Ампулы Лоренцини

Ампулы Лоренцини сосредоточены в основном на голове рыбы вблизи рыла, вокруг глаз и ноздрей, но присутствуют (хотя и в меньшем количестве) и на других частях тела. Они представляют собой довольно длинные (до нескольких сантиметров) трубочки-каналы внутри тела рыбы, заполненные желеобразным слизистым веществом и открывающиеся на поверхности тела порами. На роструме многих акул эти поры хорошо заметны и образуют целую сеть небольших отверстий диаметром 1—2 мм^[1]. Внутри тела каналы оканчиваются ампулообразным расширением. Длина каналов различна. Так, у среднего по размеру ската шириной 40 см самый длинный канал достигал 160 мм при диаметре в 2 мм, самый маленький — 5 мм в длину и 0,5 мм в диаметре. Форма ампулы различается в зависимости от вида рыбы^[2].

Ампулы часто бывают сгруппированы и окружены соединительной тканью, образующей хорошо заметные капсулы^[2]. Внутренняя поверхность ампул богато иннервирована; к каждой подходит несколько нервных волокон — обычно 6, но иногда гораздо больше. Например, у мраморного электрического ската (лат. Torpedo marmorata) их количество колеблется от 26 до 32^[3].

Анатомические образования, подобные ампулам Лоренцини, имеются, кроме хрящевых, у некоторых рыб, обладающих электрическими органами: у электрических угрей, некоторых сомов, у нильского гимнарха (лат. Gymnarchus niloticus)^[3].

Данный орган был открыт и впервые описан итальянским биологом и врачом Марчелло Мальпиги в 1663 году, а первое точное научное описание органа дал последователь Мальпиги, итальянский натуралист, ихтиолог и врач Стефано Лоренцини в 1678 году^[4]. По его имени ампулы Лоренцини и получили своё название.

Функциональное назначение ампул Лоренцини долгое время оставалось неясным. Вначале сам Лоренцини высказал мнение, что, возможно, основная роль ампул — выработка слизи, но скоро усомнился в такой точке зрения, предположив, что орган имеет иное назначение^[5]. Впоследствии изучавшие этот орган биологи выдвигали самые разные гипотезы, предполагая, что он отвечает за осязание, ощущение механического давления, чувствительность к температуре или к степени солёности морской воды^[3][5].

Работы британских зоологов в 1960 году и позднее позволили прийти к выводу об электрочувствительности ампул Лоренцини. Учёные из Бирмингемского университета, испытывая реакцию органов чувств акул на изменения солёности воды, случайно воздействовали на ампулы Лоренцини электрическим полем и зафиксировали в них электрические разряды. Более поздние исследования показали, что ампулы Лоренцини у акул реагируют на невероятно слабые электрические поля — около 10 мкВ/м^[6]. Специальные электрофизиологические исследования подтвердили уникально высокую чувствительность ампул к электрическим полям. Для реакции было достаточно разницы в силе тока между поверхностью шкуры акулы и внутренней частью ампулы Лоренцини в 0,005 мА. Если электрод смещали в сторону от поры ампулы всего на 0,5 мм, то для достижения такого же результата силу тока приходилось заметно увеличивать. Это подтвердило то, что основным токопроводящим каналом органа является именно канал-трубочка^[3].

Заполненные желеобразной массой протоки ампул выполняют функцию изолированных проводников электричества, соединяющих поверхность тела рыбы с собственно ампулой. Стенки ампул и каналов являются хорошим изолятором — их электрическое сопротивление в 160 тыс. раз больше сопротивления вещества, заполняющего их. При этом электропроводность слизистого желе в протоках ампулы приблизительно такая же, как у морской воды, у остальных частей тела рыбы — примерно вдвое меньше^[1]. Детальное изучение ампул Лоренцини американскими специалистами показало, что заполняющее их вещество обладает полупроводниковыми свойствами^[5]. В связи со специфическим строением ампул электрические разряды высокой частоты затухают в их каналах быстрее, чем разряды низкой частоты. Поэтому считается, что более длинные ампулы Лоренцини воспринимают в основном низкочастотные разряды, а короткие — высокочастотные^[3].

Чрезвычайная чувствительность акул к малейшим колебаниям электрического поля играет важную роль в питании акул. Даже в мутной воде акула способна с высокой точностью наносить укус добыче, даже не видя её, но улавливая исходящие от неё электрические импульсы. Кроме того, после нанесения акулой первого укуса, когда в морскую воду попадает кровь, ампулы Лоренцини воспринимают довольно сильный электрический сигнал, вызванный реакцией морской воды и крови. Это позволяет акуле успешно продолжать атаку даже на невидимую цель^[7].

Считается также, что ампулы Лоренцини позволяют чувствовать изменения температуры воды. Они, вероятно, помогают рыбам при ориентации по магнитному полю Земли^[1][3]. Однако вопрос о дополнительных функциях этого органа требует новых исследований.