动物界的物理学：鳗鱼及其“发电站”

电鳗（来源：youtube）

电鳗（Electrophorus electricus）种的鱼是电鳗（Electrophorus）的唯一成员。它发生在亚马逊河中下游的许多支流中。鱼的体长达2.5米，体重为20公斤。鳗鱼吃鱼，两栖动物，以及幸运的鸟类或小型哺乳动物。科学家研究电鳗已有数十年（甚至数百年）的历史，但是直到现在才有了他的身体的某些结构特征，许多器官开始变得清晰起来。

而且，发电的能力并不是鳗鱼唯一的不寻常特征。例如，他呼吸大气。由于大量被血管刺穿的特殊类型的口腔组织，这是可能的。要呼吸，粉刺需要每15分钟浮到表面一次。他不能从水中吸收氧气，因为他生活在非常泥泞，浅水的水库中，那里的氧气很少。但是，当然，电鳗的主要区别特征是其电器官。

它们不仅扮演了使鳗鱼吃掉的受害者昏迷或杀死受害者的武器的角色。鱼的电子器官产生的放电可能微弱，高达10V。这种放电是由鳗鱼产生的，用于电定位。事实是，鱼具有特殊的“电感受器”，可让您确定自身身体引起的电场畸变。电定位有助于鳗鱼在陷入困境的水域中找到自己的路，并找到隐藏的受害者。鳗鱼可以大量放电，这时，潜伏的鱼或两栖动物由于癫痫发作而开始随机抽搐。捕食者容易检测到这些振动并吞食猎物。因此，该鱼既具有电接受性又具有电致性。



有趣的是，三种类型的电器官会产生强度不同的放电。它们约占鱼长度的4/5。萨赫特人的器官会产生高压，亨特和人的器官会产生高压，而小电流则用于导航和通讯。猎人的主要器官和器官位于鳗鱼身体的下部，萨克斯氏器官-在尾巴。痤疮使用长达7米的电信号相互“通信”。通过一系列放电，它们可以吸引其他同类的人。

鳗鱼如何产生放电？

该物种的痤疮以及其他许多“带电”的鱼类以与其他动物有机体中带有肌肉神经的方式相同的方式来发电，仅为此而使用了细胞-专门的细胞。该任务是使用Na-K-ATPase酶完成的（顺便说一下，相同的酶对于鹦鹉螺属（Nautilus）的软体动物也非常重要）。有了这种酶，就形成了一个离子泵，将钠离子泵出细胞，并泵送钾离子。由于形成膜的特殊蛋白质，钾从细胞中排出。它们形成了一种“钾通道”，钾离子通过该通道被去除。带正电的离子积累在电池内部，而带负电的外部积累。有一个电梯度。

结果，电势差达到70 mV。鳗鱼电器官的同一细胞膜上有钠通道，钠离子可通过钠通道再次进入细胞。在正常条件下，泵在1秒钟内从池中除去约200个钠离子，同时将约130个钾离子转移到池中。平方微米的膜可容纳100-200个此类泵。通常，这些通道是关闭的，但如有必要，它们可以打开。如果发生这种情况，化学势的梯度将导致钠离子再次进入细胞的事实。电压通常会发生从-70到+60 mV的变化，并且电池会产生130 mV的放电。该过程的持续时间仅为1 ms。电池通过神经纤维相互连接，连接是串行的。电池组成了一种圆柱，它们并联连接。产生的电信号的总电压达到 650 V，电流强度-1A。根据一些报告，电压甚至可以达到1000 V，电流强度为2A。


在显微镜下，鳗鱼的细胞（细胞）

放电后，离子泵再次运行，鳗鱼的电器官被充电。一些科学家认为，在细胞的细胞膜中有7种类型的离子通道。这些通道的位置和通道类型的交替会影响发电量。

电池电量低

根据一项研究由Kenneth卡塔尼亚（卡塔尼亚午）范德堡大学（美国），痤疮可以使用三种类型的电动器官放电。如上所述，第一个是用于通信和导航目的的一系列低压脉冲。

第二个是持续数毫秒的2-3个高压脉冲序列。鳗鱼在寻找隐藏的和隐藏的受害者时使用此方法。一旦发出2-3次高压放电，潜伏受害者的肌肉就会开始收缩，鳗鱼可以轻松地检测到潜在的食物。



第三种方法是一系列高压高频放电。鳗鱼在狩猎时使用第三种方法，每秒发出多达400次脉冲。这种方法使最多3米距离的几乎所有中小型动物（甚至人类）瘫痪。

还有谁还能产生电流？

大约有250种鱼类能够做到这一点。对于大多数人来说，电力只是一种导航手段，例如在尼罗河大象（Gnathonemus petersii）的情况下。

但是很少有鱼类能够产生敏感力的放电。这些是电动坡道（许多种类），电动cat鱼和其他一些。


电鲶鱼（图片来源：维基百科）

杰森Gellent同事进行对许多具有电子器官的鱼的基因组进行测序，发现他们研究的许多物种都不是近亲。鱼体内电子器官性质的“发明”是平行进行的，但是每个人的电池结构都非常相似。总共，科学家计算了6条相互独立的进化线，从而导致了电子器官的出现。鳗鱼也许是最熟练使用这种器官的鱼类之一。


资料来源：animalpicturesociety.com

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN396959/