以规则的流程通过神经,但是某些刺激有时会增加或减少其频率。正如帕克所做的那样,桑德指出器官对触摸和压力有反应,但他还发现神经冲动的频率随温度降低而增加。灯泡非常敏感,以至于它们对0.2°C的变化做出反应。这种精确的检测与水温对迁移或其他鱼类行为的重要性相关,使这些器官具有温度计的作用。这不是正确的解释。

1960年代初,英国伯明翰大学的生物学家R. Murray重复了Sand的现代电生理仪器实验,并确认了对温度,压力差和感觉变化的检测。但他还观察到器官对盐度的细微变化敏感。另外,当他在与洛伦兹尼灯泡相连的灯管开口附近意外地产生电场时,脉冲的频率也会改变。而且,该频率根据场的强度和极性而变化:当场的正极接近灯泡的孔时,该频率降低;当其为负极时,该频率增加。

默里(Murray)发现,器官可以探测到通过一厘米海水施加的百万分之一伏特级电场,最近的测量表明,鲨鱼对每厘米五十分之一伏特的灵敏度很高。这是由1.5伏电池产生的电场强度,其中一根极将浸入马赛,另一极将浸入阿尔及尔!从理论上讲,在这两个点之间游动的鲨鱼会知道何时插入电池。没有其他组织,器官或动物对电如此敏感。即使是现代仪器,也几乎无法测量海水中的这种薄弱区域。

海域

鱼对检测弱电场有什么兴趣?关于“生物电”的研究,也就是说在其他鱼类中的电场发射,提供了一些答案。例如,电鳗可以通过专门器官产生的强大电击使猎物震惊。其他鱼类故意产生强度较小的电场,即使强度不弱也不能用作武器。这种看似无用的器官的进化使查尔斯·达尔文(Charles Darwin)感到困惑,他在他的《物种起源》一书中对这种生物学谜团进行了辩论。

在1950年代,剑桥大学的动物学家H. Lissmann和其他小组研究了这种弱生物电的功能。他们表明产生它的鱼会检测到自己的电场。它们的传感器被称为结节性受体,不同于洛伦兹尼灯泡:它们不是由管子组成的,并且对电场的敏感性特别低。然而,在其发现之时,电信号接收已加入了五种感觉。

弱电场产生器官和块状电感受器共同形成一种类似于雷达的收发器。所发射的电场会因所遇到的物体而变形,这些变化被结节性受体检测到。该设备可用于诸如在亚马逊河的泥泞水域中航行或在夜间喂食之类的任务。

但是,鲨鱼和rays鱼没有专门用于发射电场的器官。此外,生物学家提出,洛伦兹尼灯泡起着探测弱自然电场的被动“雷达”系统的作用。这些动物会发现什么?像洛伦兹尼灯泡一样敏感,鲨鱼可能无法检测到仅持续几千分之一秒的电场脉冲,例如脑电波和伴随心肌收缩的脉冲。另一方面,这些器官被“切割”以感知电场的最弱修饰,例如由于电化学电池引起的电场。

这种感觉将是有用的,因为有机体中的所有生物细胞由于其结构而像电池一样起作用。实际上,当两种不同的盐溶液通过其净电荷在电化学电池内部分开时,电池会产生电压。相反的电荷吸引,并且由此产生的电荷运动产生电流。同样,活细胞包裹着不同于海水的盐溶液,从而在界面处产生电压。结果,海水中鱼的身体就像电池一样在其周围产生电场。

1970年代,荷兰乌得勒支大学的生物学家Adrianus Kalmijn使用电子放大器显示,动物在海水中产生生物电场。非常弱的场几乎没有变化,这是洛伦兹尼灯泡检测到的电信号类型。卡尔米金(A. Kalmijn)还证明,当电极发射的电场模仿普通鲨鱼捕食的鲨鱼时,被囚禁的鲨鱼会找到并攻击他埋在水族馆沙子中的电极。我们的工作类似于A。 Kalmijn,与鲨鱼表亲嵌合体有关(请参见第62页的方框)。

缺乏意义

表明配备洛伦兹尼灯泡的鱼在实验室条件下会对电场产生反应是一回事,而确定它们如何在自然环境中使用这种感觉则是另一回事。主要的困难与寄生虫有关:由于其他自然现象(盐度,温度,水的流动性,酸度等),猎物发出的微弱电信号可能伴随着寄生虫。在海洋中,即使是金属电缆也会产生任何鲨鱼都能感知到的电压。

为了测试鱼类如何利用这种感觉,例如在狩猎时,我们在海洋中的一艘小型玻璃纤维(非金属)船上观察了它们,并在甲板上开了一个方形开口。我们使用了一个T形设备,每个设备的两端都有电极。

在公海中,我们将设备浸入开口中,然后使用软管将鱼残倾倒在丁字裤两个分支之间的区域中。然后将电极放在上面。 ,以产生可重现鲨鱼猎物发出的电场的电场。有人随机激活了电极,而另一个人(任何时候都不知道T的哪个分支处于张紧状态)观察到了对鲨鱼的影响。利用他们的电感应捕捉猎物的动物会优先攻击有电场的地方。

蹲在船甲板上,当一只大蓝鲨在盘旋时,我们正凝视着开口,然后俯伏在鱼残上。他朝着香气的方向笔直地游泳,然后向右转向,抓住了下巴之间的T形分支。鲨鱼颤抖着挣扎,然后放开设备。在攻击的最后时刻,捕食者已经忽略了气味的来源,转而咬住了发出电场的设备部分。我们目睹了许多类似的袭击事件,其中动物表现出对活化电极的强烈偏好,而不是中性电极甚至气味的来源。

即使在最后一刻发作时,即使在强烈的味觉和嗅觉刺激下,这种“电接收”的盛行也可以解释一些神秘的轶事。因此,鲨鱼袭击的受害者在受到另一名鲨鱼不了解的游泳者的训练并带到安全环境中的同时,会遭受反复的攻击。当血液使视线和气味模糊不清时,鲨鱼可能会失去对受害者的追踪,但是鲨鱼的电信号接收可以使鲨鱼定位在血液中盐分所产生的强电场中。

鲨鱼在狩猎时会使用所有的感官,但它们都有各自的优点和敏感性(请参见第63页的侧栏)。嗅觉和听力对于在距离较远的地方放置猎物最有用。随着它们靠近猎物,视觉,侧线感和品味将变得更加重要。在攻击的最后阶段,当鲨鱼位于猎物三英尺以内时,电接收将是准确定位猎物的最有效方法。此信息可能有一天会用于防鲨鱼设备的设计(请参见上面的框)。

我们已经研究了摄食行为,因为它很容易在鲨鱼中引诱,但是这些鱼无疑在电学意义上还有其他用途。我们只能想象通过这种不寻常的感觉感知到的世界。

直到1970年代,对于赋予鲨鱼的这种含义还一无所知。今天,我们知道,即使环境条件使通常的五种感官(视力,嗅觉,味觉,触觉和听觉)无法使用,这种电子接收也可以帮助他们找到食物。实际上,它在多云的水中,完全黑暗的环境中以及猎物藏在沙子中时都可以工作。

我们正在研究这种感觉的分子基础,而其他团队则对感觉器官的发展及其进化起源感兴趣。我们自己的脊椎动物祖先在离开大海之前是否察觉到电场?我们将追溯“电接收”这一发现-一个跨越几个世纪的鲜为人知的故事-并描述鲨鱼如何因此具有特别有效的检测手段。

这个故事始于1678年,当时意大利解剖学家Stefano Lorenzini描绘了点缀在鲨鱼和rays鱼头部正面的毛孔。这些毛孔大多集中在口腔周围。当他去除皮肤时,他注意到每个开口都通向一个充满晶体凝胶的透明长管。这些管中的一些管很细又短,而另一些管的直径几乎为半毫米,长度为十厘米。在头部深处,这些管子汇成几大块透明的果冻。这个网络的作用是什么?

隐藏的意义

洛伦兹尼首先假定这些孔是粘在鱼体上的粘液的来源,然后他拒绝了这一假设。后来,他毫不费力地为这些毛孔提供了另一个“更隐蔽的功能”。直到 ix e 世纪,当生物学家对鱼的侧线的功能感兴趣时,这种器官与洛伦兹尼系统有一些共同点。这条横线感应水的运动,由一排穿孔的鳞片组成,每个鳞片都通向垂直于动物皮肤的管子。在这些结构的整个长度上分布的肿胀水平上,感觉细胞(称为毛细胞)以纤毛的形式向管内部展开纤细的延伸。水的微小运动,例如由几米远的鱼通过而产生的运动,使这些纤细的纤毛卷曲,就像在风中摇曳的麦田。这些运动会激活神经,这些神经的冲动会告诉大脑水运动的力量和方向。我们在耳边保留了该侧线的痕迹。

在......的最后 ix e 一个世纪以来,显微镜揭示了存在于鲨鱼鼻子上的毛孔和延长它们的管状结构(现在称为劳伦兹尼鳞茎)构成了一种感觉器官。实际上,每根管的末端都有一个小球根囊(球茎),从该球囊中露出一条细神经,该细神经与侧线的前神经分支相连。这些神经纤维延伸到头骨的底部,并通过脊髓的背表面进入大脑,这是感觉神经的特征。此外,解剖学家注意到,在每个球茎内部都存在一个微小的孤立的毛细胞,类似于人的内耳和鱼的侧线。但是,这些细胞检测到的刺激是未知的。如何确定这种全新的感觉器官的功能?

1909年,哈佛大学的生物学家G. Parker去除了果蝠毛孔周围的皮肤,以去除该区域可能的触觉感受器。尽管有这种消融,鱼仍对接触裸露的试管做出了反应。从这些观察结果中可以得出一个结论,即器官感觉到运动或水压,但必须加以证明。毕竟,一眼就能看到反射运动,并不一定意味着眼睛已经进化为可以感知拳击手的身姿!

电接收

像一个世纪前进行了先进研究的显微镜一样,真空管放大器在1930年代改进了对脑功能的研究。记录神经系统活动。因此,在1938年,英国普利茅斯海洋生物学协会的亚历山大·桑德(Alexander Sand)记录了洛伦兹尼灯泡对大脑的刺激。它们以规则的流程通过神经,但是某些刺激有时会增加或减少其频率。正如帕克所做的那样,桑德指出器官对触摸和压力有反应,但他还发现神经冲动的频率随温度降低而增加。灯泡非常敏感,以至于它们对0.2°C的变化做出反应。这种精确的检测与水温对迁移或其他鱼类行为的重要性相关,使这些器官具有温度计的作用。这不是正确的解释。

1960年代初,英国伯明翰大学的生物学家R. Murray重复了Sand的现代电生理仪器实验,并确认了对温度,压力差和感觉变化的检测。但他还观察到器官对盐度的细微变化敏感。另外,当他在与洛伦兹尼灯泡相连的灯管开口附近意外地产生电场时,脉冲的频率也会改变。而且,该频率根据场的强度和极性而变化:当场的正极接近灯泡的孔时,该频率降低;当其为负极时,该频率增加。

默里(Murray)发现,器官可以探测到通过一厘米海水施加的百万分之一伏特级电场,最近的测量表明,鲨鱼对每厘米五十分之一伏特的灵敏度很高。这是由1.5伏电池产生的电场强度,其中一根极将浸入马赛,另一极将浸入阿尔及尔!从理论上讲,在这两个点之间游动的鲨鱼会知道何时插入电池。没有其他组织,器官或动物对电如此敏感。即使是现代仪器,也几乎无法测量海水中的这种薄弱区域。

海域

鱼对检测弱电场有什么兴趣?关于“生物电”的研究,也就是说在其他鱼类中的电场发射,提供了一些答案。例如,电鳗可以通过专门器官产生的强大电击使猎物震惊。其他鱼类故意产生强度较小的电场,即使强度不弱也不能用作武器。这种看似无用的器官的进化使查尔斯·达尔文(Charles Darwin)感到困惑,他在他的《物种起源》一书中对这种生物学谜团进行了辩论。

在1950年代,剑桥大学的动物学家H. Lissmann和其他小组研究了这种弱生物电的功能。他们表明产生它的鱼会检测到自己的电场。它们的传感器被称为结节性受体,不同于洛伦兹尼灯泡:它们不是由管子组成的,并且对电场的敏感性特别低。然而,在其发现之时,电信号接收已加入了五种感觉。

弱电场产生器官和块状电感受器共同形成一种类似于雷达的收发器。所发射的电场会因所遇到的物体而变形,这些变化被结节性受体检测到。该设备可用于诸如在亚马逊河的泥泞水域中航行或在夜间喂食之类的任务。

但是,鲨鱼和rays鱼没有专门用于发射电场的器官。此外,生物学家提出,洛伦兹尼灯泡起着探测弱自然电场的被动“雷达”系统的作用。这些动物会发现什么?像洛伦兹尼灯泡一样敏感,鲨鱼可能无法检测到仅持续几千分之一秒的电场脉冲,例如脑电波和伴随心肌收缩的脉冲。另一方面,这些器官被“切割”以感知电场的最弱修饰,例如由于电化学电池引起的电场。

这种感觉将是有用的,因为有机体中的所有生物细胞由于其结构而像电池一样起作用。实际上,当两种不同的盐溶液通过其净电荷在电化学电池内部分开时,电池会产生电压。相反的电荷吸引,并且由此产生的电荷运动产生电流。同样,活细胞包裹着不同于海水的盐溶液,从而在界面处产生电压。结果,海水中鱼的身体就像电池一样在其周围产生电场。

1970年代,荷兰乌得勒支大学的生物学家Adrianus Kalmijn使用电子放大器显示,动物在海水中产生生物电场。非常弱的场几乎没有变化,这是洛伦兹尼灯泡检测到的电信号类型。卡尔米金(A. Kalmijn)还证明,当电极发射的电场模仿普通鲨鱼捕食的鲨鱼时,被囚禁的鲨鱼会找到并攻击他埋在水族馆沙子中的电极。我们的工作类似于A。 Kalmijn,与鲨鱼表亲嵌合体有关(请参见第62页的方框)。

缺乏意义

表明配备洛伦兹尼灯泡的鱼在实验室条件下会对电场产生反应是一回事,而确定它们如何在自然环境中使用这种感觉则是另一回事。主要的困难与寄生虫有关:由于其他自然现象(盐度,温度,水的流动性,酸度等),猎物发出的微弱电信号可能伴随着寄生虫。在海洋中,即使是金属电缆也会产生任何鲨鱼都能感知到的电压。

为了测试鱼类如何利用这种感觉,例如在狩猎时,我们在海洋中的一艘小型玻璃纤维(非金属)船上观察了它们,并在甲板上开了一个方形开口。我们使用了一个T形设备,每个设备的两端都有电极。

在公海中,我们将设备浸入开口中,然后使用软管将鱼残倾倒在丁字裤两个分支之间的区域中。然后将电极放在上面。 ,以产生可重现鲨鱼猎物发出的电场的电场。有人随机激活了电极,而另一个人(任何时候都不知道T的哪个分支处于张紧状态)观察到了对鲨鱼的影响。利用他们的电感应捕捉猎物的动物会优先攻击有电场的地方。

蹲在船甲板上,当一只大蓝鲨在盘旋时,我们正凝视着开口,然后俯伏在鱼残上。他朝着香气的方向笔直地游泳,然后向右转向,抓住了下巴之间的T形分支。鲨鱼颤抖着挣扎,然后放开设备。在攻击的最后时刻,捕食者已经忽略了气味的来源,转而咬住了发出电场的设备部分。我们目睹了许多类似的袭击事件,其中动物表现出对活化电极的强烈偏好,而不是中性电极甚至气味的来源。

即使在最后一刻发作时,即使在强烈的味觉和嗅觉刺激下,这种“电接收”的盛行也可以解释一些神秘的轶事。因此,鲨鱼袭击的受害者在受到另一名鲨鱼不了解的游泳者的训练并带到安全环境中的同时,会遭受反复的攻击。当血液使视线和气味模糊不清时,鲨鱼可能会失去对受害者的追踪,但是鲨鱼的电信号接收可以使鲨鱼定位在血液中盐分所产生的强电场中。

鲨鱼在狩猎时会使用所有的感官,但它们都有各自的优点和敏感性(请参见第63页的侧栏)。嗅觉和听力对于在距离较远的地方放置猎物最有用。随着它们靠近猎物,视觉,侧线感和品味将变得更加重要。在攻击的最后阶段,当鲨鱼位于猎物三英尺以内时,电接收将是准确定位猎物的最有效方法。此信息可能有一天会用于防鲨鱼设备的设计(请参见上面的框)。

我们已经研究了摄食行为,因为它很容易在鲨鱼中引诱,但是这些鱼无疑在电学意义上还有其他用途。我们只能想象通过这种不寻常的感觉感知到的世界。

1975年夏季,友好岛。威胁翅片分裂了水面和电影屏幕的表面。三吨重的大白鲨(海洋牙齿的英雄)的成功推广了一种想法,即即使在很远的距离也吸引着血腥味的强大海洋捕食者。但是,当从船甲板上捞起蓝鲨鱼时,却在大海中洒了血,我们对这种气味并不感兴趣,尽管这种气味极好。相反,我们希望研究这些猎人的神秘“第六感”。确实,实验室工作表明,鲨鱼感知到的电场非常弱,大约是每厘米海水百万分之一伏特,但是没人知道他们是如何利用这种异常感觉的。我们在船上寻找答案。

直到1970年代,对于赋予鲨鱼的这种含义还一无所知。今天,我们知道,即使环境条件使通常的五种感官(视力,嗅觉,味觉,触觉和听觉)无法使用,这种电子接收也可以帮助他们找到食物。实际上,它在多云的水中,完全黑暗的环境中以及猎物藏在沙子中时都可以工作。

我们正在研究这种感觉的分子基础,而其他团队则对感觉器官的发展及其进化起源感兴趣。我们自己的脊椎动物祖先在离开大海之前是否察觉到电场?我们将追溯“电接收”这一发现-一个跨越几个世纪的鲜为人知的故事-并描述鲨鱼如何因此具有特别有效的检测手段。

这个故事始于1678年,当时意大利解剖学家Stefano Lorenzini描绘了点缀在鲨鱼和rays鱼头部正面的毛孔。这些毛孔大多集中在口腔周围。当他去除皮肤时,他注意到每个开口都通向一个充满晶体凝胶的透明长管。这些管中的一些管很细又短,而另一些管的直径几乎为半毫米,长度为十厘米。在头部深处,这些管子汇成几大块透明的果冻。这个网络的作用是什么?

隐藏的意义

洛伦兹尼首先假定这些孔是粘在鱼体上的粘液的来源,然后他拒绝了这一假设。后来,他毫不费力地为这些毛孔提供了另一个“更隐蔽的功能”。直到 ix e 世纪,当生物学家对鱼的侧线的功能感兴趣时,这种器官与洛伦兹尼系统有一些共同点。这条横线感应水的运动,由一排穿孔的鳞片组成,每个鳞片都通向垂直于动物皮肤的管子。在这些结构的整个长度上分布的肿胀水平上,感觉细胞(称为毛细胞)以纤毛的形式向管内部展开纤细的延伸。水的微小运动,例如由几米远的鱼通过而产生的运动,使这些纤细的纤毛卷曲,就像在风中摇曳的麦田。这些运动会激活神经,这些神经的冲动会告诉大脑水运动的力量和方向。我们在耳边保留了该侧线的痕迹。

在......的最后 ix e 一个世纪以来,显微镜揭示了存在于鲨鱼鼻子上的毛孔和延长它们的管状结构(现在称为劳伦兹尼鳞茎)构成了一种感觉器官。实际上,每根管的末端都有一个小球根囊(球茎),从该球囊中露出一条细神经,该细神经与侧线的前神经分支相连。这些神经纤维延伸到头骨的底部,并通过脊髓的背表面进入大脑,这是感觉神经的特征。此外,解剖学家注意到,在每个球茎内部都存在一个微小的孤立的毛细胞,类似于人的内耳和鱼的侧线。但是,这些细胞检测到的刺激是未知的。如何确定这种全新的感觉器官的功能?

1909年,哈佛大学的生物学家G. Parker去除了果蝠毛孔周围的皮肤,以去除该区域可能的触觉感受器。尽管有这种消融,鱼仍对接触裸露的试管做出了反应。从这些观察结果中可以得出一个结论,即器官感觉到运动或水压,但必须加以证明。毕竟,一眼就能看到反射运动,并不一定意味着眼睛已经进化为可以感知拳击手的身姿!

电接收

像一个世纪前进行了先进研究的显微镜一样,真空管放大器在1930年代改进了对脑功能的研究。记录神经系统活动。因此,在1938年,英国普利茅斯海洋生物学协会的亚历山大·桑德(Alexander Sand)记录了洛伦兹尼灯泡对大脑的刺激。它们以规则的流程通过神经,但是某些刺激有时会增加或减少其频率。正如帕克所做的那样,桑德指出器官对触摸和压力有反应,但他还发现神经冲动的频率随温度降低而增加。灯泡非常敏感,以至于它们对0.2°C的变化做出反应。这种精确的检测与水温对迁移或其他鱼类行为的重要性相关,使这些器官具有温度计的作用。这不是正确的解释。

1960年代初,英国伯明翰大学的生物学家R. Murray重复了Sand的现代电生理仪器实验,并确认了对温度,压力差和感觉变化的检测。但他还观察到器官对盐度的细微变化敏感。另外,当他在与洛伦兹尼灯泡相连的灯管开口附近意外地产生电场时,脉冲的频率也会改变。而且,该频率根据场的强度和极性而变化:当场的正极接近灯泡的孔时,该频率降低;当其为负极时,该频率增加。

默里(Murray)发现,器官可以探测到通过一厘米海水施加的百万分之一伏特级电场,最近的测量表明,鲨鱼对每厘米五十分之一伏特的灵敏度很高。这是由1.5伏电池产生的电场强度,其中一根极将浸入马赛,另一极将浸入阿尔及尔!从理论上讲,在这两个点之间游动的鲨鱼会知道何时插入电池。没有其他组织,器官或动物对电如此敏感。即使是现代仪器,也几乎无法测量海水中的这种薄弱区域。

海域

鱼对检测弱电场有什么兴趣?关于“生物电”的研究,也就是说在其他鱼类中的电场发射,提供了一些答案。例如,电鳗可以通过专门器官产生的强大电击使猎物震惊。其他鱼类故意产生强度较小的电场,即使强度不弱也不能用作武器。这种看似无用的器官的进化使查尔斯·达尔文(Charles Darwin)感到困惑,他在他的《物种起源》一书中对这种生物学谜团进行了辩论。

在1950年代,剑桥大学的动物学家H. Lissmann和其他小组研究了这种弱生物电的功能。他们表明产生它的鱼会检测到自己的电场。它们的传感器被称为结节性受体,不同于洛伦兹尼灯泡:它们不是由管子组成的,并且对电场的敏感性特别低。然而,在其发现之时,电信号接收已加入了五种感觉。

弱电场产生器官和块状电感受器共同形成一种类似于雷达的收发器。所发射的电场会因所遇到的物体而变形,这些变化被结节性受体检测到。该设备可用于诸如在亚马逊河的泥泞水域中航行或在夜间喂食之类的任务。

但是,鲨鱼和rays鱼没有专门用于发射电场的器官。此外,生物学家提出,洛伦兹尼灯泡起着探测弱自然电场的被动“雷达”系统的作用。这些动物会发现什么?像洛伦兹尼灯泡一样敏感,鲨鱼可能无法检测到仅持续几千分之一秒的电场脉冲,例如脑电波和伴随心肌收缩的脉冲。另一方面,这些器官被“切割”以感知电场的最弱修饰,例如由于电化学电池引起的电场。

这种感觉将是有用的,因为有机体中的所有生物细胞由于其结构而像电池一样起作用。实际上,当两种不同的盐溶液通过其净电荷在电化学电池内部分开时,电池会产生电压。相反的电荷吸引,并且由此产生的电荷运动产生电流。同样,活细胞包裹着不同于海水的盐溶液,从而在界面处产生电压。结果,海水中鱼的身体就像电池一样在其周围产生电场。

1970年代,荷兰乌得勒支大学的生物学家Adrianus Kalmijn使用电子放大器显示,动物在海水中产生生物电场。非常弱的场几乎没有变化,这是洛伦兹尼灯泡检测到的电信号类型。卡尔米金(A. Kalmijn)还证明,当电极发射的电场模仿普通鲨鱼捕食的鲨鱼时,被囚禁的鲨鱼会找到并攻击他埋在水族馆沙子中的电极。我们的工作类似于A。 Kalmijn,与鲨鱼表亲嵌合体有关(请参见第62页的方框)。

缺乏意义

表明配备洛伦兹尼灯泡的鱼在实验室条件下会对电场产生反应是一回事,而确定它们如何在自然环境中使用这种感觉则是另一回事。主要的困难与寄生虫有关:由于其他自然现象(盐度,温度,水的流动性,酸度等),猎物发出的微弱电信号可能伴随着寄生虫。在海洋中,即使是金属电缆也会产生任何鲨鱼都能感知到的电压。

为了测试鱼类如何利用这种感觉,例如在狩猎时,我们在海洋中的一艘小型玻璃纤维(非金属)船上观察了它们,并在甲板上开了一个方形开口。我们使用了一个T形设备,每个设备的两端都有电极。

在公海中,我们将设备浸入开口中,然后使用软管将鱼残倾倒在丁字裤两个分支之间的区域中。然后将电极放在上面。 ,以产生可重现鲨鱼猎物发出的电场的电场。有人随机激活了电极,而另一个人(任何时候都不知道T的哪个分支处于张紧状态)观察到了对鲨鱼的影响。利用他们的电感应捕捉猎物的动物会优先攻击有电场的地方。

蹲在船甲板上,当一只大蓝鲨在盘旋时,我们正凝视着开口,然后俯伏在鱼残上。他朝着香气的方向笔直地游泳,然后向右转向,抓住了下巴之间的T形分支。鲨鱼颤抖着挣扎,然后放开设备。在攻击的最后时刻,捕食者已经忽略了气味的来源,转而咬住了发出电场的设备部分。我们目睹了许多类似的袭击事件,其中动物表现出对活化电极的强烈偏好,而不是中性电极甚至气味的来源。

即使在最后一刻发作时,即使在强烈的味觉和嗅觉刺激下,这种“电接收”的盛行也可以解释一些神秘的轶事。因此,鲨鱼袭击的受害者在受到另一名鲨鱼不了解的游泳者的训练并带到安全环境中的同时,会遭受反复的攻击。当血液使视线和气味模糊不清时,鲨鱼可能会失去对受害者的追踪,但是鲨鱼的电信号接收可以使鲨鱼定位在血液中盐分所产生的强电场中。

鲨鱼在狩猎时会使用所有的感官,但它们都有各自的优点和敏感性(请参见第63页的侧栏)。嗅觉和听力对于在距离较远的地方放置猎物最有用。随着它们靠近猎物,视觉,侧线感和品味将变得更加重要。在攻击的最后阶段,当鲨鱼位于猎物三英尺以内时,电接收将是准确定位猎物的最有效方法。此信息可能有一天会用于防鲨鱼设备的设计(请参见上面的框)。

我们已经研究了摄食行为,因为它很容易在鲨鱼中引诱,但是这些鱼无疑在电学意义上还有其他用途。我们只能想象通过这种不寻常的感觉感知到的世界。

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