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Física no mundo animal: enguia elétrica e sua "central elétrica"


Enguia elétrica (fonte: youtube) Um

peixe da espécie enguia elétrica (Electrophorus electricus) é o único membro do gênero de enguias elétricas (Electrophorus). Ocorre em vários afluentes das regiões média e baixa da Amazônia. O tamanho do corpo do peixe atinge 2,5 metros de comprimento e peso é 20 kg. A enguia elétrica come peixe, anfíbios e, se tiver sorte, pássaros ou pequenos mamíferos. Os cientistas estudam enguia elétrica há dezenas (senão centenas) de anos, mas só agora têm algumas das características estruturais de seu corpo e vários órgãos começaram a ficar claros.

Além disso, a capacidade de gerar eletricidade não é a única característica incomum da enguia elétrica. Por exemplo, ele respira ar atmosférico. Isso é possível devido a um grande número de um tipo especial de tecido da cavidade oral, perfurado por vasos sanguíneos. Para respirar, a acne precisa flutuar na superfície a cada 15 minutos. Ele não pode tirar oxigênio da água, pois vive em reservatórios muito lamacentos e rasos, onde há muito pouco oxigênio. Mas, é claro, a principal característica distintiva da enguia elétrica são seus órgãos elétricos.

Eles desempenham o papel não apenas de armas para atordoar ou matar suas vítimas, que as enguias comem. A descarga gerada pelos órgãos elétricos do peixe pode ser fraca, até 10 V. Tais descargas são geradas pela enguia para a eletro-localização. O fato é que os peixes têm "eletrorreceptores" especiais que permitem determinar a distorção do campo elétrico causada por seu próprio corpo. A eletrolocalização ajuda as enguias a encontrar seu caminho em águas turbulentas e a encontrar vítimas ocultas. A enguia pode emitir uma forte descarga de eletricidade e, nesse momento, um peixe ou um anfíbio à espreita começa a se mexer aleatoriamente devido a convulsões. O predador detecta facilmente essas vibrações e come a presa. Assim, este peixe é eletrorreceptivo e eletrogênico.



Curiosamente, descargas de força variável são geradas por três tipos de órgãos elétricos. Eles ocupam aproximadamente 4/5 do comprimento do peixe. Os órgãos de Hunter e Men produzem alta tensão, e pequenas correntes para fins de navegação e comunicação são geradas pelo órgão de Sachs. O órgão principal e o órgão de Hunter estão localizados na parte inferior do corpo da enguia, órgão de Sachs - na cauda. A acne "comunica-se" usando sinais elétricos a uma distância de até sete metros. Com uma certa série de descargas elétricas, eles podem atrair outros indivíduos de sua espécie para si.

Como a enguia elétrica gera descarga elétrica?


A acne desta espécie, assim como vários outros peixes "eletrificados", reproduzem eletricidade da mesma maneira que os nervos com músculos nos organismos de outros animais, somente para isso usam células especializadas em eletrócitos. A tarefa é realizada usando a enzima Na-K-ATPase (a propósito, a mesma enzima também é muito importante para moluscos do gênero Nautilus (lat. Nautilus)). Graças à enzima, uma bomba de íons é formada, bombeando íons de sódio para fora da célula e bombeando íons de potássio. O potássio é excretado das células graças a proteínas especiais que compõem a membrana. Eles formam uma espécie de "canal de potássio" através do qual os íons de potássio são removidos. Os íons carregados positivamente se acumulam dentro da célula, carregados negativamente por fora. Há um gradiente elétrico .

A diferença de potencial como resultado atinge 70 mV. Existem canais de sódio na membrana da mesma célula do órgão elétrico da enguia, através dos quais os íons de sódio podem entrar novamente na célula. Sob condições normais, em 1 segundo, a bomba remove cerca de 200 íons de sódio da célula e transfere simultaneamente cerca de 130 íons de potássio para a célula. Uma membrana quadrada de micrômetro pode acomodar 100-200 dessas bombas. Geralmente esses canais estão fechados, mas se necessário, eles se abrem. Se isso acontecer, o gradiente de potencial químico leva ao fato de que os íons sódio entram novamente nas células. Ocorre uma mudança geral na tensão de -70 a +60 mV, e a célula produz uma descarga de 130 mV. A duração do processo é de apenas 1 ms. As células elétricas são interconectadas por fibras nervosas, a conexão é serial. Eletrócitos compõem uma espécie de colunas,que estão conectados em paralelo. A tensão total do sinal elétrico geradoatinge 650 V, força atual - 1A. Segundo alguns relatórios, a tensão pode atingir até 1000 V e a força da corrente é 2A.


Eletrócitos (células elétricas) de uma enguia sob um microscópio

Após uma descarga, a bomba de íons opera novamente e os órgãos elétricos da enguia são carregados. Segundo alguns cientistas, existem 7 tipos de canais iônicos na membrana celular dos eletrócitos. A localização desses canais e a alternância de tipos de canais afeta a taxa de produção de eletricidade.



Bateria fraca


Segundo um estudo de Kenneth Catania, da Universidade de Vanderbilt (EUA), a enguia pode usar três tipos de descarga de seu órgão elétrico. O primeiro, como mencionado acima, é uma série de impulsos de baixa tensão que servem para fins de comunicação e navegação.

O segundo é uma sequência de 2 a 3 pulsos de alta tensão com duração de vários milissegundos. Este método é usado pela enguia ao procurar uma vítima oculta e oculta. Assim que são administradas 2-3 descargas de alta tensão, os músculos da vítima à espreita começam a se contrair e a enguia pode facilmente detectar alimentos em potencial.



O terceiro método é uma série de descargas de alta tensão e alta frequência. O terceiro método é usado pelas enguias durante a caça, liberando até 400 impulsos por segundo. Esse método paralisa quase qualquer animal de tamanho pequeno e médio (até mesmo humanos) a uma distância de até 3 metros.

Quem mais é capaz de gerar corrente elétrica?


Cerca de 250 espécies de peixes são capazes disso. Para a maioria, a eletricidade é apenas um meio de navegação, como, por exemplo, no caso do elefante do Nilo (Gnathonemus petersii).

Mas poucos peixes são capazes de gerar uma descarga elétrica de força sensível. São rampas elétricas (várias espécies), bagres elétricos e outras.


Peixe-gato elétrico (Fonte: Wikipedia)

Jason Gallent e colegas realizaramseqüenciamento do genoma de vários peixes com órgãos elétricos, e descobriu que muitas das espécies estudadas por eles não são parentes. A "invenção" pela natureza dos órgãos elétricos nos peixes foi paralela, mas a estrutura das baterias é muito semelhante para todos. No total, os cientistas contaram 6 linhas evolutivas independentes umas das outras, o que levou ao aparecimento de órgãos elétricos. Talvez a enguia elétrica seja um dos tipos de peixes que usam esse órgão com mais habilidade.


Fonte: animalpicturesociety.com

Source: https://habr.com/ru/post/pt396959/

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