Elektrikalad, kuidas ja millised kalaliigid kasutavad elektrivälju (0)

EESTI MEREAKADEEMIA
Ramo Mootse
KF-31
“Elektrikalad”, kuidas ja millised kalaliigid kasutavad elektrivälju
Referaat
Juhendaja:
Ahto Järvik
Tallinn 2011

Sisukord

Sissejuhatus 2
Elektrirailised ( Torpedinidae ) 3
Harilik elektrirai e. marmorrai (Torpedo marmorata) 5
Kirjeldus 5
Leviala , Elupaik 6
Bioloogia, ökoloogia 6
Toitumine 7
Kaitse röövloomade eest 7
Elektrisägalised (Malapteruridae) 9
Elektrisäga (Malapterurus electricus ) 10
Leviala 10
Kirjeldus 10
Toitumine 11
Käitumine 11
Elektriangerjas (Electrophorus electricus), 13
Anatoomia 14
Elupaik 14
Füsioloogia 15
Käitumine 15
toitumine 16
enesekaitse 16
Infovahetus ja ümbruskonna tajumine 17
Sigimine , areng, eluiga 17
Kokkuvõte 18
Kasutatud kirjandus 19

Sissejuhatus

Elektrirailised ( Torpedinidae )

Nad on aeglaselt liikuvad põhjastoitujad, kes on võimelised genereerima elektrilaengut enda kaitsmiseks või toitumiseks. Tänapäevaks säilinud liike loetakse 15-22 ringis . Sõjalaevastikus kasutatav relv, torpeedo , ongi oma nime saanud selle perekonna ladinakeelse nime järgi Torpedos, mis tähendab “ halvatud ” või “ tuim ”, arvatavasti tuleb tähendus sellest tundest mis tekib pärast kokkupuudet rai poolt tekitatud elekrishokki.
Elektriraid on kehakujult nagu teised raid, lamedad , ketta laadse kujuga ning sabauimed pikkused varieeruvad. Nende suud ning lõpuste pilud paiknevad allkülgedel. Isas isenditel on suguelundid saba alguses. Emased on “ovoviviparous” (ingl.k.), mis tähendab et nad toodavad munarakke oma keha sees, aga mitte nad ei mune neid välja vaid järglased arenevad emase isendi sees ja sünnivad välja arenenuna.
Kõige suuremaks liigiks loetaks atlandi elektriraid (Torpedo nobiliana), kes võib kasvada ligi 90 kg raskuseks ning võib tekitada 220 voldise elektrilise laengu. Elektriraidel on laigud evolutsiooniliselt muundunud lihas rakkudest, mida nim, ”electroplaques” (ingl.k.), mis moodustavad elektriorgani. Need lihased tekitavad elektrilise laengu, mis on sarnane normaalsele elektri laengule üle enamiku rakumembraanide, aga laeng on võimendatud suuresti ja kontsentreeritult ühele kindlale väiksele piirkonnale. Elektrit on võimalik säilitada koes, mis käitub nagu tavaline patarei . Patarei laetakse tühjaks momentidega. Rai võib saaklooma püüdmiseks või halvamiseks saata välja elektrilaengu, mis uimastab saaki , mille tagajärjel on rail teda kergem kinni püüda ja temast toituda, samuti ohu korral ehmatab teist kiskjat rai oma elektrishokiga. Kude, mis säilitab elektrilaengut, kasutatakse neurobioloogilistel uuringutel oma eriliste omaduste tõttu.

Harilik elektrirai e. marmorrai (Torpedo marmorata)

Kirjeldus

Marmorrai keha on pehme ja lõtvunud, ja täielikult puuduvad nahapealsed ogad. Jäme rinnauime ketas on peaaegu ringikujuline ja hõlmab 59-67 % kogu pikkusest; paaris neeru kujulised elektriorganid on nähtavad naha alt, väljaspool väikestest silmadest. Koheselt igale silmale järgneb suur ovaalne hingamisava, mille juures on näha 6-8 pulga taolist väljaulatuvat osa serval mis kohtuvad peaaegu keha keskel. Hingamisavade taga on 5-7 simatorkavat limast ava ( poori ). Ninasöörmete vahel on nelinurkne naha riba, palju laiem kui pikem, mis ulatub peaaegu väikse kaarja suuni.
2-l seljauimel on ümardunud tipud ja asetsevad kõrvuti; iga uime algus on umbes 2/3 tema kõrgusest. Tagumine osa esimesest seljauimest on veidi väiksem kui esimene osa. Lühikesel robustsel sabal jooksevad nahavoldid piki külge, ja lõppevad suure saba uime juures millel on nüridate nurkadega kolmnurkne kuju. Ülemine pind on kaetud täpilise mustriga heledal/tumedal pruunil taustal, mõningad isendid on lihtsalt pruunid . Alumine pool on puhas valge koos tumedamate uime ääristega. Liik võib kasvada kuni 1 m suuruseks, kuigi tavaline pikkus on isastel 36-38 cm ja emastel 55-61 cm. Suuruse maksimum tundub muutuvat geograafiliselt. Kõige suurem isend on kaalunud 3 kg.

Leviala, Elupaik

Laialt levinud ida Atlandi Ookeanis, Šotimaal ja lõuna pool Põhjameres, Hea lootuse neemest lõunapoole , Lõuna Aafrikas, samuti hõlmates ka Vahemere ümbrust. Eelistab vee temperatuuri mis on külmem kui 20 °C. Seda liiki tavaliselt leitakse 10-30 m sügavuselt Britannias ja Iirimaal , 20-100m sügavuselt Itaaliast ja alates 200m ja sügavamale Tuneesiast. Isegi on leitud isendeid 370 m sügavuselt. Marmorrai elutseb sügavamal kui tavaline elektrirai, mis jagab temaga lõunapoolset leviala.
Marmorrai on põhjaeluviisiga, elutseb kivistel rahudel ning meriheina väljadel, samuti ka liivastel ja mudastel põhjadel. Soojade suve kuude jooksul on teada, et tiined emased rändavad Arcachoni lahte, loode Prantsusmaale, kus neid tihti peale leitakse väga madalates ja mudastest loikudest, austripankade lähedalt. See liik võib läbi viia põhjapoole rännet suvel ja talvel Briti saarte vettesse.

Bioloogia, ökoloogia

Eraklik ja aeglaselt liikuv marmorrai võib jääda liikumatuks mitmeks päevaks. Ta on aktiivsem öösiti, enamuse ajast päeval veedab põhjasisse kaevunult nii et ainult silmad ja hingamisavad välja paistavad. Vastavalt oma laisale loomusele, on marmorrail madal vere hapniku sisaldus ning pulss (10-15 lööki minutis). Liik suudab isegi ellu jääda tingimustes kus hapniku tase vees on väga madal, nt mõõna ajal olevates lompides. Rai lõpetab täielikult hingamise kui hapniku osarõhk langeb alla 10-15 Torri, ja ta saab elus olla sellises seisundis vähemalt 5 tundi. It deals with extreme hypoxia by coupling anaerobic glycolysis to additional energy-producing pathways in its mitochondria, which serves to slow down the accumulation of potentially harmful lactate within its cells.
Nagu ka teised liigid tema perekonnas, suudab ka marmorrai toota tugevat elektrilaengut läbi ühe paari elektriorganite, ründeks ja kaitseks. Iga organ koosneb 400-600 vertikaalsest sambast, igas sambas on hoidla milles on umbkaudu 400 tarretise laadset “elektroplaati” mis põhimõtteliselt töötab nagu üks patarei. Sellelt railt on mõõdetud 70-80 voldine elektri laeng, ning maksimaalne võimalik elektrivoolu laeng arvatakse olevat ligi 200 volti . Elektrilaengu tugevus väheneb seda rohkem mida rohkem rai väsib. Eksperimendid in vitro on leidnud, et närvid mis innerveerivad elektri organit lõpetavad funktsioneerimise alla 15 °C temperatuuril. Nagu vee temperatuur looduses regulaarselt langeb alla selle piiri, siis on võimalik, et rai ei saa kasutada seda organit sellel ajal talvel. Alternatiivselt võib olla rail veel teadmata füsioloogiline mehhanism mis kohandab elektriorgani funktsiooni kasutama külmas vees.

Toitumine

Marmorrai on varitsev röövkala, kes töötab elektriga , et saaki püüda. Nägemine on ebatähtsal kohal saagi küttimiselt, kuna rai silmad on tihti peale varjatud kui ta lamab maetuna põhjas. Selle asemel ta toetub retseptoritele oma küljejoonel, kuna ta ründab ainult liikuvat saaki. Väiksed põhjaeluviisiga kondised kalad moodustavad üle 90 % marmorrai toidust. Toit neelatakse alla tervelt.
2 tüüpi saagipüüdmise käitumist on täheldatud. Esimene on “hüppamine”, rai kasutab seda siis kui saak ujub tema pea lähedal, tavaliselt mitte kaugemal kui 4 cm. “Hüppel” rai tõmbab pea taha ja siis tõukab oma keha ülesse, ulatudes 2 kuni 3 kordsele saagi kõrgusele põhjast. Samal ajal teeb ta sabaga järsu löögi mis toodab kõrge sagedusega (230-430 Hz, suureneb vastavalt temperatuurile) elektri löögi. Algne elektri look on küll nõrk, aga piisav, et saak uimastada või halvata. Rai liugleb edasi ja toit manööverdatakse suhu . Elektrilaenguid antakse terve selle aja jooksul. “Hüpe” kestab mitte kauem kui 2 sekundit. Teine saagipüüdmis käitumine on “roomamine” , rai kasutab seda seisva või aeglaselt liikuva saagi jaoks; see hõlmab ka uimastatud saaki, mida esimene kord kohe kätte ei saadud. “Roomates” rai teeb väikesed üles-alla liigutusi keha ning sabaga. Keha ülesse kerkimine tõmbab vett rai alla ja samal ajal tõmbab saaki lähemale, samal ajal kui keha alla läheb siis saba löögid liigutavad raid saagile aeglaselt lähemale. Kui rai jõuab saagini, avab ta suu ja imeb saagi siise, lühikesi elektri laenguid toodetakse siis kui on vaja, olenevalt saagi liikumisest ning alla neelamisest.

Kaitse röövloomade eest

Oma suuruse ja elektrilise kaitsereaktsiooni pärast ei lange ta väga tihti kiskjate toiduks. See liik ilmutab erinevadi kaitse käitumist vastavalt sellele kuidas võimalik röövkala haarab teda, kas seljast või sabast. Rai keda on seljapealt haaratud keerab kiiresti end ohu poole samal ajal elektri shokke tootes; sellele järgneb põgenemine sirges joones, pärast mida ta võib end uuesti liiva alla matta. Rai keda on haaratud sabast, tõukab ennast ülesse silmusesse; kui ta pärast seda manöövrit pole põgenenud, siis rai kõverdub rõngasse kõht väljapoole, et näidata kõige suuremat võimsamat elektri shoki andmis pinda (elektri organite alumist poolt) ohu poole ; sellise käitumisega kaasnevad lühikesed kuid tugevad elektrilaengud. Rai kipub alati tootma rohkem elektri laengu sööste kui ta kaitseb saba, mitte selga.

Elektrisägalised (Malapteruridae)

Elektrisägaliste sugukonnas on 2 perekonda, Malapterurus ja Paradoxoglanis milles on kokku 19 liiki. Mitmel liigil selles perekonnas on on võime toota elektrilaengut kuni 350 volti, kasutades “electroplagues” (ingl.k.) elektriorganis. Malapteruridae on ainuke sägaliste grupp kellel on hästi arenenud elektrilised elundi; kuigi need elundid on laialt levinud sägades.

Elektrisäga (Malapterurus electricus )

Leviala

Teda võib leida lääne ning kesk troopilisest Aafrikast ning Niiluse jõe äärest. Neid leidub seal suuremates magedaveelistes süsteemides, jõgedes ja järvedes.

Kirjeldus

Malapterurus-il on piklik ja silindri kujuline keha, mis annab neile üldjoontes vorsti välimuse. Silmad on väikesed, huuled on pigem paksud, ja ninamik on kumer eraldatud ninasöörmetega. Lõpuse avad on kitsad ja ahenevad külgede suunas. Malapterurus liikidel on 3 paari poiseid ja puudub seljauim . Rinna-, vaagna-, ja sabauimed on kumerad. Ujupõiel on 2 pikklikku kambrit.
Üldiselt on värvus on hallikas-pruun, seljal ja külgedel, tuhmub heledamaks valgemaks või kreemjamaks keha alt. Kehakülgedel on korrapäratud mustad täpid. Nad võivad kasvada kuni 100 cm pikkuseks ning ligi 20 kg raskuseks. Kõik Paradoxoglanis liigid on palju väiksemad. Enamus malapteruride on kääbusliigid, alla 30 cm pikad. Kõige väljapaistvam aspekt Malapteruruse juures on tema tugev elektrogeeniline võime. Elektrielund mis arenes välja tema rinna lihasest, ümbritseb keha kogu tema pikkuses ning on võimeline 350 v laenguks (50 cm piikune isend võib toota kuni 350 voldise laengu)

Toitumine

Liik on ablas röövkala, saagi küttimiseks ja uimastamiseks kasutab ta halvavat laengut elektrilisest elundist. Ta on oportunistlik toituja ja ta sööb kõige kättesaadavamat saaki oma elukeskkonnad. Elektrisägad on võimelised alla neelama toitu mis on neist kuni kaks korda suurem.

Käitumine

Elektrisägad on öise eluviisiga ja veedavad suure osa oma päevast olles peidus kuskil urus. Malapterurus electricus on kõige aktiivsem ajavahemikul 4-5 tundi pärast päikeseloojangut, sellel ajal on küttimise ning toitumise tippaeg.
Kuna neil on väga väikesed silmad, siis nad kütivad ja liiguvad peaaegu ainult kasutades oma elektrielundit. Malapterurus electricus tekitab oma elektrielundiga erinevaid võnkesagedusi ? (volley-ingl.k.) mis erinevad üksteisest arvu, kiiruse, kestuse poolest, olenevalt situatsioonist millega ta kokkupuutus. On viite tüüpi sagedusi, esimene on seotud kisklusega ja toitumisega; teine on setotud kaitsmise, rünnakuga ja enesekaitsega; kolmas kaitsmise, tagaajamise ja ümbruskonna uurimisega; neljas saaklooma kindlaks tegemisel; ja viies liigisisese uurimisega.
Väga territoriaalsed, kaitsevad sisserünnakute eest agressiivselt elektri laenguga. Nad kohandavad oma väljavoolu (pinge) vastavalt sellele, kas sissetungija on liigikaaslane või mitte. Liigikaaslaste vastu, agressiivsed vasturünnakud algavad sellega et üks või mõlemad kalad demonstreerivad üksteisele oma suurt avatud suud millele järgneb küljeuimede näitamised. Küljeuimi näidates kalad asuvad “antiparalleelsetel” positsiooniel, õõtsudes edasi tagasi kaarjas kehadega, lükates ja hõõrudes üksteist. Need vaatemängud kestavad 5-15 sekundit ja üldiselt lõpetavad kohtumise. Kuigi, ootamatud kohtumised võivad üle minna rohkema näitamise ning hammustamise peale, mis võib olla nii poise kui tiiva hammustamine. Poise hammustuse puhul, üks või mõlemad kalad, haarab teise kala poistest 15-20 sek samal ajal rebides neid, samal ajal kui tiiva hammustuse puhul, üks kala kiiresti keerab pead ning hammustab teise kala uime, ning hoides sealt kinni mitu minutit. Ainult sellistel agressiivsematel kokkupõrgetel, kus hammustatakse üksteist kasutavad mõlemad kalad ka oma elektrilaengut vastase peal.
Kui ollakse vastamisi suurema sissetungijaga kui on toiduks olev kala, siis elektrisäga ei tee tamaga enam sama avatud suuga ja külgede näitamise vaatemängu, vaid kasutab lühiksesi elektrielundi laenguid, millest piisab sissetungija eemale peletamiseks.

Elektriangerjas (Electrophorus electricus),

Elektriangerjas (Electrophorus electricus), on elektri kala, ning ainuke liik Electrophoruse perekonnas. Ta on suuteline võimsa elektri shoki tootmiseks, mida ta kasutab nii küttimisel kui enesekaitseks. Ta on tippkiskja Lõuna – Ameerika piirkonnas. Hoolimata oma nimest, ei ole ta angerjas vaid on pigem knifefish (ingl.k.)

Anatoomia

Elektriangerjal on piklik, silindri kujuline keha, tavaliselt kasvavad 2 m pikkuseks ja 20 kg raskuseks, tehes temast kõige suurema liigi gymnotiformes-ide seas. Tema värvus seljapealt tume hall-pruun ja kollane ja oranz kõhu pealt. Täiskasvanud isastel on kõht tumedamat värvi. Soomused puuduvad. Suu on otse, asetseb otse ninamiku lõpus. Pärakuuim ulatub ülekogu keha kuni saba tipuni. Eesmine kamber , mis on ühendatud sisekõrvaga väikeste luudega mis on pärit kaelalülidest nimetatakse Weberi aparaadiks, mis suuresti suurendab nende kuulmisvõimet. Tagumine kamber ulatub üle kogu terve keha ning seda kasuatakse ujuvuses. Electrophorus-sel on hästi arenenus kuulmine. Elektrianegerjatel on vaskulaarne respirator organ suuõõnes. Ta on kohustatud õhku hingama; umbes iga 10 minuti tagant , peab kala tulema vee pinnale tõusma ja neelama enda sisse hapniku enne kui ta põhja pöördub tagasi. Ligikaudu 80 % hapnikust mida elektriangerjas kasutab omastatakse sellisel viisil.

Elupaik

Elektriangerjad elavad magedaveelistes Amazonase ja Orinoco jõgikonnas, Lõuna-Ameerika üleujutatud aladel, soodes, ojades ja rannaäärsetel madalikel. Tihti elavad mudase põhjaga rahuliku vooluga seisvates jõgedes.

Füsioloogia

Elektriangerjal on kolm kõhtmist paari organeid mis toodavad elektrit : Main-i organ, Hunter -i organ ja Sach-i organ. Need elundid moodustavad 4/5 kogu kehast, ja annavad angerjale võime toota kaht tüüpi elektrilaenguid, madalat pinget ja kõrget pinget. Elundid koosnevad electrocyte-st (ingl.k.), ühel joonel , seetõttu vool jookseb neist läbi ning toodab elektrilaengu. Kui angerjas määrab kindlaks saaki, siis aju saadab signaali läbi närvisüsteemi elektrirakkudesse. See avab iooni kanali, lubades positiivselt laetud naatriumil voolata läbi, muutes laenguid silmapilkselt. Põhjustades äkitselt muutust pinges , kutsub see esile elektrivoolu.
Elektriangerjas tekitab endale iseloomulikku elektrilisi pulsse sarnaselt patareis olevale süsteemile. Elektriangerjas on 5000-6000 virnas electroplaques-st (ingl.k.) mis on võimelised tekitama kuni 500 voldist ja 1 amprist voolutugevust (500 watti ). Selline elektrilöök võib olla inimesele surmav .
Sachi elund on seoutud elektrolokatsiooniga. Organi sees on palju muskli sarnaseid rakke, mite nimetatakse elektrotsüütideks. Iga rakk saab ainult toota 0.15 v, aga koos töödateselund saab välja saata signaali mis on ligikaudu 10 V ja kuskil 25 Hz. Need on signaalid mida saab saata välja Main ja Hunter elund mitme sajas Hz-is.
Elektriangerjas on unikaalne gymnotiformide seas, sellepärast, et neil on elektriorganid, mis on võimelised tootma surmavat elektrilööki saagi uimastamiseks. Noored elektriangerjad tekitavad väiksemaid umbes 100 voldiseid elektrilööke. Elektriangerjad on võimelised muutma elektrilöögi pinget, kasutades madalamaid pingeid saagi otsimiseks ja kõrgemaid saagi uimastamiseks või enda kaitsmiseks. Kui angerjas on ärritunud, on ta võimeline tekitama pidevat elektrilist pinget perioodiks, mis on vähemalt tund aega pikk ilma, et ilmutaks väsimuse märke.

Käitumine

Kuigi elektriangerjal on potentsiaali olla üsna agressiivne loom, ei ole ta seda. Nad kasutavad elektrielundi laenguid ainult saagi püüdmiseks ja enesekaitsel. Nõrku elektrielundi laenguid kasutab ta elektrolokatsiooniks ning samuti tundmatute asjade kindlaksmääramiseks. See on eriti tähtis kuna nad näevad väga halvasti. Nad on öise eluviisiga, elavad mudases pimedas vees, seetõttu nad toetuvad ümbruse tajumisel elektrile. Elektriangerjad peavad jääma suhteliselt kangeks (jäigaks), et täielikult kasutada ära oma elektrilisi võimeid. Neil on positiivne laeng pea juures, samas kui neil saba juures on negatiivne laeng. Kui nad uurivad oma ümbrust elektrivoolu abil, siis nad alustavad seda sabast ning lõpetavad peaga. Et seda teha, peab ta oskama ujuda tagurpidi. Kala enda polaarsus aitab luua seda elekrivälja, mis dikteerib suurema osa tema käitumisest.
Elektrielundite rakendamist on uuritud suuresti. Mitmetest erinevatest eksperimentidest on leitud, et elektriangerjad suudavad vees tajuda vooluringi ning eristada kas see on avatud või suletud süsteem. Samuti on kindlaks tehtud et nad on väga tundlikud muutustele vee elektrijuhtivusele.

toitumine

Saaki otsides kasutab elektriangerjas elektrielundid, mida tuntakse Sachi elundi nime all. See edastab nõrka pulseerivat signaali, mida kasutab asukoha kindlaks määramisel ning liikumisel. Kui saak on leitud, kasutab elektriangerjas palju suuremat elektrilaengut, et saaki uimastada. Seda tehakse 2 suurema elektrielundiga, Main ja Hunter elundiga. Laeng iseenesest ei tapa küll saaki, kuid ohver on piisavalt ujumane. Kuna angerjal puuduvad ülalõuas hambad, siis on tal raske siplevat kala süüa. Kuid siiski kuna saak on üldiselt halvatud ja ei liigu siis angerjas teeb lihtsalt suu lahti, ja imeb saagi kergesti sisse. Enamik täiskasvanud isendeid toituvad väiksematest kaladest, samal ajal kui nooremad toituvad põhiliselt väiksetest selgrootutest .

enesekaitse

Kisklus elektriangerja vastu on tavaliselt tõkestatud nendelt elektrishoki saamise pärast. Nad saavad toota pinget kuni 650 volti. Kuigi see laeng on harva surmav, piisab sellest enamiku kiskjate eemale peleteamiseks. Need kaitsvad elektripulsid tekitatakse kahe organi poolt- Hunter ja Main organ. See jõud mis tekib nende kahe organi ning elektriangerja pulseeriva elektrivooluga klassifitseerib selle kala tugevaks elektriliseks kalaks

Infovahetus ja ümbruskonna tajumine

Sachi organ (elektrielund) on peamine suhtluseallikas. See elund saadab välja nürka signaali, umbes 10 V amplituudiga. Neid signaale kasutatakse komuunikeerimises, samuti orienteerumises, samuti mitte ainult kasulik saagi leidmisel vaid arvatakse et see mängib suurt rolli ka sigimispartneri valimisel.
Teadlased on kindlaks teinud et elektriangerjal on hästi arenenud kuulmis taju. Neil on Weberi aparaat. Mis ühendab kõrva ujupõiega mis suuresti võimendab nende kuulmist.

Sigimine, areng, eluiga

Elektriangerjad sigivad kuival ajal. Munad hoiustatakse hästi peidetud pessa, mis on tehtud isase süljest. Vaatlusel on selgunud , et keskmiselt 1200 embrüot koorub . Emaslooma marjaterade arvuks on loetud 17 000. Elektriangerjas arvatakse olevat järguline paljuneja.
Elektriangerja eluiga looduses ei teata. Kuid vangistuses isased on elanud 10-15 aastaseks, samal ajal kui emased tavaliselt elavad 12-22 aastaseks.

Kokkuvõte

Kasutatud kirjandus

http://en.wikipedia.org/wiki/Torpedo_%28genus%29
http://en.wikipedia.org/wiki/Marbled_electric_ray
http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_catfish
http://en.wikipedia.org/wiki/Malapterurus
http://animaldiversity.ummz.umich.edu/site/resources/william_fink/malapteurus_electricus.jpg/view.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_eel
http://animaldiversity.ummz.umich.edu/site/accounts/information/Electrophorus_electricus.html