Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)

Для цитирования:

Ольшанский В. М., Барон В. Д., МакМагон E., Зленко Д. В. Электрические рыбы как объект фундаментальных исследований // Известия вузов. ПНД. 2023. Т. 31, вып. 6. С. 776-812. DOI: 10.18500/0869-6632-003075, EDN: VORGFP

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF and_2023-6_olshansky_et-al_776-812.pdf
(загрузок: 0)
Полный текст в формате PDF(En):
Иконка PDF and_2023-6_olshanskiy-et-al_en.pdf
(загрузок: 42)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Нелинейная динамика и нейронаука
Тип статьи: 
Обзорная статья
УДК: 
530.182
DOI: 
10.18500/0869-6632-003075
EDN: 
VORGFP

Электрические рыбы как объект фундаментальных исследований

Авторы: 
Ольшанский Владимир Менделевич, Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук
Барон Владимир Давыдович, Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук
МакМагон Eоин, ООО «Биосфера Энвайронментал»
Зленко Дмитрий Владимирович, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (МГУ)
Аннотация: 

Цель данной работы заключается в том, чтобы рассказать читателям про исследования электрических рыб и их роль в решении фундаментальных проблем. Мы хотим вовлечь заинтересовавшихся специалистов в проводимые нами исследования.

Методы. Нами разработан метод многоэлектродной регистрации и визуализации электрических полей вокруг рыб — это новый инструмент исследования электрических рыб.

Результаты. Статья носит обзорный характер. Мы попытались рассказать об истории исследований электрических рыб и особенностях российской школы электроэкологии.

Ключевые слова: 
электрические рыбы
электродинамика
электрофизиология
электроэтология
электроэкология
Список источников: 
  1. Максвелл Дж. К. Трактат об электричестве и магнетизме. Т. 1. М.: «Наука», 1989. 416 с.
  2. Finger S., Piccolino M. The Shocking History of Electric Fishes: From Ancient Epochs to the Birth of Modern Neurophysiology. Oxford: Oxford University Press, 2011. 496 p. DOI: 10.1093/acprof: oso/9780195366723.001.0001.
  3. Lissmann H. W. On the function and evolution of electric organs in fish // Journal of Experimental Biology. 1958. Vol. 35, no. 1. P. 156–191. DOI: 10.1242/jeb.35.1.156.
  4. Барон В. Д. Возможная роль электрорецепции в поведении морских слабоэлектрических скатов Raja clavata (Rajidae) // Сенсорные системы. 1994. Т. 8, № 3–4. С. 147–161.
  5. Орлов А. А., Голубцов А. С., Барон В. Д., Павлов Д. С. Биоэлектрические поля большого протоптера Protopterus aethiopicus (Sarcopterygii: Protopteridae), африканской (Heterotis niloticus) и южноамериканской серебристой (Osteoglossum bicirrhosum) араван (Actinopterygii: Osteoglossidae): Примитивный электрогенез? // Вопросы ихтиологии. 2015. Т. 55, № 6. С. 691–691. DOI: 10.7868/S0042875215060156.
  6. Soh Z., Matsuno M., Yoshida M., Tsuji T. Real-time cameraless measurement system based on bioelectrical ventilatory signals to evaluate fear and anxiety // Zebrafish. 2018. Vol. 15, no. 2. P. 133–144. DOI: 10.1089/zeb.2017.1491.
  7. Asano M., Hanyu I. Sensitivity to electricity in the catfish, Parasilurus asotus // Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Physiology. 1987. Vol. 86, no. 3. P. 485–489. DOI: 10.1016/ 0300-9629(87)90530-5.
  8. Griffin D. R. Listening in the Dark: The Acoustic Orientation of Bats and Men. New Haven CT: Yale University Press, 1958. 413 p.
  9. Lissmann H. W. Continuous electrical signals from the tail of a fish, Gymnarchus niloticus Cuv. // Nature. 1951. Vol. 167, no. 4240. P. 201–202. DOI: 10.1038/167201a0.
  10. Ольшанский В. М., Зленко Д. В., Орлов А. А., Касумян А. О., Моллер П., МакМагон Е., Сюэ В. Особенности многоэлектродной регистрации эпизодических разрядов слабоэлектрических рыб // Известия вузов. ПНД. 2022. Т. 30, № 2. С. 239–252. DOI: 10.18500/0869-6632-2022-30- 2-239-252.
  11. Zlenko D. V., Olshanskiy V. M., Orlov A. A., Kasumyan A. O., MacMahon E., Wei X., Moller P. Visualization of electric fields and associated behavior in fish and other aquatic animals // Behavior Research Methods. 2023. DOI: 10.3758/s13428-023-02175-5.
  12. Кун Т. Структура научных революций. М.: Прогресс, 1977. 288 с.
  13. Максвелл Дж. К. Трактат об электричестве и магнетизме. Т. 2. М.: «Наука», 1989. 437 с.
  14. Розенбергер Ф. История физики. Вып. 1, часть 3. Москва-Ленинград: Государственное технико-теоретическое издательство, 1935. 301 c.
  15. Фарадей М. Заключение о характере направления электрической силы электрического угря // В кн.: Экспериментальные исследования по электричеству. Т. 2. М.: Изд-во Академии наук СССР, 1951. C. 10–31.
  16. Piccolino M. The Taming of the Ray: Electric Fish Research in the Enlightenment from John Walsh to Alessandro Volta. Firence: Olschki, 2003. 221 p.
  17. Walsh J. Of the electric property of the torpedo. In a letter from John Walsh, Esq; F. R. S. to Benjamin Franklin, Esq; LL. D., F. R. S., Ac. R. Par. Soc. Ext., &c. // Phil. Trans. R. Soc. 1773. Vol. 63. P. 461–480. DOI: 10.1098/rstl.1773.0039.
  18. Cavendish H. An account of some attempts to imitate the effects of the torpedo by electricity // Phil. Trans. R. Soc. 1776. Vol. 66. P. 196–225. DOI: 10.1098/rstl.1776.0013.
  19. Фейнман Р. Характер физических законов. М.: Наука, 1987. 160 с.
  20. Maxwell J. C. The Electrical Researches of the Honourable Henry Cavendish. London: Frank Cass & Co., 1879. 534 p.
  21. Гальвани Л. Трактат о силах электричества при мышечном движении // В кн.: Гальвани А., Вольта А. Избранные работы о животном электричестве. Москва, Ленинград: Биомедгиз, 1937.
  22. Лебединский А. Б. Роль Гальвани и Вольты в истории физиологии // В кн.: Гальвани А., Вольта А. Избранные работы о животном электричестве. Москва, Ленинград: Биомедгиз, 1937. С. 7–63.
  23. Piccolino M., Bresadola M. Shocking Frogs: Galvani, Volta, and the Electric Origins of Neuroscience. Oxford: Oxford University Press, 2013. 400 p. 10.1093/acprof:oso/9780199782161. 001.0001.
  24. Matteucci C. Electro-physiological researches – third memoir. On Induced contractions // Phil. Trans. R. Soc. 1845. Vol. 135. P. 303–317. DOI: 10.1098/rstl.1845.0013.
  25. Volta A. On the electricity excited by the mere contact of conducting substances of different kinds. In a letter from Mr. Alexander Volta, F. R. S. Professor of Natural Philosophy in the University of Pavia, to the Rt. Hon. Sir Joseph Banks, Bart. K.B. P. R. S // Phil. Trans. R. Soc. 1800. Vol. 90. P. 403–431. DOI: 10.1098/rstl.1800.0018.
  26. Фарадей М. Об источнике мощности гальванического элемента // В кн.: Экспериментальные исследования по электричеству. Т. 2. М.: Изд-во Академии наук СССР, 1951. C. 32–85.
  27. Piccolino M. Electric fishes research in the nineteenth century, following the steps of Carlo Matteucci and Giuseppe Moruzzi // Archives Italiennes de Biologie. 2011. Vol. 149, no. 4. P. 10–17.
  28. Piccolino M., Wade N. J. Carlo Matteucci (1811–1868), the “frogs pile”, and the Risorgimento of electrophysiology // Cortex. 2012. Vol. 48, no. 6. P. 645–646. DOI: 10.1016/j.cortex.2011.08.002.
  29. Moruzzi G. The electrophysiological work of Carlo Matteucci // Brain Research Bulletin. 1996. Vol. 40, no. 2. P. 69–91. DOI: 10.1016/0361-9230(96)00036-6.
  30. Matteucci C. Electro-physiological researches – first memoir. The muscular current // Phil. Trans. R. Soc. 1845. Vol. 135. P. 283–295. DOI: 10.1098/rstl.1845.0011.
  31. Matteucci C. Electro-physiological researches – second memoir. On the proper current of the frog // Phil. Trans. R. Soc. 1845. Vol. 135. P. 297–301. DOI: 10.1098/rstl.1845.0012.
  32. Matteucci C. Electro-physiological researches - Fifth series. Part I. Upon induced contractions // Phil. Trans. R. Soc. 1847. Vol. 137. P. 231–237. DOI: 10.1098/rstl.1847.0013.
  33. Catania K. C. An optimized biological taser: Electric eels remotely induce or arrest movement in nearby prey // Brain Behav. Evol. 2015. Vol. 86, no. 1. P. 38–47. DOI: 10.1159/000435945.
  34. Darwin C. On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life. 6th edition. London: Murray, 1872. 502 p.
  35. Robin C. Memoir sur la demonstration experimentale de la production d’electricite par un appareil propre aux poisons du genre des raies // J. Anat. Physiol. 1865. Vol. 23. P. 577–645.
  36. Bennett M. V. L. Electric organs // Fish Physiology. 1971. Vol. 5. P. 347–491. DOI: 10.1016/S1546- 5098(08)60051-5.
  37. Lissmann H. W., Machin K. E. The mechanism of object location in Gymnarchus Niloticus and similar fish // Journal of Experimental Biology. 1958. Vol. 35, no. 2. P. 451–486. DOI: 10.1242/ jeb.35.2.451.
  38. Ольшанский В. М. Электрический глаз величиной во все тело // Наука и жизнь. 2005. Т. 11. С. 94–104.
  39. Lissmann H. W., Machin K. E. Electric receptors in a non-electric fish (Clarias) // Nature. 1963. Vol. 199. P. 88–89. DOI: 10.1038/199088a0.
  40. Bullock T. H., Bodznick D. A., Northcutt R. G. The phylogenetic distribution of electroreception: Evidence for convergent evolution of a primitive vertebrate sense modality // Brain Research Reviews. 1983. Vol. 6, no. 1. P. 25–46. DOI: 10.1016/0165-0173(83)90003-6.
  41. Протасов В. Р., Бондарчук А. И., Ольшанский В. М. Введение в электроэкологию. М.: Наука, 1982. 336 с.
  42. Lissmann H. W. Electric location by fishes // Scientific American. 1963. Vol. 208, no. 3. P. 50–59.
  43. Chagas C., Paes de Carvalho A. (eds.) Bioelectrogenesis. Amsterdam: Elsevier, 1961. 413 p.
  44. Bass A. H. Electric organs revisited: Evolution of a vertebrate communication and orientation organ // In: Bullock T. H., Heiligenberg W. (eds) Electroreception. New York: Wiley, 1986. P. 13–70.
  45. Hagedorn M., Womble M., Finger T. E. Synodontid catfish: A new group of weakly electric fish: Behavior and anatomy // Brain Behav. Evol. 1990. Vol. 35, no. 5. P. 268–277. DOI: 10.1159/ 000115873.
  46. Boyle K. S., Colleye O., Parmentier E. Sound production to electric discharge: sonic muscle evolution in progress in Synodontis spp. catfishes (Mochokidae) // Proc. R. Soc. B. 2014. Vol. 281, no. 1791. P. 20141197. DOI: 10.1098/rspb.2014.1197.
  47. Kever L., Parmentier E., Bass A. H., Chagnaud B. P. Morphological diversity of acoustic and electric communication systems of mochokid catfish // The Journal of Comparative Neurology. 2021. Vol. 529, no. 8. P. 1787–1809. DOI: 10.1002/cne.25057.
  48. Барон В. Д. Электрогенераторные системы рыб: Эволюция и механизмы адаптации. М.: Наука, 1982. 112 с.
  49. Baron V. D. Electric discharges of two species of stargazers from the South China Sea (Uranoscopidae, Perciformes) // Journal of Ichthyology. 2009. Vol. 49, no. 11. P. 1065–1072. DOI: 10.1134/ S0032945209110058.
  50. Bullock T. H. General introduction // In: Fessard A. (eds) Electroreceptors and Other Specialized Receptors in Lower Vertrebrates. Vol. 3/3 of Handbook of Sensory Physiology. Berlin, Heidelberg: Springer, 1974. P. 1–12. DOI: 10.1007/978-3-642-65926-3_1.
  51. Hopkins C D. Evolution of electric communication channels of mormyrids // Behav. Ecol. Sociobiol. 1980. Vol. 7, no. 1. P. 1–13. DOI: 10.1007/BF00302513.
  52. Hopkins C. D. The neuroethology of electric communication // Trends Neurosci. 1981. Vol. 4. P. 4–6. DOI: 10.1016/0166-2236(81)90003-5.
  53. Hopkins C. D. On the diversity of electric signals in a community of mormyrid electric fish in West Africa // American Zoologist. 1981. Vol. 21, no. 1. P. 211–222. DOI: 10.1093/icb/21.1.211.
  54. Hopkins C. D. Behavior of mormyridae // In: Bullock T. H., Heiligenberg W. (eds) Electroreception. New York: Wiley, 1986. P. 527–576.
  55. Hopkins C. D., Bass A. H. Temporal coding of species recognition signals in an electric fish // Science. 1981. Vol. 212, no. 4490. P. 85–87. DOI: 10.1126/science.7209524.
  56. Heiligenberg W., Bastian J. The electric sense of weakly electric fish // Annu. Rev. Physiol. 1984. Vol. 46. P. 561–583. DOI: 10.1146/annurev.ph.46.030184.003021.
  57. Russel C. J., Meyers J. P., Bell C. C. The echo response in Gnathonemus petersii (Mormyridae) // J. Comp. Physiol. 1974. Vol. 92, no. 2. P. 181–200. DOI: 10.1007/BF00694505.
  58. Dye J. S., Meyer J. H. Central control of the electric organ discharge in weakly electric fish // In: Bullock T. H., Heiligenberg W. (eds) Electroreception. New York: Wiley, 1986. P. 71–102.
  59. Kalmijn A. J. The detection of electric fields from inanimate and animate sources other than electric organs // In: Fessard A. (eds) Electroreceptors and Other Specialized Receptors in Lower Vertrebrates. Vol. 3/3 of Handbook of Sensory Physiology. Berlin, Heidelberg: Springer, 1974. P. 147–200. DOI: 10.1007/978-3-642-65926-3_5.
  60. Kalmijn A. J. Electric and magnetic field detection in elasmobranch fishes // Science. 1982. Vol. 218, no. 4575. P. 916–918. DOI: 10.1126/science.7134985.
  61. Zakon H. H. The electroreceptive periphery // In: Bullock T. H., Heiligenberg W. (eds) Electroreception. New York: Wiley, 1986. P. 103–156.
  62. Броун Г. Р., Ильинский О. Б. Физиология электрорецепторов. Л.: Наука, 1984. 248 с.
  63. Moller P. Electric Fishes: History and Behavior. Dordrecht: Springer, 1995. 584 p.
  64. Барон В. Д. Памяти У. Хейлигенберга // Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова. 2014. Т. 100. С. 891–895.
  65. Bullock T. H., Heiligenberg W. Electroreception. New York: Wiley, 1986. 722 p.
  66. Srivastava C. B. L., Prasad M. S. Tuberous organs in a non-eletric teleosts Rita rita (Ham.) // Proc. Natl. Acad. Sci. India B. 1984. Vol. 54, no. 3. P. 187–188.
  67. Heiligenberg W. Electrolocation of objects in the electric fish Eigenmannia (Rhamphichthyidae, Gymnotoidei) // J. Comp. Physiol. 1973. Vol. 87, no. 2. P. 137–164. DOI: 10.1007/BF01352158.
  68. Heiligenberg W. Electrolocation and jamming avoidance in a Hypopygus (Rhamphichthyidae, Gymnotoidei), an electric fish with pulse-type discharges // J. Comp. Physiol. 1974. Vol. 91, no. 3. P. 223–240. DOI: 10.1007/BF00698054.
  69. Heiligenberg W. Electrolocation and jamming avoidance in the electric fish Gymnarchus niloticus (Gymnarchidae, Mormyriformes) // J. Comp. Physiol. 1975. Vol. 103, no. 1. P. 55–67. DOI: 10.1007/BF01380044.
  70. Heiligenberg W. Electrolocation and jamming avoidance in the mormyrid fish Brienomyrus // J. Comp. Physiol. 1976. Vol. 109, no. 3. P. 357–372. DOI: 10.1007/BF00663615.
  71. Scheich H., Bullock T. H. The detection of electric fields from electric organs // In: Fessard A. (eds) Electroreceptors and Other Specialized Receptors in Lower Vertrebrates. Vol. 3/3 of Handbook of Sensory Physiology. Berlin, Heidelberg: Springer, 1974. P. 201–256. DOI: 10.1007/978-3-642- 65926-3_6.
  72. Heiligenberg W. Principles of Electrolocation and Jamming Avoidance in Electric Fish: A Neuroethological Approach. Berlin, Heidelberg: Springer, 1977. 88 p. DOI: 10.1007/978-3- 642-81161-6.
  73. Heiligenberg W. Jamming avoidance responses: model systems for neuroethology // In: Bullock T. H., Heiligenberg W. (eds) Electroreception. New York: Wiley, 1986. P. 613–650.
  74. Ольшанский В. М. Бионическое моделирование электросистем слабоэлектрических рыб. М.: Наука, 1990. 208 с.
  75. Westby G. W. M. Electric communication in fish and the problem of recognizing very brief waveforms // Journal of Biological Education. 1987. Vol. 21, no. 3. P. 190–196. DOI: 10.1080/ 00219266.1987.9654895.
  76. Schumacher E. L., Carlson B. A. Convergent mosaic brain evolution is associated with the evolution of novel electrosensory systems in teleost fishes // eLife. 2022. Vol. 11. P. e74159. DOI: 10.7554/eLife.74159.
  77. Huang C. G., Metzen M. G., Chacron M. J. Descending pathways mediate adaptive optimized coding of natural stimuli in weakly electric fish // Sci. Adv. 2019. Vol. 5, no. 10. P. eaax2211. DOI: 10.1126/sciadv.aax2211.
  78. Nelson M. E. Electric fish // Curr. Biol. 2011. Vol. 21, no. 14. P. R528–R529. DOI: 10.1016/j.cub. 2011.03.045.
  79. Михайленко Н. А. О биологическом значении электрических разрядов у слабоэлектрических видов рыб Чёрного моря // Зоологический журнал. 1971. Т. 50. С. 1347–1356.
  80. Барон В. Д., Михайленко Н. А. Uranoscopus scaber: Переходная форма в эволюции электрических органов у рыб // Докл. АН СССР. 1976. Т. 229, № 4. С. 983–986.
  81. Барон В. Д., Михайленко Н. А. О структуре электрического разряда морской лисицы // Биофизика. 1974. Т. 22, № 2. С. 369–371.
  82. Орлов А. А., Барон В. Д., Ольшанский В. М. Электрогенераторная активность Synodontis и ее изменения при действии слабых электрических полей // Доклады Академии наук. 1993. Т. 332, № 1. С. 110–113.
  83. Baron V. D., Morshnev K. S., Olshansky V. M., Orlov A. A. Electric organ discharges of two species of African catfish (Synodontis) during social behaviour // Anim. Behav. 1994. Vol. 48, no. 6. P. 1472–1475. DOI: 10.1006/anbe.1994.1387.
  84. Baron V. D., Orlov A. A., Golubtsov A. S. African Clarias catfish elicits long-lasting weak electric pulses // Experientia. 1994. Vol. 50, no. 7. P. 664–647. DOI: 10.1007/BF01952864.
  85. Ольшанский В. М., Солдатова О. А., Нгуен Т. Н. Эпизодические электрические разряды при социальных взаимоотношениях: пример азиатских клариевых сомов // Журнал общей биологии. 2011. Т. 72, № 3. С. 220–235.
  86. Olshanskiy V. M., Kasumyan A. O., Moller P. On mating and function of associated electric pulses in Clarias macrocephalus (Gunther 1864): probing an old puzzle, first posed by Charles Darwin // Environmental Biology of Fishes. 2020. Vol. 103, no. 1. P. 99–114. DOI: 10.1007/s10641-019- 00936-w.
  87. Olshansky V. M. Elaboration of equipment and methods of continuous recording of electric activity of clariid catfish (Clariidae, Siluriformes) in social and reproductive behavior // Journal of Ichthyology. 2010. Vol. 50, no. 11. P. 1077–1091. DOI: 10.1134/S0032945210110147.
  88. Орлов А. А., Барон В. Д., Голубцов А. С. Электрические разряды двух видов африканских сомов рода Auchenoglanis (Claroteidae, Siluriformes) // Доклады Академии наук. 2015. Т. 462, № 3. С. 370–372. DOI: 10.7868/S0869565215150293.
  89. Baron V. D., Pavlov D. S. Discovery of specialized electrogenerating activity in two species of Polypterus (Polypteriformes, Osteichthyes) // Journal of Ichthyology. 2003. Vol. 43, Suppl. 2. P. S259–S261.
  90. Моршнев К. С., Ольшанский В. М. Электрические разряды азиатского сома Ompok bimaculatus (Siluridae) // Доклады Академии наук. 1997. Т. 354, № 3. С. 419–422.
  91. Барон В. Д., Ольшанский В. М. Монополярные электрические разряды сома Parasilurus asotus (Siluridae, Siluriformes) // Вопросы ихтиологии. 2009. Т. 49, № 3. С. 415–421.
  92. Ольшанский В. М., Барон В. Д., Вэй С. Электрические разряды китайской саламандры Andrias Davidianus // Доклады Академии наук. 2016. Т. 471, № 6. С. 736–738. DOI: 10.7868/ S0869565216360251.
  93. Dunlap K. D., Koukos H. M., Chagnaud B. P., Zakon H. H., Bass A. H. Vocal and electric fish: Revisiting a comparison of two teleost models in the neuroethology of social behavior // Frontiers in Neural Circuits. 2021. Vol. 15. P. 713105. DOI: 10.3389/fncir.2021.713105.
  94. Машкин П. В., Ольшанский В. М., Волков С. В., Утешев В. К., Вэй С. Непрерывный биологический контроль качества воды рек и морей с помощью биосенсоров: Двустворчатых моллюсков // В сб.: Актуальные вопросы зоологии, экологии и охраны природы. Т. 5. М.: Издательство «Сельскохозяйственные технологии», 2023. С. 133–138.
  95. Tomasello D. L., Sive H. Noninvasive multielectrode array for brain and spinal cord local field potential recordings from live zebrafish larvae // Zebrafish. 2020. Vol. 17, no. 4. P. 271–277. DOI: 10.1089/zeb.2020.1874.
Поступила в редакцию: 
31.07.2023
Принята к публикации: 
13.09.2023
Опубликована онлайн: 
13.11.2023
Опубликована: 
30.11.2023
  • 715 просмотров