Электрорецепторы

Электрорецепторы, клетки, реагирующие на электрические поля в окружающей среде. [c.232]

Но об одном типе рецепторов мы все же еще расскажем. Это электрорецептор ). Его особенность состоит в том, что сигнал, на который надо реагировать, уже имеет электрическую природу. Что же делает этот рецептор Преобразует электрический сигнал в электрический [c.237]

Электрорецепторы. Как акулы используют закон Ома и теорию вероятностей [c.237]

Подробные современные сведения об этом типе рецепторов читатель может найти в книге Вроун Г. Р., Ильинский О. Б. Физиология электрорецепторов.— Л. Наука, 1984. [c.237]

Ситуация осложнялась тем, что реакция рыб на слабые токи в это время была уже известной. Ее наблюдали еще в 1917 г. Паркер и Ван Хойзер на сомике (все сомообразные, видимо, обладают электрорецепторами). Однако эти авторы дали своим наблюдениям совсем другое объяснение. Они решили, что при пропускании тока через воду в ней меняется распределение ионов, и это влияет на вкус воды. Такая точка зрения казалась вполне правдоподобной зачем придумывать какие-то новые органы, если результаты можно объяснить известными обычными органами вкуса. Правда, эти ученые никак не доказывали свою интерпретацию они не поставили контрольного опыта. Если бы они перерезали нервы, идущие от органов вкуса, так чтобы вкусовые ощущения у рыбы исчезли, то обнаружили бы, что реакция на ток сохраняется, Ограничившись словесным объяснением своих наблюдений, они прошли мимо большого открытия. [c.238]

Лиссман же, напротив, придумали поставил множество разнообразных опытов и после десятилетней работы доказал свою гипотезу. Примерно 25 лет назад существование электрорецепторов было признано наукой. Электрорецепторы начали изучать, и вскоре опп были обнару-жзны у многих морских и пресноводных рыб (акул, скатов сомов п др.), а также у миног. Примерно 5 лет назад [c.238]

Где же расположены электрорецепторы и как они устроены [c.239]

В начале этой главы мы уже упоминали, что у рыб (и амфибий) есть механорецепторы боковой линии, расположенные вдоль туловища и на голове рыбы они воспринимают движение воды относительно животного. Электрорецепторы — это другой тип рецепторов боковой линии. Во время эмбрионального развития все рецепторы боковой линии развиваются из того же участка нервной системы, что и слуховые и вестибулярные рецепторы. Так что слуховые рецепторы летучих мышей и электрорецепторы рыб — близкие родственники. [c.239]

Да, качественно, любой нейрон может считаться электрорецептором, но если перейти к количественным оценкам,, ситуация меняется. Естественные электрические поля очень слабы, и все ухищрения, которые использует природа в электрочувствительных органах, направлены на то, чтобы, во-первых, поймать на синаптической мембране возможно большую разность потенциалов, и, во-вторых, обеспечить высокую чувствительность механизма выделения медиатора к изменению МП. [c.241]

Во-первых, обеспечению такой чувствительности способствует устройство ампулы Лоренцини. Если напряженность поля равна 0,1 мкВ/см, а длина канала ампулы равна 10 см, то на всю ампулу придется разность потенциалов в 1 мкВ. Практически все это напряжение будет падать на слое рецепторов, так как его сопротивление гораздо выше, чем сопротивление среды в канале. Акула тут прямо использует закон Ома V = /В, так как ток текущий в цепи, один и тот же, то падение напряжения больше там, где выше сопротивление. Таким образом, чем длиннее канал ампулы и чем ниже его сопротивление, тем большая разность потенциалов подается на электрорецептор. [c.242]

Во-вторых, закон Ома применяют и сами электрорецепторы разные участки их мембраны тоже имеют разное сопротивление синаптическая мембрана, где выделяется медиатор, имеет большое сопротивление, а противоположный участок мембраны — маленькое, так что и тут разность потенциалов распределяется возможно выгоднее. [c.242]

Итак, за счет разных ухищрений с исполь-вованием закона Ома на мембране электрорецепторов создается сдвиг потенциала порядка 1 мкВ, Казалось бы, что если чувствительность пресинаптической мембраны достаточно высока — а это, как мы видели, действительно так и есть,— то все в порядке. Но мы не учли, что повышение чувствительности всякого прибора вызывает новую проблему (будь то технический прибор или рецепторная клетка) — проблему борьбы с шумами. Мы называли чувствительность электрорецептора, воспринимающего 1 мкВ, фантастической и теперь поясним, почему. Дело в том, что эта величина гораздо ниже уровня шумов. [c.243]

А теперь вернемся к электрорецепторам. Мы говорили, что для повышения чувствительности в этом рецепторе выгодно иметь возможно более высокое сопротивление мембраны, чтобы на ней падала большая часть напряжения. И действительно, сопротивление мембраны, которая выделяет медиатор, у электрорецепторной клетки очень велико, порядка Ом. Однако за все приходится платить высокое сопротивление этой мембраны ведет к усилению шумов. Колебание потенциала на мембране электрорецептора за счет тепловых шумов равно примерно [c.243]

ООО электрорецепторов. Под действием тепловых шумов в мембране то из одного, то из другого синапса выделяется медиатор и аффрентное волокно даже в отсутствие электрических полей вне рыбы все время импульсирует. При появлении внешнего сигнала все 2 ООО клеток выделяют медиатор, В результате этого и усиливается внешний сигнал. [c.244]

Подождите, скажет думающий читатель, ведь 2 ООО клеток и шуметь должны сильнее Выходит, если продолжить аналогию с разговором в шумной комнате, что 100 человек легче перекричат трехтысячную толпу, чем один — тридцать Но, оказывается, в действительности, как ни странно, так оно и есть. Наверно, каждый из нас не раэ слышал, как сквозь бурю аплодисментов пробиваются ритмичные, все усиливающиеся хлопки. Или сквозь рев трибун стадиона отчетливо слышны возгласы Молодцы Мо-лод-цы , скандируемые даже не очень многочисленной группой болельщиков. Дело в том, что во всех этих случаях мы встречаемся с противоборством сигнала организованного, синхронного, с шумом, т. е. сигналом хаотическим. Грубо говоря, возвращаясь к электрорецепторам, их реакции на внешний сигнал синхронны и складываются, а из случайных тепловых шумов совпадает во времени только какая-то часть. Поэтому амплитуда сигнала растет прямо пропорционально числу рецепторных клеток, а амплитуда шума — значительно медленнее. Но позвольте, опять может вмешаться читатель, если шум в рецепторе всего в 30 раз сильнее сигнала, не слишком ли расточительна природа Зачем 2 ООО рецепторов Может, хватило бы и ста [c.244]

Мы говорили, что палочки сетчатки реагируют на возбуждение всего одной молекулы родопсина. Но такое возбуждение может возникнуть не только под действием света, но и под действием тепловых шумов. В результате высокой чувствительности палочек в сетчатке должны все время возникать сигналы ложной тревоги . Однако в действительности и в сетчатке имеется система борьбы с шумами, основанная на том же принципе. Палочки связаны между собой ЭС, что ведет к усреднению сдвигов их потенциала, так что все происходит так же, как в электрорецепторах (только там усредняется сигнал в волокне, получающем сигналы от многих рецепторов, а в сетчатке — прямо в системе рецепторов). А еще вспомните объединение через высокопроницаемые контакты спонтанно активных клеток синусного узла сердца, дающее регулярный сердечный ритм и устраняющее колебания, присущие одиночной клетке ( шум ). Мы видим, что природа широко использует усреднение для борьбы с шумами в разных ситуациях. [c.245]

Как же животные используют свои электрорецепторы О способе ориентации рыб в мутной воде мы подроб- [c.245]

Рис. 62. Использование электрорецепторов акулой а — акула проплывает над камбалой, зарывшейся в песок, и нападает на нее б — камбалу накрывают агаровой камерой, которая проводит ток так же, как морская вода, через камору пропускают воду для дыхания камбалы, но вода вытекает в стороне, что исключает обнаружение камбалы по запаху, акула правильно обнаруживает камбалу в — повторены условия опыта б, но камера покрыта изолятором, акула проплывает мимо з — в песке создается искусственное электрическое поле, имитирующее поле, возникающее при дыхании камбалы, акула нападает на электроды

Мы уже говорили, что гимнарх все время генерирует электрические импульсы, так что вокруг его тела в воде текут токи. Если изобразить плотность тока с помощью густоты линий, то картина токов вокруг рыбы выглядит примерно так, как изображено на рис. 64. Если в воду внесено проводящее тело, то картина меняется, как на рис. 64, справа, если изолятор—как на рис. 64, слева. Искажение электрического поля меняет сигналы электрорецепторов рыбы. [c.252]

Фоторецепторы (232). Электрорецепторы. Как акулы используют закон Ома и теорию вероятностей (237), Борьба с шумами (243). [c.286]

Хотя у высших позвоночных электрорецепция не найдена, но это замечательная сенсорная способность, которая заслуживает упоминания здесь. Самые чувствительные электрорецепторы находятся в ямках, называемых ампулами Лоренцини и расположенных на голове некоторых видов рыб. Порог ответа одного рецептора может быть равен всего лишь 1 мкВ/см (т. е. электрическому полю с градиентом в 1 мкВ на каждый сантиметр расстояния). Порог поведенческой реакции в 10—100 раз выше. Электрические поля могут возникать при разряде электрического органа этой же рыбы близлежащие предметы создают искажения поля, к которым чувствительны электрорецепторы. Или же электрорецепторы чувствуют поля, создаваемые разрядами электрического органа другой рыбы. [c.400]

Последовательность событий, показанная на рис. 16.6, относится к ампулярным электрорецепторам костных рыб. Детали этой последовательности варьируют у других видов и в других типах рецепторных органов. Так, в ампулярных электрорецепторах хрящевых рыб полярности электрических сигналов, вы- [c.401]

Некоторые пластиножаберные рыбы обладают чувствительностью к малым магнитным полям, например к магнитному полю Земли (Kalmijn, 1982), причем, как предполагается, используют для этого магнитную индукцию. Эти рыбы (акулы и скаты) воспринимают электрические поля с помощью проводящих каналов (каналы ампул Лоренцини), которые соединяют поры на коже с чувствительными к напряжению клетками (электрорецепторами), расположенными глубоко в теле рыбы. Поскольку [c.296]

Птицы или другие наземные животные в отличие от рыб не способны к индукционной магниторецепции. У рыб электрическая цепь состоит из канала ампулы, электрорецептора и внешней среды (морской воды). Поскольку сопротивление внешней цепи сравнительно невелико, существенная часть ЭДС приходится на электрорецептор и эффективно используется. Показано (Rommel, M leave, 1973), что с увеличением сопротивления внешней цепи чувствительность уменьшается. У аналогичной детектирующей системы в воздушной среде по существу вся ЭДС приходилась бы на воздушный участок цепи, а ЭДС на электрорецепторе была бы ничтожно мала. Поэтому индукционная система в данном случае должна замыкаться в теле животного. [c.297]

Простейшей индукционной системой является катушка из изолированного проводника, связанного с электрорецептором, которая может вращаться в магнитном поле. Это наилучшая с точки зрения электродинамики геометрическая конфигурация. Итак, рассмотрим в качестве индукционной системы круглую катушку, состоящую из одного или нескольких витков проводника из биологического материала. [c.297]

Для регистрации очень малых напряжений, индуцируемых при вращении катушки, необходим чувствительный электрорецептор. По-видимому, наиболее чувствительным из известных биологических электрорецепторов обладают пластиножаберные рыбы. Однако наличие чувствительного элек,трорецептора - это лишь необходимое, но не достаточное условие. Нужно еще, чтобы мощность сигнала, подаваемого с катушки на электрорецептор, превосходила мощность теплового шума. Это условие определяет порог чувствительности детектора и тем самым налагает ограничения на устройство и форму катушки магниторецептора. [c.297]

Заряд, проходящий через индукционную катушку, испытывает тепловые флуктуации в широком диапазоне частот. Эти флуктуации вызывают случайные колебания напряжения на катушке, так что на электрорецептор подается шумовой сигнал некоторой мощности. Поскольку в тепловом равновесии на каждую колебательную степень свободы приходится энергия /сГ (/с-постоянная Больцмана, Г-абсолютная температура), то эффективное среднеквадратичное шумовое напряжение на катушке (если [c.297]

Чтобы надежно реагировать на сигнал V , электрорецептор (и последующая цепь) должен быть восприимчив к частотам в диапазоне А/ = = (2т т)" . Увеличение диапазона воспринимаемых частот позволило бы различать более тонкие детали формы сигнала и коррелировать их с угловым ускорением. Однако это сопровождалось бы увеличением эффективного шумового напряжения. Высокочувствительные системы должны реагировать только на частотные компоненты, несущие наиболее важную информацию, поэтому мы предположим, что А/ в уравнении (1) равно (2nzy . На каком уровне происходит ограничение диапазона частот-несущественно это может происходить на уровне рецептора или даже на уровне сознания . [c.298]

И мощность сигнала, и мощность теплового шума, передаваемого катушкой на электрорецептор, зависят от внутреннего сопротивления электрорецептора одинаковым образом, так что внутреннее сопротивление электрорецептора не влияет на отношение сигнал/шум. Однако всегда имеется некоторый порог детектирования, обусловленный наличием внутреннего источника шума в электрорецепторе, и мощность сигнала должна быть больше этого шума. Если бы сопротивление катушки намного превышало входное сопротивление электрорецептора, то мощность передаваемого сигнала умень цалась бы как R . Поэтому область допустимых значений d должна быть ограничена на рис. 9.1 слева линией, соответствующей сопротивлению катушки, лишь ненамного превьпиающему входное сопротивление электрорецептора. [c.302]

Если бы такая макроскопическая система существовала, она вряд ли осталась бы незамеченной. Мы не можем исключить существования хотя бы некоторых участков такой цепи, но, по-видимому, они недостаточно иннервированы. Казалось бы, что из всего сказанного выще можно сделать вывод о малой вероятности использования наземными животными индукционного органа магниторецепции. Однако, прежде чем окончательно отвергать возможность существования такого детектора, отметим, что имеется орган, по всей видимости, удовлетворяющий нащим требованиям. Речь идет о полукружных каналах в лабиринте внутреннего уха, которые ограничены мембранами, наполнены проводящей эндолимфой и имеют подходящие размеры. Электрорецепторами могут служить богатые нервными окончаниями кристы. Эти кристы и связанная с ними студенистая масса, фиксирующая волоски, замыкают проводящий путь полукружного канала, создавая давление на стенки ампулы (КогпЬиЬег, 1974). Вся эта система должна быть достаточно хорощо изолирована, так как сопротивление студенистой массы, по-видимому, значительно больще сопротивления эндолимфы. Только в том случае, когда голова животного поворачивается вокруг оси, перпендикулярной плоскости полукружного канала, волоски и студенистая масса смещаются под действием перетекающей эндолимфы. Для индуцирования ЭДС необходим поворот вокруг оси, лежащей в плоскости канала, и такой поворот не вызывает перетекания эндолимфы. Идея о том, что орган ориентации в поле тяжести служит одновременно и органом ориентации в магнитном поле, представляется весьма привлекательной, тем более если учесть, что угол между направлениями магнитного и гравитационного полей может использоваться для навигации ( Vilts hko, Vilts hko, 1972). [c.303]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология