Мал. 6.5. Схема командної системи електричних органів ската

1 – електричні частки (руховий центр розрядів); 2 – електричний нерв: 3 – овальне ядро (ядро керування розрядом): 4 – спинний мозок: 5 – чутливі нейрони, які передають збудження

Нервова регуляція розрядом відбувається у всіх електричних риб однаково. У головному мозку є дві об'ємисті, пофарбовані у жовтий колір електричні частки і чотири пари великих електричних нервів. Електричні частки утворюють так званий руховий центр розрядів. Але вони тільки передають електричним органам імпульси, які отримують із вищого центру, що розташований у довгастому мозку і називається ядром керування розрядом або командним ядром. Анатомо-фізіологічні дослідження показали, що командне ядро складається із двох овальних ядер, які в електричних скатів містять гігантські клітинні тіла приблизно 60 нейронів. (У довгорилів кількість клітинних тіл значно менше – в межах 12.) До овальних ядер підходять нервові шляхи, якими передаються нервові імпульси периферійних збуджень. Якщо, наприклад, кольнути електричного ската, то збудження передається на овальні ядра. Це ядро, у свою чергу, генерує імпульси, що передаються до рухового центру, і вже через нього на електричні органи (мал.6.5).

Таким чином, руховий центр відіграє лише роль посередника. Саме ядро управляє дією електричних органів, синхронізуючи і ритмізуючи їх.

Виробництво струму

Загальною властивістю всіх живих клітин є наявність асиметричного розподілу позитивних і негативних електричних зарядів, що утворюють із однієї і із іншої сторони оболонки клітини подвійний шар. Зовні клітини переважають позитивні заряди, а всередині – негативні. Потенціал внутрішнього середовища нижче, чим потенціал зовнішньої. Ця різниця потенціалів не перевищує 100 мВ.

Мал. 6.6. Схема електричної платівки в покої і під час дії

Вгорі – різниці потенціалів між двома протилежними сторонами електропастинки немає. Електрорушійна сила дорівнює нулю. Внизу – поверхня, до якої підходять нервові закінчення, змінила свої потенціал. Електрорушійна сила дорівнює 140 мВ.

Одна із причин клітинної поляризації полягає в тому, що позитивні іони калію накопичуються усередині клітини. Зовні їх набагато менше. Виходячи із концентрації іонів калію, можна обчислити різницю електричних потенціалів між двома сторонами оболонки. При температурі 20° С вона дорівнює 75 мВ. Близькі до цього розрахункового розміру і експериментальні цифри, що визначають різницю потенціалів приблизно в 80 мВ (мал.6.6).

Під впливом збудження проникність клітинної оболонки для іонів раптово змінюється. Це спричиняє за собою зміни у розподілі електричних зарядів. Зміни продовжуються декілька тисячних секунди, і їхня сукупність утворить потенціал дії. Величина його складає у електричного ската 115 мВ на одну платівку, а у електричного вугра –150 мВ.

Риби із сильними розрядами

Сила розряду, рівна напрузі у вольтах, вимірюється між двома кінцями електричного органа. Ця напруга слабше, якщо риба знаходиться у воді – середовищі, що є провідником, хоча і поганим, і сильніше, якщо риба знаходиться у повітрі – в ізолюючому середовищі. У електричного сома і вугра напруга, яка утворюється електричним органом, досягає 400 В, а у електричного ската – 45 – 60 В. Риби, які спроможні виробляти електричні розряди такої сили, використовують їх як для захисту, так і для нападу. 6-10 тисяч електричних пластинок електричного вугра, розташовані послідовно, дозволяють рибі робити високовольтні розряди, необхідні в умовах слабкої провідності прісної води, у якому живе риба. Сила струму досягає одного ампера – адже електричний орган вугра складається із 70 призм, поставлених паралельно. У ската, що живе в морській воді, у кожній призмі зібрано 1000 пластинок. Цим пояснюється більш слабка напруга його розрядів – 60 В, але одночасне вмикання 200 призм дозволяє одержувати струм силою до 50 А.

Енергія кожного розряду може бути у деяких випадках приблизно обмірювана. Наприклад, у ската, довжина якого дорівнює 33 см, вона складає 0,5 Дж, або приблизно 1 мДж на кожний грам маси електричних органів.

Тривалість розрядів і їхній ритм дуже різноманітні у залежності від виду й умов середовища. Кожний розряд складається із декількох імпульсів. У мармурового ската один імпульс продовжується від 3 до 4 мс, а на розряд припадає 4 – 10 імпульсів. У вугра тривалість імпульсу дорівнює 2 – 3 мс, і кожний розряд складається із 4 – 8 імпульсів.

Електричний скат, сом і вугор використовують свою спроможність генерувати електричний заряд як засіб нападу й ефективного захисту. Скат, наприклад, одним-єдиним розрядом відлякує краба, що його атакує, або паралізує рибу, за якою полює. Вугор, за яким велися спостереження в акваріумі, також використовував свої електричні органи для лову здобичі. Напруга розрядів його електричних органів ледь знижувалося після того, як рибу примушували робити 150 розрядів за годину.