Кіріспе

Сүйекті балықтардың Gymnotiformes отряды /dʒ//ɪ//m/'/n//ɒ//t//ᵻ//f//ɔːr//m//iː//z/ – Неотропикалық пышақ балықтар немесе Оңтүстік Америка пышақ балықтары деп белгілі телеост сүйекті балықтардың бір тобы. Олардың денелері ұзын, созылған анальдық қанатының толқындауы арқылы жүзеді. Көбінесе тұщы суда ғана кездеседі (кейбір түрлері тамақтану үшін сирек тұзды суға да келеді), олар негізінен түнгі жануарлар. Олар жем іздеу, бағыт табу, байланыс үшін және электр балығының (Electrophorus electricus) жағдайында шабуылдау мен қорғану үшін электр өрістерін жасай алады. Аквариумдарда кең таралған бірнеше түрі бар, мысалы, қара көлеңке пышақ балық (Apteronotus albifrons), шыны пышақ балық (Eigenmannia virescens) және жолақты пышақ балық (Gymnotus carapo).

Анатомия және қозғалыс

Электрлік бақалардан (Electrophorus electricus) басқа, Gymnotiformes – денесі тар, құйрығы үшкір болып келетін, соның салдарынан “пышақ балықтар” деп аталатын балықтар. Оларда жамбас және арқа қанаттары жоқ, бірақ олардың денесінің дерлік барлық астыңғы бөлігін жабатын ұзақ анальдық қанаты бар. Балықтар осы қанатты толқындырып жүзеді, ал денесін қатаң ұстайды. Бұл қозғалыс тәсілі оларға алға да, артқа да оңай қозғалуға мүмкіндік береді. Пышақ балықтың қанат тісшелерінің саны шамамен жүз елуге жетеді. Бұл жеке қанат тісшелері қозғалыс кезінде қанатты балықтардың қанат тісшелерінде тіркелген ең жоғары қисықтықтан екі есеге жуық иілуі мүмкін. Бұл қанат тісшелері қозғалыс бағытына қарай иілген, бұл пышақ балықтың қанат тісшелерінің қисықтығын белсенді басқаратынын және бұл қисықтық сұйықтық қысымына байланысты пассивті иілудің нәтижесі емес екенін көрсетеді. Ұзын анальдық қанатының бойымен пайда болатын әртүрлі толқын үлгілері әртүрлі итергіш күштерді тудырады. Қанаттың толқындық қозғалысы синусоидальды толқындардың таралуына ұқсайды. Алға қарай таралатын толқын алға жылжумен байланысты, ал кері бағыттағы толқын кері бағытта итергіш күшті тудырады. Бұл толқынды қозғалыс қанаттың төменгі жиегі бойымен пайда болатын байланысқан құйынды түтіктер жүйесін жасайды. Бұл құйынды ағын қанатқа тік бұрышпен шығады, ал бұл ағын балықты алға жылжытатын итергіш күшті қамтамасыз етеді. Қанаттың толқындық қозғалысы басқа теңіз жануарларының, мысалы, балықтың денесінің толқынуына ұқсас, бірақ пышақ балықтың тудыратын құйынды ағыны кері Карман құйынды ағыны екені анықталды. Осы типтегі құйынды ағын кейбір балықтар, мысалы, форель, құйрық қанаттарының тербелісі арқылы да тудырады. Балықтың суда қозғалу жылдамдығы толқындардың амплитудасымен байланысты емес, бірақ ол тікелей тудырылған толқындардың жиілігімен байланысты. Зерттеулер көрсеткендей, пышақ балықтың денесі мен қанаты арасындағы табиғи бұрыш тиімді алға жылжу үшін маңызды, өйткені егер анальдық қанат тікелей астына орналасса, онда алға итергіш күшпен бірге жоғары қарай күш пайда болады, бұл бейтарап жүзуді сақтау үшін қосымша төмен қарай күш қажет етеді. Олар денесін бұра отырып, тік итергіш күш жасап, жеңіспен олжасын шабуылдай алады. Денесі салыстырмалы түрде қатаң болады және балықтың дене көлемімен салыстырғанда қозғалыс кезінде массалық орталықтың қозғалысы өте аз болады.

Электрорецепция және электрогенез

Бұл балықтардың электрлік мүшелері бар, олар электр өрісін шығарады, ал бұл өрістер көбінесе әлсіз болады. Көптеген гимнатиформдарда электрлік мүшелер бұлшықет жасушаларынан пайда болады. Дегенмен, ересек аптеронотидтердің мүшелері жүйке жасушаларынан (жұлындық электромоторлық нейрондардан) дамиды, бұл ерекшелік. Гимнатиформдарда электрлік орган разряды үздіксіз немесе импульстік болуы мүмкін. Үздіксіз болған жағдайда, ол жеке басының өмірі бойы күні-түні туындайды. Электр сигналының кейбір ерекшеліктері әр түрге тән, әсіресе импульстің формасы, ұзақтығы, амплитудасы, фазасы және жиілігінің үйлесімі. Көптеген Gymnotiformes электрлік мүшелерінен бірнеше милливольттық өте шағын разрядтар шығарады, олар басқа балықтарға зиян келтіру үшін тым әлсіз. Олардың орнына, олар қоршаған ортаны бағдарлауға, соның ішінде олардың қорегін құрайтын төменгі жататын омыртқасыздарды табуға көмектеседі. Олар сондай-ақ бір түрге жататын балықтар арасында сигналдар жіберу үшін де қолданылуы мүмкін. Бұл төмен деңгейдегі өріспен қатар, электр балығы (electric eel) құрбандыларын жансыздандыру үшін әлдеқайда қуатты разрядтар шығаруға қабілетті. Табиғаттағы түрлердің нақты саны белгісіз. Гимнотиформдардың креда кезеңінде (шамамен 120 миллион жыл бұрын) силуриформдардан бөлінген туыс топ екені есептеледі. Отбасылар дәстүрлі түрде төмендегідей подтармақтар мен суперотбасыларға жіктеледі. Олардың байланыстары 2019 жылы митохондриялық геномдарының тізбектелуі арқылы зерттелді. Бұл, бұрынғы пікірлерге қайшы, Аперонотидалар мен Стернопигидалар туыс таксондар емес екенін, ал Гимнотидалар басқа отбасылардың арасында терең орналасқанын көрсетті. Электрлік сигналды анықтауға белсенді қабілеті бар балықтар филогенетикалық ағашта кішкентай сары шағынмен белгіленген. Электр тогын жеткізе алатын балықтар қызыл шағынмен белгіленген. Басқа отбасыларда да электрлі балықтар бар (көрсетілмеген).

Таралуы және мекендейтін ортасы

Гимнотиформ балықтары ылғалды Неотропика аймағындағы, Оңтүстік Мексикадан Солтүстік Аргентинаға дейінгі тұщы су өзендері мен ағыстарында мекендейді. Олар түнгі балықтар. Gymnotidae және Hypopomidae тұқымдастары шағын, тасқынға ұшырамайтын өзендер мен ағыстарда, сондай-ақ су макрофиттерінің ("қамқор шалғындары" сияқты, мысалы, Eichornium, Амазонка су гиацинті) тасқынды далаларында ең көп түр және жекелеген балықтар санына ие. Apteronotidae және Sternopygidae ірі өзендерде ең көп түрлі және көптеп кездеседі. Rhamphichthyidae түрлерінің әртүрлілігі барлық осы мекендерде орташа деңгейде.

Эволюция

Гимнотиформдар – негізгі тұщы су балықтарының бір тегі – Ostariophysi-дің туысқан мүшелерінің бірі болып табылады. Қазба қалдықтарының жалғыз белгілісі Болливиядағы миоцен кезеңінен, шамамен 7 миллион жыл бұрын (Мя) табылған. Гимнотиформдардың Африкада қазіргі кезде тіршілік ететін түрі жоқ. Бұл, олардың Оңтүстік Америка мен Африка бөлінуінен бұрын Африкаға таралмауынан немесе Mormyridae балықтарымен бәсекелестікке түсуінен болуы мүмкін. Mormyridae да электролокацияны қолданады. Омыртқалылардың ортақ ата-бабасында электрорецепция болғаннан кейін, Neopterygii субкласында осы қабілет жоғалғандықтан, Gymnotiformes-тің ампулярлық рецепторлары, мысалы, хондриктиандар сияқты, басқа жақты телеост емес балықтардың рецепторларымен гомолог емес. Гимнотиформдар мен Мормиридтер электрлік мүшелерін және электросенсорлық жүйелерін (ЭСС) конвергентті эволюция арқылы дамытқан. Арнегард және тағы басқалар (2005) мен Альберт және Крамптон (2005) көрсеткендей, олардың соңғы ортақ ата-бабасы шамамен 140-тан 208 миллион жыл бұрын болған, және сол кезде оларда ЭСС болған жоқ. Mormyrus (Mormyridae) және Gymnotus (Gymnotidae) отбасының әрбір түрі бірегей толқын формасын дамытты, бұл жеке балықтарға түрлерді, жыныстарды, жеке дараларды және тіпті жақсы физикалық күйі бар серіктестерді анықтауға мүмкіндік береді. Айырмашылықтарға толқынның бастапқы фазасының бағыты (электр органындағы электроциттер арқылы ток ағысының бағытына сәйкес оң немесе теріс), толқынның амплитудасы, толқынның жиілігі және толқын фазаларының саны жатады. Бұл эволюцияны қозғаушы маңызды күш – жыртқыштық. Гимнотиформдардың ең көп таралған жыртқыштарына жақын туысқан Siluriformes (қазбалық балықтар) және отбасылар ішіндегі жыртқыштық (мысалы, E. electricus – Gymnotus-тың ең ірі жыртқыштарының бірі) жатады. Бұл жыртқыштар электр өрістерін сезеді, бірақ тек төмен жиілікте, сондықтан Gymnotus сияқты Gymnotiformes-тің кейбір түрлері сигналдарының жиілігін өзгертіп, оларды тиімді түрде көрінбейтін етіп бейімдеді. Жыныстық таңдау да маңызды рөл атқарады, себебі ұрғашылар жыртқыштар үшін оңай анықталатын төмен жиілікті сигналдар беретін еркектерге басымдық береді. Төмен жиілікті сигналдар жыртқыштарға көбірек көрінетіндіктен, еркектердің мұндай сигналдарды шығаруы олардың жыртқыштардан қашуға қабілетті екенін көрсетеді. Географиялық кедергілерге байланысты гендер ағынының төмендеуі әртүрлі өзендер мен су алаптарында сигнал формаларының айқын айырмашылықтарына әкелді.