Geekly articles weekly

الفيزياء في عالم الحيوان: ثعبان البحر الكهربائي و "محطة الطاقة" الخاصة به


ثعبان البحر الكهربائي (المصدر: youtube)

سمكة من ثعبان البحر الكهربائي (Electrophorus electricus) هي العضو الوحيد من جنس ثعبان البحر الكهربائي (Electrophorus). يحدث في عدد من روافد الروافد الوسطى والسفلى من الأمازون. يبلغ حجم جسم السمكة 2.5 متر في الطول ووزنها 20 كجم. يأكل ثعبان البحر الكهربائي الأسماك والبرمائيات ، وإذا كانت الطيور أو الثدييات الصغيرة محظوظة. كان العلماء يدرسون ثعبان البحر الكهربائي منذ عشرات السنين (إن لم يكن مئات) ، ولكن الآن فقط بدأت بعض السمات الهيكلية لجسمه وبدأ عدد من الأعضاء في الوضوح.

علاوة على ذلك ، فإن القدرة على توليد الكهرباء ليست الميزة الوحيدة غير العادية لثعبان السمك الكهربائي. على سبيل المثال ، يتنفس الهواء الجوي. هذا ممكن بسبب عدد كبير من نوع خاص من أنسجة تجويف الفم ، اخترقت بواسطة الأوعية الدموية. للتنفس ، يحتاج حب الشباب إلى الطفو على السطح كل 15 دقيقة. لا يمكنه أخذ الأكسجين من الماء ، لأنه يعيش في خزانات موحلة وضحلة للغاية ، حيث يوجد القليل جدًا من الأكسجين. ولكن ، بالطبع ، السمة المميزة الرئيسية للثعبان الكهربائي هي أعضائه الكهربائية.

إنهم يلعبون دور الأسلحة ليس فقط لإذهال الضحايا أو قتلهم ، وهو ما يأكله ثعبان البحر. يمكن أن يكون التفريغ الناتج عن الأعضاء الكهربائية للأسماك ضعيفًا ، ويصل إلى 10 فولت. ويتم إنشاء مثل هذه التصريفات من ثعبان البحر للمواقع الكهربائية. والحقيقة أن الأسماك لها "مستقبلات كهربائية" خاصة تسمح لك بتحديد تشويه المجال الكهربائي الناجم عن جسده. يساعد تحديد الموقع الكهربائي ثعابين البحر على إيجاد طريقهم في المياه المضطربة والعثور على ضحايا مختبئين. يمكن أن تعطي ثعبان البحر تفريغًا قويًا للكهرباء ، وفي هذا الوقت ، تبدأ سمكة أو برمائيات كامنة في الاهتزاز بشكل عشوائي بسبب النوبات. يكشف المفترس بسهولة هذه الاهتزازات ويأكل الفريسة. وبالتالي ، فإن هذه الأسماك هي مستقبلة للكهرباء وكهربائية.



من المثير للاهتمام ، يتم إنتاج تصريفات متفاوتة القوة من خلال ثلاثة أنواع من الأعضاء الكهربائية. يحتلون ما يقرب من 4/5 من طول الأسماك. تنتج أعضاء Hunter and Men جهدًا عاليًا ، ويتم إنشاء تيارات صغيرة لأغراض الملاحة والاتصالات بواسطة جهاز Sachs. يقع العضو والأعضاء الرئيسيين في Hunter في الجزء السفلي من جسم ثعبان السمك ، عضو Sachs - في الذيل. حب الشباب "يتواصل" مع بعضهم البعض باستخدام الإشارات الكهربائية على مسافة تصل إلى سبعة أمتار. مع سلسلة معينة من التصريفات الكهربائية ، يمكنهم جذب أفراد آخرين من نوعهم لأنفسهم.

كيف يولد ثعبان البحر الكهربائي تفريغ كهربائي؟


حب الشباب من هذا النوع ، وكذلك عدد من الأسماك "المكهربة" الأخرى تولد الكهرباء بنفس طريقة الأعصاب ذات العضلات في كائنات الحيوانات الأخرى ، فقط لهذا يستخدمون خلايا كهربائية - خلايا متخصصة. يتم تنفيذ المهمة باستخدام إنزيم Na-K-ATPase (بالمناسبة ، فإن الإنزيم نفسه مهم جدًا أيضًا للرخويات من جنس Nautilus (lat. Nautilus)). بفضل الإنزيم ، يتم تكوين مضخة أيونية ، تضخ أيونات الصوديوم خارج الخلية ، وضخ أيونات البوتاسيوم. يفرز البوتاسيوم من الخلايا بفضل البروتينات الخاصة التي يتكون منها الغشاء. وهي تشكل نوعًا من "قناة البوتاسيوم" التي يتم من خلالها إزالة أيونات البوتاسيوم. تتراكم الأيونات المشحونة بشكل إيجابي داخل الخلية ، ويتم شحنها بشكل سلبي من الخارج. هناك تدرج كهربائي .

نتيجة فرق الجهد نتيجة 70 mV. هناك قنوات الصوديوم في غشاء نفس الخلية من العضو الكهربائي للثعبان ، والتي من خلالها يمكن لأيونات الصوديوم أن تدخل الخلية مرة أخرى. في الظروف العادية ، في ثانية واحدة ، تزيل المضخة حوالي 200 أيونات صوديوم من الخلية وتنقل في الوقت نفسه حوالي 130 أيونات البوتاسيوم إلى الخلية. يمكن لغشاء ميكرومتر مربع أن يستوعب 100-200 من هذه المضخات. عادة يتم إغلاق هذه القنوات ، ولكن إذا لزم الأمر يتم فتحها. إذا حدث ذلك ، فإن تدرج القدرة الكيميائية يؤدي إلى حقيقة أن أيونات الصوديوم تدخل الخلايا مرة أخرى. يحدث تغيير عام في الجهد من -70 إلى +60 مللي فولت ، وتعطي الخلية تفريغًا يبلغ 130 مللي فولت. مدة العملية هي 1 مللي ثانية فقط. يتم توصيل الخلايا الكهربائية ببعضها البعض بواسطة الألياف العصبية ، الاتصال متسلسل. تشكل الخلايا الكهربائية نوعًا من الأعمدة ،التي ترتبط بالتوازي. الجهد الكلي للإشارة الكهربائية المولدةتصل إلى 650 فولت ، القوة الحالية - 1A. وفقًا لبعض التقارير ، يمكن أن يصل الجهد حتى 1000 فولت ، والقوة الحالية هي 2 أمبير.


الكهارل (الخلايا الكهربائية) لثعبان السمك تحت المجهر ،

وبعد التفريغ ، تعمل المضخة الأيونية مرة أخرى ويتم شحن الأعضاء الكهربائية للثعبان. وفقًا لبعض العلماء ، هناك 7 أنواع من القنوات الأيونية في غشاء الخلية للكهرباء. يؤثر موقع هذه القنوات وتناوب أنواع القنوات على معدل إنتاج الكهرباء.



بطارية منخفضة


وفقًا لدراسة أجراها كينيث كاتانيا من جامعة فاندربيلت (الولايات المتحدة الأمريكية) ، يمكن لثعبان السمك استخدام ثلاثة أنواع من تصريف أعضائه الكهربائية. الأول ، كما ذكر أعلاه ، هو سلسلة من النبضات ذات الجهد المنخفض التي تعمل لأغراض الاتصال والملاحة.

والثاني هو سلسلة من 2-3 نبضات عالية الجهد تدوم عدة أجزاء من الثانية. يتم استخدام هذه الطريقة من قبل ثعبان البحر عند البحث عن ضحية خفية ومخفية. بمجرد إعطاء 2-3 إفرازات عالية الجهد ، تبدأ عضلات الضحية الكامنة في التقلص ، ويمكن للثعبان بسهولة اكتشاف الطعام المحتمل.



الطريقة الثالثة هي سلسلة من التصريفات عالية الجهد عالية التردد. يتم استخدام الطريقة الثالثة بواسطة ثعابين البحر أثناء الصيد ، مع إعطاء ما يصل إلى 400 نبضة في الثانية. تشل هذه الطريقة أي حيوان صغير ومتوسط ​​تقريبًا (حتى الإنسان) على مسافة تصل إلى 3 أمتار.

من غيره قادر على توليد التيار الكهربائي؟


حوالي 250 نوعًا من الأسماك قادرة على ذلك. بالنسبة للكثير ، فإن الكهرباء ليست سوى وسيلة للملاحة ، كما هو الحال ، على سبيل المثال ، في حالة فيل النيل (Gnathonemus petersii).

لكن القليل من الأسماك قادرة على توليد تفريغ كهربائي لقوة حساسة. هذه هي سلالم كهربائية (عدد من الأنواع) ، سمك السلور الكهربائي وبعض الأنواع الأخرى.


: (ويكيبيديا المصدر) سمك السلور الكهربائي

الزملاء جيسون Gellent أجرىتسلسل الجينوم لعدد من الأسماك بأعضاء كهربائية ، ووجد أن العديد من الأنواع التي درسوها ليسوا أقاربًا. ذهب "اختراع" طبيعة الأعضاء الكهربائية في الأسماك بالتوازي ، لكن هيكل البطاريات متشابه جدًا للجميع. في المجموع ، أحصى العلماء 6 خطوط تطورية مستقلة عن بعضها البعض ، مما أدى إلى ظهور الأعضاء الكهربائية. ولعل ثعبان البحر الكهربائي هو أحد أنواع الأسماك التي تستخدم هذا العضو بمهارة أكبر.


المصدر: animalpicturesociety.com

Source: https://habr.com/ru/post/ar396959/

More articles:


All Articles